Termohalin döngü

Termohalin döngü, yüzey ısısı ve tatlısu akıntıları tarafından oluşturulan küresel yoğunluk grandyanları tarafından yönlendirilen büyük ölçekli okyanus sirkülasyonunun bir parçasıdır. Rüzgâr sürümlü yüzey akıntıları (Körfez Akışı gibi), yol boyunca soğuyarak yüksek enlemlerden (Kuzey Atlantik Derin Suyu oluşturan) ekvatoral Atlas Okyanusu'ndan kutup yönünde ilerlemektedir. Bu yoğun su okyanus havzalarına akar. Güney Okyanusunda yeryüzünün büyük kısmına yerleşmişken, Kuzey Pasifik'te en yaşlı sular (yaklaşık 1000 yıllık bir geçiş süresi ile) yükselmiştir. Bu nedenle, okyanus havzaları arasında geniş çaplı karıştırma gerçekleşir; bu karıştırmalar, aralarındaki farklılıkları azaltır ve Dünya okyanuslarını küresel bir sistem haline getirir. Su kütleleri hem enerjiyi (ısı biçiminde) hem de maddelerin (katılar, çözünmüş maddeler ve gazlar) dünyaya taşınmasını sağlar. Dolayısıyla, dolaşım hali Dünya'nın iklimi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

Rüzgâr tarafından oluşan yüzey akımlarının hareketi oldukça etkilidir. Örneğin, rüzgâr bir gölet yüzeyinde dalgalanmalara neden olur. Derin okyanus rüzgârdan etkilenmez bu nedenle okyanus araştırmacıları tarafından tamamen durağan olarak kabul edildi. Bununla birlikte derin su kütlelerindeki akım hızları önemli olabilir (yüzey hızlarından çok daha az olmasına rağmen).

Derin okyanustaki baskın itici güç, tuzluluk ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan yoğunluk farklılıklarıdır (tuzluluğu arttırmak ve bir sıvının sıcaklığını düşürmek yoğunluğunu arttırır).Sirkülasyon bileşenleri üzerinde genellikle rüzgâr ve yoğunlukla yönlendirilen karışıklıklar vardır. Gelgitlerden kaynaklanan okyanus akıntılarının birçok yerde önemli olduğunu unutmayın; Nispeten sığ kıyı bölgelerinde en belirgin olan gelgit akıntıları derin okyanusta önemli olabilir.

Okyanus suyunun yoğunluğu küresel olarak homojen değildir ve önemli ölçüde farklıdır. Yüzeyi oluşturan su kütleleri arasında belirgin sınırlar vardır ve kendi kimliğini okyanus içinde oluşturur. Akıntılar sıcaklığa ve tuzluluğa bağlı olarak yoğunluklarına göre birbirlerinin üstünde veya altında bir konumdadırlar.

Sıcak deniz suyu genişler ve bu nedenle soğuk deniz suyundan daha az yoğun olur. Tuzlu su taze suya göre daha yoğundur, çünkü çözünmüş tuzlar su molekülleri arasındaki aralıkları doldurur, böylelikle ünite hacim başına daha fazla kütle düşer. Daha hafif su kütleleri daha yoğun olanlar üzerinde yüzer. Bu, "istikrarlı tabakalaşma" olarak bilinir. Yoğun su kütleleri ilk kez oluştuğunda, bunlar istikrarlı bir şekilde tabakalandırılmamaktadır. En istikrarlı konumlarını alabilmek için, farklı yoğunluklarda su kütleleri akış göstermeli ve derin akımlar için bir itici güç sağlamalıdır.

Termohalin sirkülasyonu, esas olarak, Kuzey Atlantik ve Güney Okyanusunda suyun sıcaklık ve tuzluluk farklarının neden olduğu derin su kütlelerinin oluşmasıyla tetiklenir.

Kutup okyanus havzası kenarlarında batan yoğun su kütleleri, başka yerden yükselen eşit miktarda su ile dengelenmelidir. Kutup bölgelerindeki soğuk suyun küçük bir alana göre nispeten hızlı bir şekilde bitirilir, ılıman ve tropik bölgelerdeki ılık su ise daha geniş bir alanda daha yavaş yükselir. Sonra yavaş yavaş döngüyü tekrarlamak için yüzeyin yakınında kutuplara döner. Derin suyun sürekli dağılması, düşük ve orta enlemlerde bulunan kalıcı termoklin varlığını devam ettirir. Bu yavaş yukarı hareketin, okyanusun çoğunda günde yaklaşık 1 santimetre (0.5 inç) olduğu tahmin edilmektedir. Eğer bu yükselme duracak olursa, sıcaklığın aşağıya doğru hareketi, termoklinin inmesine ve ısının azalmasına neden olur.

