ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ

ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ E ΕΞΑΜΗΝΟ Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του νερού

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Ο Υδρολογικός Κύκλος 2. Το καθαρό νερό 2.1. Δομή 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες 3. Το θαλασσινό νερό 3.1. Χημική σύσταση 3.2. Γεωχημικός Κύκλος 3.3. Αλατότητα 3.4. Θερμοκρασία 3.5 Πυκνότητα 3.6 Διάδοση του φωτός στο νερό 3.7. Διάδοση του ήχου στο νερό

Χημική Ωκεανογραφία Κύριο Αντικείμενο: προσδιορισμός και μελέτη των ιδιοτήτων της φύσεως και των δυναμικών αλληλεπιδράσεων των στοιχείων, χημικών ενώσεων και συστημάτων τα οποία βρίσκονται στο θαλάσσιο περιβάλλον Ειδικότερα Αντικείμενα: Θαλάσσιο νερό/ μοριακή δομή / φυσικοχημικές ιδιότητες Σύσταση του θαλάσσιου νερού/ μορφές συστατικών Ιοντικές Αλληλεπιδράσεις στο θαλάσσιο νερό Θαλάσσια Οργανική Ύλη Ατμοσφαιρική Χημεία/ αλληλεπιδράσεις με θάλασσα Διαλυμένα αέρια (εκτός CO 2 ) CO 2, Κύκλος Ανθρακικών, αλκαλικότητα Θρεπτικά άλατα και ιχνοστοιχεία Φωτοσύνθεση και πρωτογενής παραγωγή Κύκλοι των κυριοτέρων στοιχείων (C, N, P, S)

Χημική Ωκεανογραφία Θεωρητική βάση της Χημικής Ωκεανογραφίας: Οργανική Χημεία Ανόργανη Χημεία Φυσικοχημεία Αναλυτική Χημεία Βιοχημεία Βιογεωχημεία

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος Κατανομή του νερού στον Πλανήτη Ο ωκεανός αποτελεί το 97% (1,37 x 10 9 km 3 ) του ολικού υδάτινου αποθέματος, από το οποίο ~ 20% του νερού των ωκεανών είναι παγιδευμένο στα θαλάσσια ιζήματα/ πετρώματα (12% του συνόλου των υδάτων του πλανήτη) Οι παγετώνες αποτελούν τη δεύτερη υδάτινη δεξαμενή του πλανήτη (2%) Το απόθεμα νερού σε ποτάμια, λίμνες και ατμόσφαιρα είναι μόνο 0.003%!!! Ταμιευτήρας Όγκος (10 6 km 3 ) Ποσοστό (%) Ωκεανοί 1400 96,96 Αναμεμιγμένο 50 Θερμοκλινές 460 Αβυσσαλέο 890 Παγετώνες 43,4 2,97 Υπόγειο Νερό 15,3 1,05 Λίμνες 0,125 0,009 Ποταμοί 0,0017 0,0001 Υδρασία Εδάφους 0,065 0,0045 Ατμόσφαιρα 0,0155 0,001 Βιόσφαιρα 0,002 0,0001 ΣΥΝΟΛΟ 1459 100

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος Κατανομή του νερού

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος 1.1. Οι φάσεις του Κύκλου Με τον όρο "υδρολογικό κύκλο" εννοούμε τη γενική κίνηση του νερού σε όλες του τις φάσεις και από όλους τους δυνατούς δρόμους Ο κύκλος του νερού λειτουργεί εδώ και δισεκατοµµύρια χρόνια Η Γη θα ήταν πολύ αφιλόξενο µέρος για τη ζωή χωρίς τον υδρολογικό κύκλο

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος 1.1. Οι φάσεις του Κύκλου Με τον όρο "υδρολογικό κύκλο" εννοούμε τη γενική κίνηση του νερού σε όλες του τις φάσεις και από όλους τους δυνατούς δρόμους Το νερό της Γης είναι πάντα σε κίνηση... και διαρκώς αλλάζει μορφή, από υγρό μετατρέπεται σε στερεό ή σε αέριο και αντίστροφα

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος 1.1. Οι φάσεις του Κύκλου Με τον όρο "υδρολογικό κύκλο" εννοούμε τη γενική κίνηση του νερού σε όλες του τις φάσεις και από όλους τους δυνατούς δρόμους Οι σημαντικότερες φάσεις του Υδρολογικού Κύκλου θεωρούνται: η εξατμισοδιαπνοή, τα κατακρημνίσματα, η αποθήκευση νερού στην ξηρά (επιφάνεια εδάφους, υπέδαφος και παγετώνες) καθώς κι η επιφανειακή και υπόγεια απορροή...... μα η κυριότεροι φάση είναι η αποθήκευση του νερού στους ΩΚΕΑΝΟΥΣ!!!

