Termohalin sirkülasyonu -Thermohaline circulation

Termohalin dolaşımının yolunun bir özeti. Mavi yollar derin su akıntılarını, kırmızı yollar ise yüzey akıntılarını temsil eder.
termohalin sirkülasyonu

Termohalin sirkülasyonu ( THC ), yüzey ısısı ve tatlı su akışları tarafından oluşturulan küresel yoğunluk gradyanları tarafından yönlendirilen büyük ölçekli okyanus sirkülasyonunun bir parçasıdır . Termohalin sıfatı , birlikte deniz suyunun yoğunluğunu belirleyen faktörler olan, sıcaklığa atıfta bulunan termohalin ve tuz içeriğine atıfta bulunan -halinden türetilmiştir . Rüzgar kaynaklı yüzey akıntıları ( Körfez Akıntısı gibi ) ekvator Atlantik Okyanusu'ndan kutuplara doğru ilerler., yolda soğur ve sonunda yüksek enlemlerde batar ( Kuzey Atlantik Derin Suyu oluşturur ). Bu yoğun su daha sonra okyanus havzalarına akar . Büyük bir kısmı Güney Okyanusu'nda yükselirken , en eski sular (yaklaşık 1000 yıllık bir geçiş süresiyle) Kuzey Pasifik'te yükselir. Bu nedenle, okyanus havzaları arasında, aralarındaki farklılıkları azaltarak ve Dünya'nın okyanuslarını küresel bir sistem haline getirerek, kapsamlı karıştırma gerçekleşir . Bu devrelerdeki su, hem enerjiyi (ısı şeklinde) hem de kütleyi (çözünmüş katılar ve gazlar) dünyanın her yerine taşır. Bu nedenle, dolaşımın durumu, Dünya'nın iklimi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

Termohalin sirkülasyonu bazen iklim bilimci Wallace Smith Broecker tarafından icat edilen okyanus konveyör bandı, büyük okyanus konveyörü veya küresel konveyör bandı olarak adlandırılır . Bazen, meridyen devrilme dolaşımına atıfta bulunmak için kullanılır (genellikle MOC olarak kısaltılır). Rüzgâr ve gelgit kuvvetleri gibi diğer faktörlerin aksine, dolaşımın yalnızca sıcaklık ve tuzluluk tarafından yönlendirilen kısmını ayırmak zor olduğundan, MOC terimi daha doğru ve iyi tanımlanmıştır . Ayrıca, sıcaklık ve tuzluluk gradyanları, MOK'nin kendisinde yer almayan sirkülasyon etkilerine de yol açabilir.

genel bakış

Sürekli okyanus haritasında küresel taşıma bandı (animasyon)

Rüzgar tarafından itilen yüzey akımlarının hareketi oldukça sezgiseldir. Örneğin, rüzgar bir havuzun yüzeyinde kolayca dalgalanmalar üretir. Böylece, derin okyanusun - rüzgardan yoksun - ilk oşinograflar tarafından tamamen durağan olduğu varsayıldı. Bununla birlikte, modern enstrümantasyon, derin su kütlelerindeki mevcut hızların (yüzey hızlarından çok daha düşük olmasına rağmen) önemli olabileceğini göstermektedir. Genel olarak, okyanus suyu hızları, Gulf Stream ve Kuroshio gibi yüzey akıntılarında saniyede (okyanusların derinliğinde) santimetre kesirlerinden bazen 1 m/s'den fazla değişir .

Derin okyanusta, baskın itici güç, tuzluluk ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan yoğunluk farklılıklarıdır (tuzluluğun artması ve bir sıvının sıcaklığının düşürülmesi, yoğunluğunu arttırır). Rüzgar ve yoğunluk tarafından yönlendirilen dolaşımın bileşenleri üzerinde genellikle kafa karışıklığı vardır. Gelgitlere bağlı okyanus akıntılarının da birçok yerde önemli olduğunu unutmayın; Nispeten sığ kıyı bölgelerinde en belirgin olan gelgit akıntıları, derin okyanusta da önemli olabilir. Orada şu anda karıştırma işlemlerini, özellikle diapiknal karıştırmayı kolaylaştırdıkları düşünülmektedir.