Derin havzalara batan yoğun su kütleleri, Kuzey Atlantik ve Güney Okyanusu'nun oldukça belirli bölgelerinde oluşur. Kuzey Atlas Okyanusunda, okyanus yüzeyindeki deniz suyu rüzgârla yoğun şekilde soğutulur. Su üzerinde hareket eden rüzgâr, buharlaşmanın büyük bir kısmını da üretir ve evaporatif soğutma olarak adlandırılan sıcaklık düşüşüne neden olur. Buharlaşma, yalnızca su moleküllerini giderir ve geride kalan deniz suyunun tuzluluğunda bir artışa dolayısıyla da su kütlesi yoğunluğunda bir artışa neden olur. Norveç Denizinde evaporatif soğutma ağırlık kazanmakta ve batan su kütlesi Kuzey Atlantik Derin Suyu (NADW) havzayı doldurmaktadır. Grönland, İzlanda ve Büyük Britanya'yı birbirine bağlayan denizaltı eşiklerinde çatlaklar vasıtasıyla güneye akmaktadır. Daha sonra, Atlantik'teki derin abisal ovalara, güney yönünde çok yavaş akar. Bununla birlikte, Arktik Okyanus Havzasından Pasifik'e olan akış, Bering Boğazı'nın dar sığlıkları tarafından engellenir.

Güney Okyanusunda, Antarktika kıtasından buzullara gelen güçlü katabatik rüzgâr yeni oluşan deniz buzunu koparacak ve sahil boyunca polonyaları açacaktır. Artık deniz buzuyla korunmayan okyanus, acımasız ve güçlü bir soğuma maruz kalır. Bu arada deniz buzu reforma geçmeye başlar, yüzey suları da daha sıkılaşır. Dolayısıyla çok yoğun olur. Aslında, deniz buzunun oluşması yüzey deniz suyu tuzluluğunun artmasına katkıda bulunur; Tuzlu su, etrafında deniz buzu oluştuğunda geride kalır (saf su tercihen donar). Tuzluluk arttıkça, deniz suyunun donma noktasını düşürür. Tuzlu su, hemen altındaki buzu eriterek sonunda buz matrisinden çıkıyor ve batıyor. Bu işlem tuzlu su reddi olarak bilinir.

Ortaya çıkan Antarctic Bottom Water (AABW), kuzey ve doğuya kadar batar ve akar, ancak yoğun olduğu için NADW'den düşüktür. Weddell Denizi'nde kurulan AABW, Atlantik ve Hint Havzalarını doldururken, Ross Denizinde oluşan AABW, Pasifik Okyanusuna doğru akar.

Bu işlemler sonucunda oluşan yoğun su kütleleri, çevredeki daha az yoğun su içindeki bir akış gibi okyanusun dibinde yokuş aşağı akar ve kutup denizlerinin havzalarını doldurur. Nehir vadileri kıtalar üzerinde akarsuları ve nehirleri doğrudan yönlendirdikçe, alt topoğrafya derin ve alttaki su kütlelerini yönlendirir.

Not, tatlı sudan farklı olarak deniz suyu , 4 °C 'de yoğunluğu en fazla iken yaklaşık -1.8 °C donma noktasında soğudukça daha yoğun olur.

Kuzey Atlas Okyanusu'nda derin su kütlelerinin oluşumu ve hareketi havzayı doldurur ve yavaş yavaş Atlas Okyanusunun derin abisaltı ovalarına akan batan su kütleleri oluşturur. Bu yüksek enlemli soğutma ve düşük enlemli ısıtma, kutup günışığında derin suyun hareketini yönlendiriyor. Derin su Güney Afrika'nın güneyindeki Antarktika Okyanusu havzasına, Hint Okyanusu'na ve Avustralya'ya Pasifik'e uzanır.

Hint Okyanusunda, Atlantik'ten gelen soğuk ve tuzlu suyun bir kısmı, tropikal Pasifik'ten daha sıcak ve taze üst okyanus akışı ile çizilir; yukarıdaki daha hafif su ile yoğun batan suya dikey bir değişim yapılır. Bu devrilme olarak bilinir. Pasifik Okyanusunda, Atlantik'teki soğuk ve tuzlu suyun geri kalan kısmı daha sıcak ve daha taze olur.

Termohalin sirkülasyonun kuvvetinin doğrudan tahminleri, 2004 yılından bu yana Kuzey Atlantik'te Birleşik Krallık-ABD RAPID programı tarafından 26.5 ° N'de yapılmıştır. Sıcaklık ve tuzluluk ölçümlerinden jeostrofik akım tahminleri ile güncel metreler ve denizaltı kablo ölçümleri kullanılarak yapılan okyanus nakillerinin direkt tahminlerini birleştirerek, RAPID programı termohalin sirkülasyonu dolaşımı veya daha doğrusu meridyen devrilmenin sürekli, tam derinlikli, havza çapında tahminlerini sağlar.

MOC'ye katılan derin su kütleleri, kimyasal, sıcaklık ve izotop oranı işaretlerine sahiptir ve izlenebilir. Akış hızı hesaplanır ve yaşları belirlenir. Bunlara 231Pa / 230Th oranları dahildir.

