6.3: Щільність

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Щільність відноситься до кількості маси на одиницю об'єму, наприклад, грам на кубічний сантиметр (г/см ³). Щільність прісної води становить 1 г/см ³ при 4 ^o С (див. Розділ 5.1), але додавання солей та інших розчинених речовин збільшує поверхневу щільність морської води до 1,02 і 1,03 г/см ³. Щільність морської води можна збільшити за рахунок зниження її температури, збільшення її солоності або підвищення тиску. Тиск має найменший вплив на щільність, оскільки вода досить нестислива, тому ефекти тиску не дуже значні, за винятком екстремальних глибин. Однак якби не незначне стиснення води через тиск, рівень моря був би приблизно на 50 м вище, ніж сьогодні! Що залишає температуру і солоність як первинні фактори, що визначають щільність, і з них найбільший вплив має температура (рис. $\PageIndex{1}$ ).

Малюнок $\PageIndex{1}$ Глобальна щільність поверхні моря. Холодні полярні регіони мають вищу щільність, ніж теплі тропічні зони (Плумбаго (Власна робота) [CC BY-SA 3.0, або GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], через Wikimedia Commons).

Оскільки температура має найбільший вплив на щільність, профілі щільності, як правило, дзеркальні зображення температурних профілів (рис. $\PageIndex{2}$ ). Щільність найнижча на поверхні, де вода найтепліша. Зі збільшенням глибини виникає область швидко зростаючої щільності зі збільшенням глибини, яка називається пікнокліном. Пікноклін збігається з термокліном, так як саме різке зниження температури призводить до збільшення щільності. Нижче пікнокліна щільність може бути досить постійною (як і температура), або вона може продовжувати трохи збільшуватися до дна.

Малюнок $\PageIndex{2}$ Представницький профіль щільності для відкритого океану в середніх широтах. Тепла поверхнева вода викликає зниження поверхневої щільності (PW).

Профіль вище являє собою стабільний стан, або високий ступінь розшарування, де теплий шар низької щільності сидить поверх більш холодного, щільного шару. Якби на поверхні утворилася більш щільна вода, водні маси були б нестійкими, а більш щільна вода опускалася б на дно, замінюючись менш щільною водою на поверхні. Це вертикальне переміщення водних мас на основі щільності (визначається температурою і солоністю) іменується термохалинной циркуляцією, яка є темою розділу 9.8. Створюючи розшаровану товщу води, термоклін і пікноклін разом створюють бар'єр, який перешкоджає змішуванню між більш теплою, менш щільною поверхневою водою та більш холодною, щільною донною водою. Таким чином, багата поживними речовинами глибока вода може бути заборонена виходу на поверхню для підтримки первинного виробництва.

Як і у випадку з температурою, існують і широтні відмінності в щільності. У тропіках поверхневі води теплі і низької щільності, і є яскраво виражений термоклін, що відокремлює її від більш холодної, щільної глибокої води. Як зазначалося вище, ця стратифікація запобігає потраплянню багатої поживними речовинами воді на поверхню і, як наслідок, тропічні регіони часто мають низьку продуктивність. У високих широтах вода рівномірно холодна на всіх глибині, тому спостерігається невелика щільність розшарування. Відсутність пікнокліна (або термокліна) дозволяє холодній, багатій поживними речовинами глибокій воді легше змішуватися з поверхневими водами, що призводить до більш високого первинного виробництва в полярних регіонах.