1. Ο Υδρολογικός Κύκλος 1.2. Χρόνος παραμονής του νερού στους ωκεανούς Χρόνος Παραμονής του νερού = Ετήσιος ρυθμός Εξάτμισης Όγκος θαλασσινού νερού 425x10 3 km 3 /yr = = 1,38x10 9 km 3 3.250 χρόνια Ο μέσος χρόνος παραμονής του νερού στον Παγκόσμιο Ωκεανό είναι ένας ενδεικτικός δείκτης που αλλάζει σημαντικά σε κάθε επιμέρους λεκάνη καθώς και σε κάθε τμήμα αυτής

2. Το καθαρό νερό 2.1. Η μοριακή δομή Αποτελείται από ένα άτομο Οξυγόνου και δύο άτομα Υδρογόνου Οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων είναι ισχυροί Η γεωμετρία του μορίου είναι ασυνήθιστη Σχηματίζεται γωνία σύνδεσης 105 ο μεταξύ των ατόμων του Υδρογόνου και του Οξυγόνου Η διάταξη αυτή δημιουργεί μια ασυμμετρία στο μόριο του νερού προσδίδοντας μια θετική πλευρά (στο οξυγόνο) και μια αρνητική πλευρά (στα υδρογόνα). Μοριακή πολικότητα (αντιθέτως φορτισμένα άκρα) H 2 0

2. Το καθαρό νερό 2.1. Η μοριακή δομή Δεσμοί Υδρογόνου στο H 2 O Η πολικότητα προκαλεί ασθενείς δεσμούς μεταξύ των μορίων του νερού που ονομάζονται Δεσμοί Υδρογόνου Οι δεσμοί του νερού εξαρτώνται από τη θερμική κατάσταση Έχουν την τάση να σχηματίζουν εξαγωνικές αλυσίδες Τα μόρια του νερού συνδέονται μεταξύ τους αλλά και με άλλα συστατικά

2. Το καθαρό νερό 2.1. Η μοριακή δομή Οι τρεις καταστάσεις του H 2 O Στερεά φάση: Εξαγωνικοί δεσμοί Υγρή φάση: Εξαγωνικοί δεσμοί και ασύνδετα μόρια Αέρια φάση: Ασύνδετα μόρια

2. Το καθαρό νερό 2.1. Η μοριακή δομή Γεωμετρία των χιονονιφάδων Όλες οι χιονονιφάδες έχουν εξαγωνική μορφή Το σχήμα τους αντανακλά την μοριακή δομή της στερεής φάσης του νερού Δομή fractal

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Πυκνότητα-Θερμική διαστολή Η στατιστική κατανομή των ελεύθερων (μεμονωμένων) μορίων και αυτών που σχηματίζουν εξαγωνικές αλυσίδες καθορίζει την πυκνότητα του νερού Μέγιστη πυκνότητα εμφανίζεται όταν σε μια μονάδα όγκου περιέχεται ο μεγαλύτερος αριθμός μορίων (η διάταξη των ελεύθερων μορίων και των εξαγωνικών αλυσίδων είναι η καταλληλότερη για να χωρέσουν όσο το δυνατό περισσότερα μόρια) Η μέγιστη πυκνότητα του νερού παρουσιάζεται στους 4 ο C Η πλήρης διευθέτηση των μορίων του νερού σε εξαγωνική διάταξη προσδίδει στο νερό τον μεγαλύτερο όγκο του. Η κατάσταση αυτή συμβαίνει όταν το νερό παγώνει Ο μεγαλύτερος όγκος του νερού (9% μεγαλύτερος) παρουσιάζεται στους 0 ο C

2. Το καθαρό νερό Συνέπειες: 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Πυκνότητα-Θερμική διαστολή Αυξομειώσεις της στάθμης της θάλασσας, π.χ. αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειακών νερών κατά 0,1 ο C, σε παγκόσμια κλίμακα, μπορεί να προκαλέσει λόγω θερμική διαστολής άνοδο της θαλάσσιας επιφάνειας κατά 1 cm Στη Μεσόγειο το ετήσιο εύρος συστολήςδιαστολής της στάθμης της θάλασσας φτάνει τα 10 cm

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Θερμοχωρητικότητα Είναι η θερμότητα που πρέπει να αποκτήσει ένα υλικό για να αυξήσει τη θερμοκρασία του Το νερό έχει τη μεγαλύτερη θερμοχωρητικότητα από όλα τα στερεά και υγρά (εκτός της αμμωνίας) Αποθηκεύει μεγάλα ποσά θερμότητας που τα μεταφέρει σε άλλες περιοχές μέσω των θαλάσσιων ρευμάτων Μετριάζει και εξομαλύνει τις ακραίες θερμικές καταστάσεις στον πλανήτη Η θάλασσα παίζει τον σημαντικότερο ρόλο στη διαμόρφωση του παγκόσμιου κλίματος