Okyanus suyunun yoğunluğu küresel olarak homojen değildir, ancak önemli ölçüde ve ayrı ayrı değişir. Yüzeyde oluşan ve daha sonra okyanus içinde kendi kimliklerini koruyan su kütleleri arasında kesin olarak tanımlanmış sınırlar vardır . Ancak bu keskin sınırlar mekansal olarak değil, su kütlelerinin ayırt edildiği bir TS diyagramında hayal edilmelidir. Hem sıcaklığa hem de tuzluluğa bağlı olan yoğunluklarına göre kendilerini birbirlerinin üstünde veya altında konumlandırırlar .

Ilık deniz suyu genişler ve bu nedenle daha soğuk deniz suyundan daha az yoğundur. Tuzlu su, tatlı sudan daha yoğundur, çünkü çözünmüş tuzlar su molekülleri arasındaki boşlukları doldurur ve birim hacim başına daha fazla kütle ile sonuçlanır. Daha hafif su kütleleri , daha yoğun olanlar üzerinde yüzer (tıpkı bir parça tahta veya buzun su üzerinde yüzeceği gibi, bkz . yüzdürme ). Bu, daha yoğun suların daha az yoğun sular üzerinde bulunduğu kararsız tabakalaşmanın (Brunt-Väisälä frekansına bakınız) aksine "kararlı tabakalaşma" olarak bilinir ( bkz . Yoğun su kütleleri ilk oluştuğunda, kararlı bir şekilde tabakalaşmazlar, bu nedenle yoğunluklarına göre kendilerini doğru dikey konumda konumlandırmaya çalışırlar. Bu harekete konveksiyon denir, tabakalaşmayı yerçekimi ile düzenler. Yoğunluk gradyanları tarafından yönlendirilen bu, derin batı sınır akıntısı (DWBC) gibi derin okyanus akıntılarının arkasındaki ana itici gücü oluşturur.

Termohalin sirkülasyonu, esas olarak, Kuzey Atlantik ve Güney Okyanusu'nda , suyun sıcaklık ve tuzluluk farklılıklarının neden olduğu derin su kütlelerinin oluşumundan kaynaklanmaktadır. Bu model 1960 yılında Henry Stommel ve Arnold B. Arons tarafından tanımlanmıştır ve MOC için Stommel-Arons kutu modeli olarak bilinir.

Derin su kütlelerinin oluşumu

Derin havzalara batan yoğun su kütleleri, Kuzey Atlantik ve Güney Okyanusu'nun oldukça spesifik bölgelerinde oluşur . Kuzey Atlantik'te, okyanus yüzeyindeki deniz suyu, rüzgar ve düşük ortam hava sıcaklıkları tarafından yoğun bir şekilde soğutulur. Su üzerinde hareket eden rüzgar, aynı zamanda, gizli ısıyla ilgili olarak buharlaşmalı soğutma olarak adlandırılan sıcaklıkta bir düşüşe yol açan büyük miktarda buharlaşma üretir . Buharlaşma sadece su moleküllerini uzaklaştırarak geride kalan deniz suyunun tuzluluğunun artmasına ve dolayısıyla sıcaklığın düşmesiyle birlikte su kütlesinin yoğunluğunun artmasına neden olur. Norveç Denizi'nde buharlaşmayla soğutma baskındır ve batan su kütlesi, Kuzey Atlantik Derin Suyu (NADW), havzayı doldurur ve Grönland olarak bilinen Grönland , İzlanda ve Büyük Britanya'yı birbirine bağlayan denizaltı eşiklerindeki yarıklardan güneye doğru dökülür. -İskoçya-Ridge. Daha sonra , her zaman güney yönünde, Atlantik'in derin abisal ovalarına çok yavaş akar . Ancak Arktik Okyanusu Havzasından Pasifik'e olan akış Bering Boğazı'nın dar sığlıkları tarafından engellenir .

