ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ"

Ἐμμανουήλ Βασιλείου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τ Μ Η Μ Α Γ Ε Ω Γ Ρ Α Φ Ι Α Σ ΕΛ. ΒΕΝΙΖΕΛΟΥ, ΚΑΛΛΙΘΕΑ-ΤΗΛ: FAX: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ E ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΣΚΗΣΗ 3 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΕΣ ΜΑΖΕΣ Από Καψιμάλη Βασίλη Διευθυντή Ερευνών, ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. και Παυλόπουλο Κοσμά Καθηγητή ΑΘΗΝΑ 2016

της πίεσης. Από αυτές τις τρεις παραμέτρους, η θερμοκρασία παίζει τον πιο αποφασιστικό ρόλο για την χωρική διαφοροποίηση της πυκνότητας.

2 Α. ΘΕΩΡΙΑ 3.1 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Η πυκνότητα (Density) του ωκεάνιου νερού είναι μια συνδυαστική παράμετρος που προκύπτει από τη συσχέτιση των τριών βασικών παραμέτρων αυτού, δηλαδή της θερμοκρασίας, της αλατότητας και της πίεσης. Από αυτές τις τρεις παραμέτρους, η θερμοκρασία παίζει τον πιο αποφασιστικό ρόλο για την χωρική διαφοροποίηση της πυκνότητας. Γενικά, η τιμή της πυκνότητας του ωκεάνιου νερού αυξάνεται όταν αυξάνονται οι τιμές της αλατότητας και της πίεσης (δηλαδή του βάθους) καθώς επίσης όταν μειώνεται η τιμή της θερμοκρασίας. Συνήθως τα ψυχρότερα και αλμυρότερα ωκεάνια νερά είναι και τα πυκνότερα. Τα πυκνά στρώματα νερού, λόγω της βαρυτικής δύναμης και των νόμων της πλευστότητας, τείνουν να βυθίζονται, προκαλώντας κινήσεις «θερμοαλάτινης» μεταφοράς. Η βύθιση μιας υδάτινης μάζας θα τερματιστεί στην περιοχή που τα νερά έχουν την ίδια πυκνότητα. Αντίθετα, προς την επιφάνεια της υδάτινης στήλης ανεβαίνουν τα ελαφρύτερα στρώματα νερού. Η κατακόρυφη αυτή διαφοροποίηση δημιουργεί στρωμάτωση της υδάτινης στήλης, με αύξηση της τιμής της πυκνότητας του ωκεάνιου νερού προς τα βαθύτερα τμήματα της υδάτινης στήλης (Εικ. 2.4). Η πυκνότητα νερού (ρ s,t,p ) εκφράζεται σε kg/m 3 και στον ανοικτό ωκεανό κυμαίνεται μεταξύ kg/m 3. Για περισσότερη ευκολία συνήθως αφαιρούνται οι 1000 μονάδες: σ s,t,p = ρ s,t,p Επομένως, αντί της τιμής 1026,02, χρησιμοποιείται η τιμή «σίγμα», δηλαδή η 26, Επιφανειακές διακυμάνσεις Η κατανομή της πυκνότητας στα επιφανειακά νερά του παγκόσμιου ωκεανού ακολουθεί γενικά το αντίστοιχο πρότυπο κατανομής της θερμοκρασίας. Τα λιγότερο πυκνά νερά εντοπίζονται κοντά στον ισημερινό και τα περισσότερο πυκνά στις πολικές περιοχές (Εικόνα 3.1). Εικόνα 3.1: Κατανομή της πυκνότητας στην επιφάνεια του παγκόσμιου ωκεανού. 2

3.2. Κατακόρυφες διακυμάνσεις Η κάθετη κατανομή της πυκνότητας παρουσιάζει τρία στρώματα: Το ανώτερο, καλά αναμεμειγμένο και σχετικά ομοιόμορφο στρώμα νερού, πάχους 50-200 m περίπου, που επηρεάζεται