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Λανθάνουσα θερμότητα τήξης και εξάτμισης Η σύνδεση ή αποσύνδεση των εξαγωνικών αλυσίδων του νερού απαιτεί την δέσμευση ή αποδέσμευση μεγάλων ποσών θερμότητας Η Θερμότητα που πρέπει να προστεθεί σε 1 g νερού για να μεταβεί από την υγρή στην αέρια κατάσταση ονομάζεται Λανθάνουσα Θερμότητα Εξάτμισης-Συμπύκνωσης Η Θερμότητα που πρέπει να προστεθεί σε 1 g νερού για να μεταβεί από την στερεή στην υγρή κατάσταση ονομάζεται Λανθάνουσα Θερμότητα Πήξης-Τήξης

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες 540 cal/g στους 100 o C Στη θάλασσα η εξάτμιση μπορεί να συμβεί σε μικρότερες θερμοκρασίες, π.χ. στους 20 o C, αλλά απαιτείται άντληση μεγαλύτερης θερμότητας από το περιβάλλον (585 cal/g) Απότομη έκλυση θερμότητας στο περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει τυφώνες Λανθάνουσα θερμότητα Εξάτμισης-Συμπύκνωσης

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες 80 cal/g στους 0 o C Τα παγόβουνα απορροφούν μεγάλες ποσά θερμότητας από τους ωκεανούς για να λειώσουν Λανθάνουσα θερμότητα Πήξης-Τήξης

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Άλλες ιδιότητες Μεγάλη Επιφανειακή Τάση Ισχυρή Διαλυτική Ικανότητα Υψηλή Διηλεκτρική Σταθερά Μικρό ιξώδες

2. Το καθαρό νερό 2.2. Φυσικοχημικές ιδιότητες Ιδιότητες Σύγκριση με άλλες ουσίες Σημασία για το φυσικό και βιολογικό περιβάλλον Θερμοχωρητικότητα Μεγαλύτερη από όλα τα στερεά και από όλα τα υγρά με εξαίρεση την αμμωνία. Εμποδίζει ακραίες θερμοκρασίες. Μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας από κινήσεις νερών. Λανθάνουσα θερμότητα τήξης Μεγαλύτερη από όλες τις ουσίες με εξαίρεση την αμμωνία. Σταθερή θερμοκρασία στο σημείο τήξης. Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης Μεγαλύτερη από όλες τις ουσίες. Παίζει σημαντικό ρόλο στη μεταφορά θερμότητας και νερού στην ατμόσφαιρα. Θερμική διαστολή Μη γραμμική. Μέγιστη πυκνότητα νερού στους 4 και θαλασσινού νερού στο σημείο πήξης (περίπου -1,9 0). Επιφανειακή τάση Μεγαλύτερη από όλα τα υγρά. Σημαντική για τη φυσιολογία των κυττάρων, για τα τριχοειδή φαινόμενα και για το σχηματισμό σταγόνων. Διαλυτική ικανότητα Διαλύει περισσότερες ουσίες και σε μεγαλύτερες ποσότητες από όλα τα υγρά. Σημαντικότατη για μια μεγάλη σειρά φυσικών, χημικών αλλά και βιολογικών διαδικασιών. Ηλεκτρολυτική διάσταση Πολύ μικρή. Διίσταται σε ιόντα υδρογόνου και υδροξυλίου. Διαφάνεια Σχετικά μεγάλη. Σχετικά μικρή απορρόφηση του ορατού μέρους του ηλιακού φωτός, μεγάλη απορρόφηση του υπεριώδους και υπερύθρου. Θερμική αγωγιμότητα Μεγαλύτερη από όλα τα υγρά. Ση μαντική στη μεταφορά θερμότητας σε μικρή κλίμακα. Ιξώδες Μικρότερο από όλα τα υγρά. Μικρή αντίσταση στη ροή.