Sıcaklık ve tuzluluğun deniz suyu yoğunluğu maksimum ve deniz suyu donma sıcaklığına etkisi.

Güney Okyanusu'nda , Antarktika kıtasından buz raflarına esen güçlü katabatik rüzgarlar , yeni oluşan deniz buzunu uçuracak ve kıyı boyunca polinyalar açacak . Artık deniz buzu tarafından korunmayan okyanus, acımasız ve güçlü bir soğumaya maruz kalıyor (bkz . polinya ). Bu arada, deniz buzu yeniden oluşmaya başlar, bu nedenle yüzey suları da daha tuzlu ve dolayısıyla çok yoğun hale gelir. Aslında, deniz buzu oluşumu, yüzey deniz suyu tuzluluğundaki artışa katkıda bulunur; Etrafında deniz buzu oluştukça (tercihen donmuş saf su) tuzlu tuzlu su geride kalır. Artan tuzluluk deniz suyunun donma noktasını düşürür, bu nedenle bir bal peteği içindeki kapanımlarda soğuk sıvı tuzlu su oluşur. Tuzlu su, hemen altındaki buzu kademeli olarak eritir, sonunda buz matrisinden damlar ve batar. Bu süreç tuzlu su reddi olarak bilinir .

Ortaya çıkan Antarktika Dip Suyu (AABW) batar ve kuzeye ve doğuya akar, ancak o kadar yoğundur ki aslında NADW'nin altından geçer. Weddell Denizi'nde oluşan AABW , esas olarak Atlantik ve Hint Havzalarını dolduracak, Ross Denizi'nde oluşan AABW ise Pasifik Okyanusu'na doğru akacak.

Bu süreçlerin oluşturduğu yoğun su kütleleri, okyanusun dibinde, etrafını saran daha az yoğun sıvının içindeki bir dere gibi yokuş aşağı akar ve kutup denizlerinin havzalarını doldurur. Nehir vadilerinin kıtalardaki akarsuları ve nehirleri yönlendirmesi gibi, dip topografyası da derin ve dip su kütlelerini sınırlar.

Tatlı sudan farklı olarak deniz suyunun 4 °C'de maksimum yoğunluğa sahip olmadığını, ancak yaklaşık −1,8 °C olan donma noktasına kadar soğudukça yoğunlaştığını unutmayın. Ancak bu donma noktası tuzluluk ve basıncın bir fonksiyonudur ve bu nedenle -1.8 °C deniz suyu için genel bir donma sıcaklığı değildir (sağdaki şemaya bakın).

Derin su kütlelerinin hareketi

Yüzey suyu kuzeye akar ve İzlanda ve Grönland yakınlarındaki yoğun okyanusta batar. Hint Okyanusu'ndaki küresel termohalin dolaşımına ve Antarktika Circumpolar Akımına katılır .

Kuzey Atlantik Okyanusu'ndaki derin su kütlelerinin oluşumu ve hareketi, havzayı dolduran ve Atlantik'in derin abisal ovalarına çok yavaş akan batan su kütleleri oluşturur. Bu yüksek enlemde soğutma ve düşük enlemde ısıtma, derin suyun hareketini kutupsal güneye doğru bir akışta yönlendirir. Derin su, Güney Afrika çevresindeki Antarktika Okyanusu Havzası boyunca akar ve burada iki rotaya ayrılır: biri Hint Okyanusu'na ve diğeri Avustralya'yı geçerek Pasifik'e.