3 3.2. Κατακόρυφες διακυμάνσεις Η κάθετη κατανομή της πυκνότητας παρουσιάζει τρία στρώματα: Το ανώτερο, καλά αναμεμειγμένο και σχετικά ομοιόμορφο στρώμα νερού, πάχους m περίπου, που επηρεάζεται από την αιολική δράση και τα ανεμογενή κύματα. Η θερμοκρασία και η αλατότητα αυτού του στρώματος μεταβάλλονται συχνά, εύκολα και γρήγορα λόγω της άμεσης γειτονίας με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Έτσι, η εξάτμιση νερού από τη θαλάσσια επιφάνεια μπορεί να προκαλέσει αύξηση της πυκνότητας (λόγω της αύξησης της αλατότητας), ενώ αντίθετα ένα θερμό μέτωπο αέρα μπορεί να προκαλέσει ελάττωση της πυκνότητας (λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας) του νερού. Το ενδιάμεσο στρώμα είναι το πυκνοκλινές, το οποίο συνήθως συμπίπτει με το θερμοκλινές (στρώμα απότομης μεταβολής της θερμοκρασίας) και το αλοκλινές (στρώμα έντονης διακύμανσης της αλατότητας). Είναι δηλαδή το μεταβατικό στρώμα που δρα ως ένα φράγμα ανάμεσα στην επιφανειακή και τη βαθιά ωκεάνια ζώνη, επιτρέποντας περιορισμένη κίνηση του νερού ανάμεσα στην ανώτερη και την κατώτερη ζώνη. Κάτω από το πυκνοκλινές βρίσκονται τα βαθιά, κρύα και πυκνά ωκεάνια νερά. Τα βαθιά νερά του Παγκόσμιου Ωκεανού χαρακτηρίζονται από σχεδόν σταθερή τιμή πυκνότητας. Στις πολικές περιοχές, λόγω του ότι το πυκνοκλινές δεν σχηματίζεται πάντα, τα νερά της βαθιάς αυτής ζώνης αναδύονται στην επιφάνεια (Εικόνα 3.2). Αντίθετα, σε περιφερειακές θαλάσσιες λεκάνες, όπως της Μεσογείου, τα πολύ πυκνά, πολικής προέλευσης, νερά απουσιάζουν, διότι η είσοδος παρεμποδίζεται από το μορφολογικό ύβωμα του Γιβραλτάρ. Εικόνα 3.2: Κάθετη κατανομή της πυκνότητας ως προς το βάθος. 3

4 Θαλάσσια στρώματα διαφορετικής πυκνότητας (λόγω διαφορετικών τιμών στη θερμοκρασία και την αλατότητα στις θαλάσσιες αυτές μάζες) λειτουργούν ως φράγματα στην κάθετη ανάμειξη των θαλάσσιων μαζών. 3.3 Διάγραμμα T-S Η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας (T), της αλατότητας (S), και της πυκνότητας (σt) είναι μη-γραμμική και δεν υπάρχει τύπος που να συνδέει τις παραπάνω παραμέτρους. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε πίνακες ή πολυωνυμικές εκφράσεις. Ωκεανογραφικές έρευνες έδειξαν ότι η θερμοκρασία και η αλατότητα σχετίζονται μεταξύ τους, και τα σημεία προβολής των ζευγών Τ-S μιας θαλάσσιας μάζας δεν κατανέμονται τυχαία πάνω στο διάγραμμα, με άξονες τη θερμοκρασία (T) και την αλατότητα (S), αλλά τοποθετούνται πάνω σε μία καμπύλη (Εικόνα 3.3). Εικόνα 3.3: Το διάγραμμα T-S, όπως προκύπτει από την προβολή των τιμών Θερμοκρασίας (Τ) και Αλατότητας (S) σε έναν μετρητικό σταθμό της υδάτινης στήλης, βάθους μέχρι 600 m. Τα διαγράμματα T-S χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τον Helland-Hansen (1916) και από τότε αποτελούν τη βασική μέθοδο ανάλυσης της Φυσικής Ωκεανογραφίας, Ειδικότερα, χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό του «τύπου» νερού ορισμένης περιοχής, δηλαδή έναν σημαντικό όγκο ύδατος ομοιογενούς θερμοκρασίας και αλατότητας που απεικονίζεται σε ένα T S διάγραμμα δια ενός μοναδικού σημείου. Στην πράξη ο «τύπος» νερού αντιστοιχεί σε μια «μάζα» νερού της οποίας τα χαρακτηριστικά T S κυμαίνονται ελάχιστα και παραμένουν μέσα σε ορθογώνιο πλαίσιο διαστάσεων ΔS * ΔT (Εικόνα 3.4). 4