3.1. Χημική σύσταση Το θαλασσινό νερό είναι ΔΙΑΛΥΜΑ Περιέχει όλα τα χημικά στοιχεία που συναντώνται στον Πλανήτη Όμως, μόνο 6 στοιχεία αποτελούν το 99% των διαλυμένων ουσιών άλλες 5 ουσίες αποτελούν το 0,9% και τα υπόλοιπα ~90 δεν ξεπερνούν το 0,1% Οι ουσίες που περιέχονται στο θαλασσινό νερό είναι ανόργανες και οργανικές Ανάλογα με την συγκέντρωσή τους διακρίνονται σε: Κύρια στοιχεία (50 750 μμ) Δευτερεύοντα (0,05 50 μμ) Ιχνοστοιχεία (0,05 50 nm)

3.1. Χημική σύσταση Το θαλασσινό νερό είναι ΔΙΑΛΥΜΑ ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΟΝΟΜΑ ΣΥΜΒΟΛΟ g/kg % κατά βάρος Χλώριο Cl - 18,980 55,04 Νάτριο Na + 10,556 30,61 Θειούχα SO 2-2,649 7,68 Μαγνήσιο Mg 2+ 1,272 3,69 Ασβέστιο Ca 2+ 0,400 1,16 Κάλιο K + 0,380 1,10 Δισανθρακικά 2- CO 3 0,140 0,41 Βρωμίδια Br - 0,065 0,19 Βορικό οξύ H 3 BO 3 0,026 0,07 Στρόντιο Sr 2+ 0,013 0,04 Φθόριο F - 0,001 0,00 ΣΥΝΟΛΟ 34,482 99,9

3.1. Χημική σύσταση Το θαλασσινό νερό είναι ΔΙΑΛΥΜΑ

3.1. Χημική σύσταση Ιδιότητες του θαλάσσιου νερού: σύγκριση με καθαρό νερό Αύξηση της πυκνότητας: Κάθε ουσία που διαλύεται σε ένα υγρό αυξάνει την πυκνότητα του Μείωση του σημείου πήξης: Τα διαλυμένα άλατα μειώνουν την τιμή του σημείου δημιουργίας πάγου. Παρεμπόδιση της συνένωσης μορίων νερού Αύξηση του σημείου βρασμού: Τα διαλυμένα άλατα υποβοηθούν την δημιουργία συμπλεγμάτων. Παρεμπόδιση της εξάτμισης του νερού Αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας: Λόγω της ισχυρής ηλεκτρολυτικής φύσης των διαλυμένων ουσιών

3.1. Χημική σύσταση Κανόνας των σταθερών αναλογιών (Αρχή Marcet) Επιβεβαιώθηκε από τον William Dittmar αφού ανέλυσε τα δείγματα που συνέλεξε το HMS Challenger (1872-1876) Τα κύρια στοιχεία που είναι διαλυμένα στο νερό βρίσκονται σε σταθερή αναλογία μεταξύ τους ανεξάρτητα από τη συνολική ποσότητα που περιέχονται στη θάλασσα Δηλαδή η συνολική ποσότητα (το άθροισμα) των διαλυμένων ουσιών μπορεί να αλλάζει στον χώρο (σε λεκάνες) και στον χρόνο (σε εποχές), η σχέση όμως των ουσιών μεταξύ τους παραμένει σταθερή Εξαιρέσεις: 1. Στην επιφάνεια κλειστών κόλπων λόγω της επίδρασης της μεγάλων ποταμών 2. Στο βάθος λεκανών με έντονη ηφαιστειακή και υδροθερμική δραστηριότητα 3. Σε ανοξικές λεκάνες 3. Περιοχές με έντονη εξάτμιση 4. Ανθρακικές υφαλοκρηπίδες

3.2. Γεωχημικός Κύκλος Άλλος ένας κύκλος!!! Θυμηθείτε τον Ιζηματολογικό, Πετρολογικό και Υδρολογικό Κύκλο Στον Γεωχημικό Κύκλο τα χημικά στοιχεία είναι οι πρωταγωνιστές!!!

3.2. Γεωχημικός Κύκλος Ένα ιόν μπορεί να απομακρυνθεί από τον ωκεανό με δύο τρόπους: 1.τον αεροψεκασμό (υπέργεια απομάκρυνση) 2.την καταβύθιση των ιζημάτων κάτω από τις ηπειρωτικές πλάκες (υπόγεια απομάκρυνση) Ένα ιόν μπορεί να επιστρέψει στον ωκεανό με δύο τρόπους: 1.την ηφαιστειακή δραστηριότητα (εκρήξεις ηφαιστείων και υδροθερμικά αναβλύσματα) 2.την επιφανειακή και υπόγεια απορροή

3.2. Γεωχημικός Κύκλος

3.2. Γεωχημικός Κύκλος Χρόνος Παραμονής ενός στοιχείου στη θάλασσα Μην μπερδεύετε τον Χρόνο Παραμονής ενός στοιχείου στη θάλασσα με τον Χρόνο Παραμονής του νερού στη θάλασσα Παραδοχές: Το νερό των ωκεανών είναι καλά αναμεμιγμένο (κανόνας Σταθερών Αναλογιών) Οι χημικές ουσίες του νερού βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας (όση ποσότητα ενός στοιχείου προστίθεται η ίδια ποσότητα απομακρύνεται) Χρόνος Παραμονής του στοιχείου = Ποσότητα του στοιχείου στους ωκεανούς ρυθμός απομάκρυνσης ή προσθήκης του στοιχείου στους ωκεανούς

