文摘
海洋是不断运动。这个运动的很大一部分是由水不同温度和不同浓度的盐溶解在海洋的不同区域。在本文中,我们将讨论如何将这些不同的海水可以创建洋流。我们也告诉你如何执行一个简单的实验,可以很容易地做在家里,说明洋流的形成。
永远在运动:全球输送带
虽然我们经常教认为海洋像大西洋和太平洋作为单独的,实际上所有的海洋盆地都连接在一起,形成一个巨大的海洋(1]。在这个巨大的海洋,它们扩展了世界各地,水流的一个盆地,到另一个。在其全球旅行,水传输热量和盐从热带到地球的两极,营养从海洋深度的表面,在海岸和淡水进入(从河流和冰川融化)到大海。
尽管海洋是不断运动和有很多的因素影响海水移动了,有一个自然现象,导致海水运动几千年来:一个大洋流,连接所有的海洋盆地,以及海洋表面和深海。当前有时被称为全球传送带的方式循环水中所有世界各地的(图1)。如果水可以追踪全球输送带的旅程,红色路径后温水接近水面,然后冷却水槽跟蓝色的路径,直到它再次回到地表,我们会发现需要水约1000年完成其旅行世界各地。
- 图1 -全球输送带。
- 温暖的洋流在地表附近被显示为红色,冷洋流底部附近用蓝色画。由于这些水流,水传播,在过去的大约1000年,所有的世界各地。草图后,拉姆斯托夫(2从地图上http://www.free-world-maps.com。
《乱世佳人》:风驱动海洋环流
第一个明显的猜测可能导致海洋风这个运动。风吹过海洋的表面,导致波和顺风方向运动的水。事实上,全球输送带的部分是由风驱动的(3]。风系统,比如贸易风,由强风不断作用于大海洋的表面区域,提供大量的能量,把大量的水进入运动。
Density-Driven海洋环流
然而,另一部分海水在全球输送带的运动是由更小的明显:密度不同的水。密度是衡量重一定量的物质。的定义密度是单位体积质量。例如,一个立方体的鲜奶油具有更低的密度,从而降低质量,比相同大小的立方体的岩石箱1。
箱1 -我们为什么需要了解密度呢?
除了它的重要性的理解海洋环流为什么你想知道物质的密度?有几个原因。有时更容易测量的体积比重量。例如烘烤时,你有可能遇到那些量杯毕业获得不同尺度下的一面,说明多远你会填补一定重量的杯糖,面粉,水,和其他人。为什么不能只有一个规模在所有的材料的杯子吗?因为一杯水比一杯面粉需要更少的空间。这是意味着一杯水是更紧凑,密度更高,比一杯面粉。
想象一个冰块托盘装满水的边缘。当你把这个冰块托盘进冰箱,第二天回来,你会发现,冰块已经现在隆起的托盘。水,放入冰块托盘现在占用更大的体积比之前冻结。所以,如果你想要冰块托盘满冰块完全rim,你最初的方式填充它,你必须剃掉凸出的冰,这将减少水的托盘的质量。这告诉我们,冰密度(不太紧凑)低于液体水,因为水的质量相同传播出去,当被占用更多的空间。因此,当你把冰块在水里,他们会浮在表面。
两种液体的类似的事情发生了:如果液体有不同的密度,密度较大的液体水槽底部轻一个漂浮在上面。例如,如果你倒油在水,油会浮上水面。如果你倒水在油、水沉在下面的石油和传播,推动石油表面。海洋中发生这种情况:如果由于某种原因,水在地表附近的海洋变得密度比水低,密度较大的水沉下来,取代了密度较低的水,将上升到水面。
导致密度差异的原因是什么?