5 Εικόνα 3.4: Αναγνώριση διαφορετικών «τύπων» ή «μαζών» νερού (A και Β) όπως απεικονίζονται στο διάγραμμα T-S. Επιπλέον, τα διαγράμματα T-S δίνουν σημαντικές πληροφορίες για: (α) τον βαθμός μείξης των υδάτινων μαζών, (β) την περιοχή και τον τρόπος σχηματισμού τους, γ) την κατάσταση ισορροπίας του νερού στους ωκεανούς, και δ) τις λανθασμένες μετρήσεις που προβάλλονται εκτός της μέσης καμπύλης. 5

6 Β. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. (α) Χρησιμοποιήστε το διάγραμμα Τ-S (θερμοκρασίας-αλατότητας) (Εικόνα 3.5) για να υπολογίσετε την πυκνότητα των θαλάσσιων μαζών (Θ/Μ) του παρακάτω Πίνακα 1. Εικόνα 3.5: Νομόγραμμα κατανομής της πυκνότητας σ Τ με τη θερμοκρασία και την αλατότητα. 6

7 Θ/Μ Θερμοκρ. ( C) Αλατοτ. (%o) Α 1 34,40 Β 18 35,50 Γ 5 35,20 Δ 14 34,70 Ε 10 34,45 Πίνακας 1 Πυκνότητα (σ t ) Βάθη (m) (β) Συνδυάστε τις τιμές πυκνότητας με τα παρακάτω βάθη (50, 250, 500, 1000 και 2000 m) έτσι ώστε η στήλη του νερού να βρίσκεται σε ισορροπία. 7

8 2. (α) Στο διάγραμμα της Εικόνας 3.6 έχει σχεδιαστεί η καμπύλη T-S για μια περιοχή βάθους 100 m. Αν το κάθε ζεύγος (κουκίδα) απεικονίζει μάζα νερού η οποία απέχει από την προηγούμενη 10 m να συμπληρώσετε τον Πίνακα 2 με τις τιμές της θερμοκρασίας, αλατότητας και πυκνότητας. Εικόνα 3.6: Νομόγραμμα κατανομής της πυκνότητας σ t με τη θερμοκρασία και την αλατότητα. 8

9 Πίνακας 2 Θ/Μ Θερμοκρ. ( C) Αλατοτ. (psu) Πυκνότητα (σ t ) Βάθη (m) (β) Σχεδιάστε τις κατανομές της θερμοκρασίας, αλατότητας και πυκνότητας με το βάθος στα γραφήματα της Εικόνας 3.7. (a) (b) (c) Εικόνα 3.7: Γραφήματα κατακόρυφης κατανομής: (α) θερμοκρασίας ( o C), (β) αλατότητας (psu), και (γ) πυκνότητας (σ Τ ). 9

10 3. Στα διαγράμματα T-S της Εικόνας 3.8 απεικονίζονται ζεύγη τιμών Θερμοκρασίας και Αλατότητας από την υδάτινη στήλη της Ανατολικής Μεσογείου (από τη θαλάσσια επιφάνεια μέχρι το βάθος των 1000 m). Απαντήστε στα παρακάτω ερωτήματα: (α) Ποιες οι θέσεις των επιφανειακών και πυθμενικών νερών στα παρακάτω διαγράμματα; (β) Ποιο το μέγιστο, το ελάχιστο και το εύρος των τιμών Θερμοκρασίας και Αλατότητας; (γ) Ποια εποχή έγιναν οι μετρήσεις; Δικαιολογήστε την απάντησή σας (a) (b) Εικόνα 3.8: Εποχιακά διαγράμματ T-S της υδάτινης στήλης της Ανατολικής Μεσογείου 10

Σχετικά έγγραφα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ

ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τ Μ Η Μ Α Γ Ε Ω Γ Ρ Α Φ Ι Α Σ ΕΛ. ΒΕΝΙΖΕΛΟΥ, 70 17671 ΚΑΛΛΙΘΕΑ-ΤΗΛ: 210-9549151 FAX: 210-9514759 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ Από Καψιμάλη Βασίλη Δρ. Γεωλόγο - Ωκεανογράφο