Hint Okyanusu'nda, Atlantik'ten gelen soğuk ve tuzlu suyun bir kısmı - tropikal Pasifik'ten daha sıcak ve daha taze üst okyanus suyunun akışıyla çekilir - yoğun, batan su ile yukarıdaki daha hafif su arasında dikey bir değişime neden olur. Devrilme olarak bilinir . Pasifik Okyanusunda, Atlantik'ten gelen soğuk ve tuzlu suyun geri kalanı, daha sıcak ve daha hızlı bir şekilde daha sıcak ve daha taze hale gelir.

Denizin altından soğuk ve tuzlu suların dışarı taşması, Atlantik'in deniz seviyesini Pasifik'ten biraz daha düşük, Atlantik'te suyun tuzluluk veya sesi Pasifik'ten daha yüksek yapar. Bu , soğuk ve tuzlu Antarktika Alt Suyunun yerini almak için tropikal Pasifik'ten Hint Okyanusu'na Endonezya Takımadaları üzerinden daha sıcak ve daha taze üst okyanus suyunun büyük ama yavaş akışını oluşturur . Bu aynı zamanda 'halin zorlaması' olarak da bilinir (net yüksek enlemde tatlı su kazancı ve düşük enlemde buharlaşma). Pasifik'ten gelen bu daha sıcak, daha taze su, Güney Atlantik üzerinden Grönland'a akar , burada soğur ve buharlaşmalı soğutmaya maruz kalır ve okyanus tabanına çökerek sürekli bir termohalin sirkülasyonu sağlar.

Bu nedenle, bu tür okyanus dolaşımının dikey doğasını ve kutuptan kutba karakterini vurgulayan termohalin dolaşımı için yeni ve popüler bir isim, meridyen devrilme dolaşımıdır .

kantitatif tahmin

İngiltere-ABD RAPID programı tarafından 2004'ten beri Kuzey Atlantik'te termohalin sirkülasyonunun gücü hakkında doğrudan tahminler yapılmıştır. RAPID programı, akım ölçerler ve deniz altı kablo ölçümleri kullanılarak doğrudan okyanus taşımacılığı tahminlerini sıcaklık ve tuzluluk ölçümlerinden elde edilen jeostrofik akım tahminleriyle birleştirerek, termohalin sirkülasyonunun sürekli, tam derinlikli, havza çapında tahminlerini veya daha doğru bir şekilde, meridyen devrilme sirkülasyonu.

MOC'ye katılan derin su kütleleri kimyasal, sıcaklık ve izotop oran imzalarına sahiptir ve izlenebilir, akış hızları hesaplanabilir ve yaşları belirlenebilir. Bunlara 231 Pa / 230 Th oranları dahildir.

Körfez Çayı

Gulf Stream , Avrupa'ya doğru kuzey uzantısı olan Kuzey Atlantik Akıntısı ile birlikte , Florida'nın ucundan kaynaklanan ve Amerika Birleşik Devletleri ve Newfoundland'ın doğu kıyılarını takip eden güçlü, sıcak ve hızlı bir Atlantik okyanusu akıntısıdır . Atlantik Okyanusu. Batı'nın yoğunlaşma süreci , Gulf Stream'in Kuzey Amerika'nın doğu kıyısından kuzeye doğru hızlanan bir akıntı olmasına neden oluyor . Yaklaşık 40°0′K 30 °0′W'de , kuzey akıntısı kuzey Avrupa'ya geçerken ve güney akıntısı Batı Afrika'dan devridaim yaparak ikiye ayrılır . Gulf Stream, Florida'dan Newfoundland'a kadar Kuzey Amerika'nın doğu kıyısının ve Avrupa'nın batı kıyısının iklimini etkiler . Yakın zamanda tartışmalar olsa da, Batı Avrupa ve Kuzey Avrupa'nın ikliminin , Gulf Stream'in kuyruğundan gelen kollardan biri olan Kuzey Atlantik sürüklenmesi nedeniyle normalde olacağından daha sıcak olduğu konusunda fikir birliği var. Kuzey Atlantik Döngüsü'nün bir parçasıdır . Onun varlığı, hem atmosferde hem de okyanusta her türden güçlü siklonların gelişmesine yol açmıştır . Gulf Stream aynı zamanda önemli bir potansiyel yenilenebilir enerji kaynağıdır .  / 40.000°K 30.000°B / 40.000; -30.000