在海洋中,密度是由几个因素决定的,包括压力下的水的数量,多少盐溶解在水中,水的温度。下更多的压力水,压缩,因此它的密度越高。海洋的压力会增加很多当你向下俯冲。海洋是平均4公里深,在这种深度,压力非常高。密度也受到多少盐溶解在水里。海水的含盐量是叫它盐度水的盐度越高,它的密度越高。典型的海水盐度是35克每升,相当于~ 7茶匙的食盐每1升的水(或每杯2茶匙水)。最后,水的温度影响它的密度。一般来说,寒冷的水,越接近分子挤压在一起,这意味着他们占用较少的空间和密度越高。
由于温度、盐度和压力是不同的在不同的地方在世界各地的海洋,海水的密度是不同的在不同的地方,。在图1,我们看到全球的洋流传送带横跨整个地球。在遥远的北方,温暖的(红色)表面流冷却并下沉,变成一个寒冷(蓝色)目前在海洋深处的。这是因为寒冷的水密度高于温暖的水。
厨房海洋学:冰融化在淡水和咸水
现在,我们已经看到,海洋的密度差异有助于推动洋流,让我们做一个简单的实验,将帮助这个想法变得更加清晰。
问题:如果你把两个相似大小的冰块,将它们放入室温水,淡水和盐水,冰块会融化得更快?
假设:冰块融化的速度取决于周围的水的温度。融水从冰块比室温冷水放入冰块,因此冰块包围自己的融水会融化得更慢。
预测:淡水的冰块会融化得更快,因为寒冷的融水从冰块的密度比淡水从而堕落和冰块。的冰块放在盐水中,另一方面,将自己包围,寒冷的融水,因为淡水将漂浮在海水,密集的。因此,海水的冰块会融化得更慢。
实验:把一个冰块到室温淡水和另一个室温盐水并观察!对于盐水,可以使用类似典型的海水的盐浓度(见上图)。更容易观察的融化的冰块和水,它可能是有用的食用色素添加到水之前冻结的冰块。
结果:在图2,这个实验的结果显示和描述。这个实验可以帮助我们区分三种不同的“水质量,”三种不同的密度:(1)室温盐水,这是三种类型的水的密度最大;(2)冷和新鲜的水从冰块融化,这是比盐水密度较低,因此在上面漂浮;(3)室温淡水,最密集的三个,通过这个寒冷的和新鲜的融水下沉。
- 图2 -(一)彩色冰块放在室温淡水和盐水。随着时间的推移融化是观察。
- (B)在淡水烧杯,彩色的融水沉落。在盐水烧杯,它呆在那里的表面和传播。(C)到实验的最后,烧杯之前包含淡水混合着融化的水,而在盐水烧杯融水仍浮在表面。(照片:Mirjam Glessmer)。
的后果是什么改变水密度在海洋世界吗?
实验用冰块展示了不同密度的水影响水循环:密度较低的水将传播的密度,密度较大的水沉它下面通过密度较低的水和传播。这正是发生在海洋!但是,也让我们考虑一个不同的场景:如果在寒冷地区淡水引入海洋海水下沉下来形成的深分支全球输送带,例如冰川融化,这必将在海洋和淡水不沉,绝缘的深海寒冷的气氛,尤其是新鲜的水结冰。这将有一些影响海洋的循环模式未来数年乃至数十年的发展,结合其他因素,像风。这是一个激动人心的活跃研究领域!
注:
- 电影的这个实验可以看出:https://mirjamglessmer.com/2013/09/01/ice-cubes-melting-in-salt-water-and-freshwater-post-13/
- 厨房海洋学实验,看看mirjamglessmer.com/kitchen-oceanography
术语表
密度:↑密度是衡量重一定量的物质。
海洋环流:↑水与洋流的运动,例如,墨西哥湾流。
盐度:↑海水中的盐含量;海水是多么“咸”。
循环模式:↑持久的洋流的位置。
利益冲突声明
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
引用
[1]↑海洋文化:海洋科学的基本原则为所有年龄段的学习者版本2:2013年3月。网上:http://www.coexploration.org/oceanliteracy/documents/OceanLitChart.pdf
[2]↑拉姆斯托夫,s . 2006。“海洋温盐环流”第四纪科学百科全书埃德·s . a .伊莱亚斯(阿姆斯特丹:爱思唯尔)。
[3]↑Bringedal C。Eldevik, T。、SkagsethØ。碎裂,m。Østerhus, s . 2018。观察到的结构和迫使整个Greenland-Scotland岭交流。j .爬。31:9881 - 901。doi: 10.1175 / jcli - d - 17 - 0889.1