3.2. Γεωχημικός Κύκλος Χρόνος Παραμονής ενός στοιχείου στη θάλασσα

Ερώτηση: 3.2. Γεωχημικός Κύκλος Χρόνος Παραμονής ενός στοιχείου στη θάλασσα Γιατί τα ιόντα ασβεστίου βρίσκονται σε πολλή μικρότερη αναλογία στο θαλασσινό νερό (1,16%) από τα ιόντα του νατρίου (30,61%), όταν οι ποσότητες του ασβεστίου που εισέρχεται στους ωκεανούς μέσω της απορροής (επιφανειακής και υπόγειας) και των ηφαιστειακών αναβλύσεων είναι πολλή μεγαλύτερες από τις ποσότητες του νατρίου; Απάντηση: Τα πιο «ενεργά» στοιχεία έχουν μικρότερο Χρόνο Παραμονής. «Ενεργά» είναι τα στοιχεία που λαμβάνουν μέρος στις θαλάσσιες βιογεωχημικές διεργασίες, π.χ. : ο σίδηρος (Fe) και το αργίλιο (Al) έχουν Χρόνο Παραμονής ~100 έτη το ασβέστιο (Ca) έχει ~1.000.000 έτη το νάτριο (Na) και το χλώριο (Cl) έχουν Χρόνο Παραμονής εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών

3.3. Αλατότητα Ερώτηση: Αλατότητα είναι το συνολικό ποσό των στερεών υλικών που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό Μπορούμε μετρήσουμε την αλατότητα ξηραίνοντας το θαλασσινό νερό στο φούρνο; Απάντηση: ΌΧΙ!!!

3.3. Αλατότητα Αρχικός Ορισμός Η ολική μάζα (g) των διαλυμένων ουσιών σε 1 kg θαλάσσιου νερού (ppt) Ορισμός βασιζόμενος στη χλωριότητα (1909) Η ολική μάζα (g) των διαλυμένων ουσιών σε 1 kg θαλάσσιου νερού όταν όλα τα ανθρακικά έχουν οξειδωθεί, όλα τα ανιόντα βρωμίου και ιωδίου έχουν αντικατασταθεί από ανιόντα χλωρίου και όλο το οργανικό υλικό έχει οξειδωθεί S = 1.805 Cl + 0.030 S = 35 όταν Cl = 19.374 S = 1.8154 Cl

3.3. Αλατότητα Ορισμός βασιζόμενος στην αγωγιμότητα (1978) S = 0,0080 0,1692 R 15 1/2 + 25,3851 R T +14,0941R T 3/2 7,0261 R T 2 + 2,7081 R T 5/2 + S Όπου: S = [(T = [(T - 15) / (1 + 0,0162(T 15))] + 0.005 15))] + 0,005 0,0056 R T -1/2 0,0066 R T 0,0375 R T 3/2 + 0,636 R T 2 0,0144 R T 5/2 R T = C (S, T, 0) / C (KCl, T, 0) C (S, T, 0) αγωγιμότητα σε θερμοκρασία Τ και ατμοσφαιρική πίεση, και C (KCl, T, 0) η αγωγιμότητα διαλύματος KCl 32,4356 g σε 1 kg διαλύματος. Για προσδιορισμό αλατότητας: 2 S 42

3.3. Αλατότητα Παράγοντες που επηρεάζουν την κατανομή Παράγοντες που ελαττώνουν την αλατότητα: Κατακρημνίσματα Απορροές από την ξηρά (επιφανειακές και υπόγειες) Τήξη των παγετώνων Παράγοντες που αυξάνουν την αλατότητα : Εξάτμιση Σχηματισμός παγετώνων

3.3. Αλατότητα Προέλευση Οι διαλυμένες ουσίες στο θαλασσινό νερό προέρχονται από τα εξαλλοιωμένα πετρώματα της λιθόσφαιρας Στην θάλασσα εισέρχονται κυρίως με δύο τρόπους: Επιφανειακές απορροές Ποταμοί: Ανθρακικά, ασβεστιτικά, πυριτικά και θειικά ιόντα Ηφαιστειακή δραστηριότητα Ηφαιστειακές Εκρήξεις: χλώριο, θειικά Υδροθερμία: Θειικά, μαγνήσιο καθώς και σίδηρο, μαγγάνιο, ασβέστιο, χλώριο, κάλιο, πυριτικά, χαλκό, ψευδάργυρο κ.ά. Η πιο σημαντική διεργασία εμπλουτισμού της θάλασσας με στοιχεία είναι η ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ

3.3. Αλατότητα Επιφανειακή κατανομή

3.3. Αλατότητα Επιφανειακή κατανομή Θέση/τύπος Αλατότητα Τυπικές τιμές 33-38 Βαλτική Θάλασσα 10 (brackish) Ερυθρά Θάλασσα 42 (hypersaline) Great Salt Lake 280 Νεκρά Θάλασσα 330 Μεσόγειος Θάλασσα 39

3.3. Αλατότητα Επιφανειακή κατανομή Χαμηλές τιμές στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη Μέγιστες τιμές στις υποτροπικές ζώνες Μεγάλες τιμές κοντά στον Ισημερινό Γιατί κατανέμεται με αυτό τον τρόπο η αλατότητα;

3.3. Αλατότητα Επιφανειακή κατανομή Η κατανομή της αλατότητας καθορίζεται κυρίως από: Εξάτμιση Κατακρημνίσματα Η διαφορά της εξάτμισης μείον τα κατακρημνίσματα σχετίζεται άμεσα με την κατανομή της αλατότητας

3.3. Αλατότητα Κατακόρυφη κατανομή Οι καμπύλες της διακύμανσης της αλατότητας με το βάθος του νερού διαφέρουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος Διακρίνονται τρία στρώματα: Επιφανειακό Μεταβατικό Βαθύ Το εύρος διακύμανσης στο επιφανειακό στρώμα είναι μεγάλο Το μεταβατικό στρώμα ονομάζεται Αλοκλινές και χαρακτηρίζεται από την έντονη μεταβολή της αλατότητας σε σχέση με το βάθος Στο βαθύ στρώμα οι διαφορές δεν είναι σημαντικές (34,6 34,9 )

3.3. Αλατότητα Κατακόρυφη κατανομή

3.4. Θερμοκρασία Μια από τις πιο σημαντικές φυσικές παραμέτρους του θαλάσσιου νερού Οι παράγοντες που ρυθμίζουν τη θερμοκρασία είναι: Ηλιακή ακτινοβολία (γεωγραφικό πλάτος) Μετεωρολογικές συνθήκες (ατμοσφαιρική κυκλοφορία) Ωκεάνια κυκλοφορία (θαλάσσια ρεύματα) Απορροές από την ξηρά (ποτάμια, υποθαλάσσιες πηγές)

3.4. Θερμοκρασία Κατανομή στο θαλάσσιο χώρο Επιφανειακή κατανομή θερμοκρασιών Αποκλίσεις: Στα χαμηλά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη (< 40 ο ) η ανατολική πλευρά των ηπείρων είναι θερμότερη Στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη (> 40 ο ) η δυτική πλευρά των ηπείρων είναι θερμότερη Ο Βόρειος Ατλαντικός είναι θερμότερος από τον Νότιο Ατλαντικό

3.4. Θερμοκρασία Επιφανειακή κατανομή θερμοκρασιών

3.4. Θερμοκρασία Κατανομή των θερμοκρασιακών ανωμαλιών Θερμοκρασιακή ανωμαλία είναι η απόκλιση από τον μέσο όρο πολλών ετών Συνήθεις θερμοκρασιακές ανωμαλίες δεν ξεπερνούν τους 1,5 ο C Οι μεγαλύτερες αποκλίσεις παρατηρούνται στην εύκρατη ζώνη (~3 ο C)

3.4. Θερμοκρασία Κατανομή των θερμοκρασιακών ανωμαλιών

3.4. Θερμοκρασία Κατακόρυφη κατανομή

Τα στρώματα των ωκεανών: Επιφανειακό Κατακόρυφη κατανομή Αναμεμειγμένο, μεγάλες θερμοκρασιακές μεταβολές στον χρόνο, πάχος 50-200 m Ενδιάμεσο (θερμοκλινές) Βαθύ 3.4. Θερμοκρασία Μερικώς αναμεμειγμένο, απότομες αλλαγές της θερμοκρασίας κατά βάθος, πάχος έως 1000 m Στους ωκεανούς οι εποχιακές διακυμανσεις της θερμοκρασίας είναι μικρές (μόνιμο θερμοκλινές), ενώ στις κλειστές και αβαθείς θάλασσες οι εποχιακές διακυμανσεις της θερμοκρασίας είναι μεγάλες (εποχιακό θερμοκλινές) Κατώτερο, ψυχρό, ελάχιστες διακυμανσεις, περιλαμβάνει ~80% των υδάτινων μαζών