Körfez Akımı, Avrupa'ya doğru kuzey uzantısı olan Kuzey Atlantik Kıyısı ile birlikte, Florida'nın ucunda başlayan güçlü, sıcak ve hızlı bir Atlas okyanusu akımı olup, Amerika Birleşik Devletleri ve Newfoundland'ın doğu kıyı şeridinde Atlas Okyanusu'ndadır. Batının yoğunlaşması süreci, Körfez Akımının Kuzey Amerika'nın doğu kıyılarında kuzeye doğru hızlanan bir akım olmasına neden oluyor. Yaklaşık 40 ° 0'N 30 ° 0'W'de, kuzey akıntısı kuzey Avrupa'ya, güney akıntısı Batı Afrika'da dolaşır. Körfez Akımı, Kuzey Amerika'nın doğu kıyılarındaki iklimi Florida'dan Newfoundland'a ve Avrupa'nın batı kıyılarını da etkiliyor. Son zamanlarda yapılan tartışmalara rağmen, Batı Avrupa ve Kuzey Avrupa ikliminin, Kuzey Atlantik sürüklenmesinden daha sıcak olduğu, Körfez Akımınının etkisi olduğuna dair bir fikir birliği var. Kuzey Atlantik Gyre'sinin bir parçasının varlığı, hem atmosferde hem de okyanusta her türden güçlü siklonların oluşmasına yol açmıştır. Körfez Akımı ayrıca yenilenebilir enerji üretiminin önemli bir potansiyel kaynağıdır.

Okyanus havzalarına batan bu yoğun su kütleleri, daha eski derin su kütlelerinin yerini almış, okyanus karışımı ile daha yoğun hale getirilmiştir. Bu dengeyi korumak için, su başka yerlerde yükselmelidir. Bununla birlikte, bu termohalik yükselme o kadar yaygın ve yaygındır ki, hızları alt su kütlelerinin hareketi ile karşılaştırıldığında bile çok yavaştır. Bu nedenle, yüzey okyanusunda devam eden diğer rüzgârla çalışan süreçler göz önüne alındığında, güncel hızları kullanarak yükselişin nerede olduğunu ölçmek zordur. Derin suların kendi kimyasal işaretleri vardır. Derinlemesine uzun yolculukları boyunca kendilerine düşen parçacık halindeki maddelerin dökülmesinden oluşur. Bir takım bilim adamları, bu izleyicileri, yükselişin nerede gerçekleştiğini çıkarmaya çalıştı.

Kutu modellerini kullanan Wallace Broecker, derin su yükselmenin büyük kısmının Kuzey Pasifik'te gerçekleştiğini ve bu suların içinde bulunan yüksek silikon değerlerini kanıt olarak kullandığını iddia etti. Diğer araştırmacılar bu kadar net bir delil bulamadılar. Okyanus sirkülasyonu bilgisayar modelleri, Güney Amerika ve Antarktika arasındaki açık enlemlerde kuvvetli rüzgârlarla ilişkili olarak, Güney Okyanusunda derin su yükselişin çoğunu daha çok yerinde bırakmaktadır. Woods Hole'daki William Schmitz'in küresel gözlem senteziyle ve düşük difüzyon değerleri ile tutarlı olmakla birlikte, tüm gözlemsel sentezleri kabul etmiyor. Lynne Talley'nin Scripps Oşinografi Enstitüsü ve Bernadette Sloyan ve Stephen Rintoul Avustralya'daki makaleleri, yoğun suyun Güney Okyanusu'nun bir yerinde hafif suya dönüştürülmesi gerektiğini ileri sürdü.

Termohalin sirkülasyonu, kutup bölgelerine ısı etkisinde dolayısıyla bu bölgelerdeki deniz buzunun miktarının düzenlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Tropiklerin dışındaki kutupsal ısı taşınımı, atmosferde okyanusa kıyasla oldukça fazladır. Termohalin sirkülasyonundaki değişimlerin Dünya'nın radyasyon bütçesi üzerinde önemli etkileri olduğu düşünülmektedir. Termohalin sirkülasyonun, derin suların yüzeye maruz kalma oranı kadar atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonunda da önemli bir rol oynamaktadır.

Agassiz Gölü'nden gelen düşük yoğunluklu eriyik suyunun büyük akıntıların ve Kuzey Amerika'daki bozulmanın, Kuzey Atlantik bölgesinde derin su oluşumunun ve çöküntülüğünün değişmesine yol açtığı ve Avrupa'daki iklim dönemi Genç Dryas neden olduğu düşünülmektedir.

2005 yılında İngiliz araştırmacılar kuzey Körfez Akışının net akışı 1957'den beri yaklaşık% 30 azaldığını fark ettiler. Woods Hole'daki bilim adamları dünyanın daha sıcak olduğu zaman Kuzey Atlantik bölgesinin yenilenmesini ölçüyorlardı. Bulguları, yüksek kuzey enlemlerinde yağış oranının arttığını ve kutup buzulunun erimesiydi. Kuzey denizlerini temiz suyla sular altında bırakarak, genelde kuzeye doğru akan, Britanya Adaları'ndan ve Norveç'ten geçen Körfez Akışı sularını yönlendirebilir ve ekvatorda dolaşmasına neden olabilir. Böyle bir şey olursa, Avrupa'nın iklimi ciddi şekilde etkilenir.