yükselme

Okyanus havzalarına batan tüm bu yoğun su kütleleri, okyanus karışımıyla daha az yoğun hale getirilen eski derin su kütlelerinin yerini alır. Bir dengeyi korumak için, suyun başka bir yerde yükselmesi gerekir. Bununla birlikte, bu termohalin yükselme çok yaygın ve dağınık olduğu için, alt su kütlelerinin hareketi ile karşılaştırıldığında bile hızları çok yavaştır. Bu nedenle, yüzey okyanusunda devam eden tüm diğer rüzgar kaynaklı süreçler göz önüne alındığında, mevcut hızları kullanarak yükselmenin nerede meydana geldiğini ölçmek zordur. Derin suların, derinlikteki uzun yolculukları boyunca içlerine düşen partiküler maddenin parçalanmasından oluşan kendi kimyasal imzaları vardır. Bir dizi bilim adamı, bu izleyicileri, yukarı doğru çıkmanın nerede meydana geldiğini anlamak için kullanmaya çalıştı.

Wallace Broecker , kutu modellerini kullanarak, bu sularda bulunan yüksek silikon değerlerini kanıt olarak kullanarak, derin yükselmenin büyük kısmının Kuzey Pasifik'te meydana geldiğini iddia etti. Diğer araştırmacılar bu kadar net kanıtlar bulamadılar. Okyanus sirkülasyonunun bilgisayar modelleri, Güney Amerika ile Antarktika arasındaki açık enlemlerdeki kuvvetli rüzgarlarla bağlantılı olarak, derin yükselmelerin çoğunu Güney Okyanusu'na giderek daha fazla yerleştiriyor. Bu resim, William Schmitz'in Woods Hole'daki küresel gözlemsel sentezi ve düşük gözlemlenen difüzyon değerleri ile tutarlı olsa da, tüm gözlemsel sentezler aynı fikirde değildir. Scripps Oşinografi Enstitüsü'nden Lynne Talley ve Avustralya'daki Bernadette Sloyan ve Stephen Rintoul'un yakın tarihli makaleleri, önemli miktarda yoğun derin suyun Güney Okyanusu'nun kuzeyinde bir yerde hafif suya dönüştürülmesi gerektiğini öne sürüyor .

Küresel iklim üzerindeki etkiler

Termohalin sirkülasyonu, kutup bölgelerine ısı sağlamada ve dolayısıyla bu bölgelerdeki deniz buzu miktarını düzenlemede önemli bir rol oynar, ancak tropiklerin dışında kutuplara doğru ısı taşınması atmosferde okyanusa göre önemli ölçüde daha fazladır. Termohalin dolaşımındaki değişikliklerin, Dünya'nın radyasyon bütçesi üzerinde önemli etkileri olduğu düşünülmektedir .

Agassiz Gölü'nden gelen düşük yoğunluklu eriyik suyunun büyük akışlarının ve Kuzey Amerika'daki buzullaşmanın , aşırı Kuzey Atlantik'te derin su oluşumunun değişmesine ve çökmesine yol açtığı ve Avrupa'da Genç Dryas olarak bilinen iklim dönemine neden olduğu düşünülmektedir .

Termohalin dolaşımının kapatılması

AMOC'nin gerilemesi ( Atlantik meridyonel devrilme sirkülasyonu ), aşırı bölgesel deniz seviyesinin yükselmesine bağlanmıştır .

2013'te, THC'nin beklenmedik şekilde önemli ölçüde zayıflaması, 1994'ten bu yana gözlemlenen en sessiz Atlantik kasırga mevsimlerinden birine yol açtı . Hareketsizliğin ana nedeni, Atlantik havzası boyunca yay modelinin devam etmesiydi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Diğer kaynaklar

Dış bağlantılar