3.4. Θερμοκρασία Κατακόρυφη κατανομή Ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος: Υπό-Τροπική ζώνη (χαμηλά γεωγραφικά πλάτη) Μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος του θερμοκλινούς, μόνιμος χαρακτήρας Εύκρατη ζώνη (ενδιάμεσα γεωγραφικά πλάτη) Μικρότερο θερμοκρασιακό εύρος του θερμοκλινούς, εποχιακός χαρακτήρας, ασαφή όρια Υπό-Πολική ζώνη (υψηλά γεωγραφικά πλάτη) Απουσία θερμοκλινούς (!!!), θερμοκρασιακή αναστροφή λόγω λέιώσιμου των πάγων και ψυχρών κατακρημνησμάτων

3.4. Θερμοκρασία Κατακόρυφη κατανομή Διακύμανση του εποχιακού θερμοκλινούς

3.4. Θερμοκρασία Κατακόρυφη κατανομή Δυνητική θερμοκρασία (θ) Σε αρκετά μεγάλα βάθη νερού (> 3500 m) η πίεση επηρεάζει την θερμοκρασία Δυνητική ονομάζεται η θερμοκρασία του νερού όταν εξαλειφθεί η επίδραση της πίεσης

3.4. Θερμοκρασία Κατανομή στη Μεσόγειο EMODnet Physics (http://www.emodnet-physics.eu/portal/)

3.4. Θερμοκρασία Τα στρώματα του Αιγαίου: Επιφανειακό Κατανομή στο Αιγαίο Κυμαίνεται από 14 ο C (τον χειμώνα) έως 23-28 o C (το καλοκαίρι), πάχος λίγες δεκάδες μέτρα Ενδιάμεσο (θερμοκλινές) Παρουσιάζεται ένα εποχιακό θερμοκλινές με μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος, το χειμώνα απουσιάζει, βάθος μέχρι 250 m Βαθύ Κατώτερο, σχετικά ψυχρό με τιμές που κυμαίνονται από 12-14 οc (σχετικά αυξημένες σε σχέση με αυτές των ωκεανών που είναι από 4 ο C έως 8 o C

3.5. Πυκνότητα Ορισμοί και συμβολισμοί Οι παράγοντες που επηρεάζουν την πυκνότητα του θαλασσινού νερού είναι: Θερμοκρασία Πυκνότητα Αλατότητα Πυκνότητα Πίεση Πυκνότητα Η θερμοκρασία έχει την μεγαλύτερη επίδραση στην πυκνότητα των επιφανειακών νερών

3.5. Πυκνότητα Ορισμοί και συμβολισμοί Η πυκνότητα καθορίζεται ως μετρήσιμη παράμετρος από την Παγκόσμια Καταστατική Εξίσωση του Νερού (International Equation State) - IES80 H πυκνότητα συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα ρ και ακολουθούν σε παρένθεση η τιμές της Αλατότητας (S), Θερμοκρασίας (t) και πίεσης (p), δηλαδή: ρ(s,t,p) π.χ, όταν: ρ(s,t,p) = επί τόπου (in situ) πυκνότητα ρ(s,t,0) = πυκνότητα νερού στην επιφάνεια της θάλασσας ρ(35,t,0) = πυκνότητα επιφανειακού νερού με αλατότητα 35 psu (standard)

3.5. Πυκνότητα Ορισμοί και συμβολισμοί Η πυκνότητα κυμαίνεται από 1026,00 kg/m 3 έως 1027,90 kg/m 3 Χάριν απλουστεύσεως χρησιμοποιούνται μόνο τα δύο τελευταία ψηφία πριν και μετά την υποδιαστολή και η τιμή αυτή ονομάζεται διεθνώς σίγμα (σ), δηλαδή: σ = ρ(s,t,p) - 1000 kg/m 3 Στην περίπτωση που μετρούνται ή συγκρίνονται επιφανειακά νερά, μπορεί να αγνοηθεί η πίεση και έτσι να χρησιμοποιείται η παράμετρος σίγμα-ταφ (σ t ), δηλαδή: σ t = ρ(s,t,0) - 1000 kg/m 3

3.5. Πυκνότητα Ορισμοί και συμβολισμοί Στην μελέτη των βαθιών θαλάσσιων νερών η πίεση δεν μπορεί να αγνοηθεί για αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η Δυνητική Πυκνότητα: Δυνητική Πυκνότητα είναι η πυκνότητα συγκεκριμένης μάζας νερού που θα αποκτήσει όταν η μάζα αυτή ανέβει αδιαβατικά στην επιφάνεια Ωστόσο, επειδή οι μεταβολές της πίεσης επηρεάζουν την θερμοκρασία του νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί η δυνητική θερμοκρασία στον υπολογισμό της Δυνητικής Πυκνότητας η οποία αντιπροσωπεύεται από την παράμετρο σίγμα-θήτα (σ θ ), δηλαδή: σ θ = σ(s,θ,0) = ρ(s,θ,0) - 1000 kg/m 3

3.5. Πυκνότητα Ορισμοί και συμβολισμοί σ θ = σ(s,θ,0) = ρ(s,θ,0) - 1000 kg/m 3

3.5. Πυκνότητα Επιφανειακή κατανομή Η θερμοκρασία είναι ο σημαντικότερος παράγοντας που επηρεάζει την πυκνότητα των επιφανειακών νερών

3.5. Πυκνότητα Επιφανειακή κατανομή Η πίεση γίνεται αισθητή στον καθορισμό της πυκνότητας σε αρκετά μεγάλα βάθη (> 3.500 m) Διακρίνονται τρία υδάτινα στρώματα με διαφορετική πυκνότητα: Επιφανειακό χαμηλή πυκνότητα, ευμετάβλητες τιμές, μέσο πάχος ~100 m, ποσοστό επί του παγκόσμιου ωκεανού ~2% Ενδιάμεσο (πυκνοκλινές) ραγδαία μεταβολή της πυκνότητας με το βάθος, σχετικά σταθερές τιμές, μέγιστο βάθος ~1000 m, ποσοστό επί του παγκόσμιου ωκεανού ~18% Βαθύ υψηλή πυκνότητα, σχεδόν αμετάβλητες τιμές, ποσοστό επί του παγκόσμιου ωκεανού ~20%

3.5. Πυκνότητα Θαλάσσιες μάζες Θαλάσσια μάζα θεωρείται ένας όγκος νερού με καθορισμένα όρια θερμοκρασίας και αλατότητας, που έχει κοινή περιοχή προέλευσης και τόπο σχηματισμού Αν μια θαλάσσια μάζα παρουσιάζει πολλή μικρές διακυμάνσεις στην θερμοκρασία και την αλατότητα ονομάζεται Τύπος Νερού Η γραφική απεικόνιση των τιμών μιας θαλάσσιας μάζας γίνεται στο νομόγραμμα της κατανομή του συντελεστή σ t ή σ θ με την θερμοκρασία και την αλατότητα

3.5. Πυκνότητα Θαλάσσιες μάζες στον Ατλαντικό (45 o S, 50 ο W) S Τ D Διάγραμμα T--S. Μπλε Αριθμοί: Βάθος νερού σε μέτρα NADW: North Atlantic Water, AAIW: Antarctic Intermediate Water, AABW: Antarctic Bottom Water

3.5. Πυκνότητα Θαλάσσιες μάζες στη Μεσόγειο

όπου: 3.6. Διάδοση φωτός στο νερό Η ένταση μιας φωτεινής δέσμης (Ι) ελαττώνεται εκθετικά με την αύξηση της απόστασης x από την φωτεινή πηγή Ι ο, η αρχική ένταση Εξασθένιση του φωτός στη θάλασσα Ι = Ι ο e -cx c, συντελεστής εξασθένησης της φωτεινής δέσμης c = a + b a, απορρόφηση (a w + a p + a y ) a w, μορίων νερού a p, αιωρημένων ιζημάτων a y, κίτρινων ουσιών b, σκέδαση (b w + b p ) b w, μορίων νερού b p, αιωρημένων ιζημάτων

3.6. Διάδοση φωτός στο νερό Εξασθένιση του φωτός στη θάλασσα

3.6. Διάδοση φωτός στο νερό Το χρώμα της θάλασσας Το χρώμα της θάλασσας είναι συνάρτηση της ανάκλασης του φωτός στην επιφάνειά της και της αναδυόμενης φωτεινής ακτινοβολίας από τα βάθη της

3.6. Διάδοση φωτός στο νερό Εφαρμογές π.χ., κατανομή χλωροφύλλης από δορυφορική εικόνα

3.6. Διάδοση φωτός στο νερό Εφαρμογές π.χ., Επιφανειακή θερμοκρασία

3.7. Διάδοση ήχου στο νερό Κατακόρυφη κατανομή Διακρίνονται τρεις ζώνες: Επιφανειακή υψηλής ταχύτητας Ενδιάμεση χαμηλής ταχύτητας (SOFAR, Sound Fixing Ranging) Βαθιά υψηλής ταχύτητας

3.7. Διάδοση ήχου στο νερό Εφαρμογές Βυθόμετρα Ηχοβολιστές πλευρικής σάρωσης Τομογράφοι ιζημάτων