Termokliin

Termokliin (ingl k thermocline, vene k слой скачка) ehk metalimnion on järsult muutuva temperatuuriga (1–3 °C ja rohkem 1 m kohta) õhuke hüppekiht suhteliselt sügavates kihistuvates veekogudes. Inversiooni nime all esineb termokliin ka atmosfääris. Termokliini eripära seisneb selles, et seal muutub temperatuur vertikaalsihis palju kiiremini kui sellest üleval- ja allpool asuvates veekihtides. Sellest võib mõelda kui nähtamatust tekist, mis eraldab teineteisest kaks veekihti: segunenud pinnakihi ehk epilimnioni ja rahuliku süvaveekihi ehk hüpolimnioni. Termokliini sügavus ja paksus on veekoguti erinev ning sõltub mitmest tegurist: aastaajast, laiuskraadist, hoovustest, loodetest ning tuule mõjul tekkinud vee turbulentsest liikumisest. Olenevalt veekogu tingimustest võib termokliin olla poolpüsiv, esinedes mõne mõjuteguri muutumise, näiteks pinnakihi ööpäevaringse soojenemise ja jahtumise tõttu vaid ajutiselt. Veekogu saab tavaliselt temperatuuriprofiili järgi jaotada kolmeks osaks. Ülemises tsoonis sügavusega 50–200 m on temperatuur sarnane pinnakihi temperatuuriga, selle all paiknevas tsoonis (vahemikus 200–1000 m) on temperatuuri järsk langemine ning kõige alumises tsoonis on temperatuuri muutumine väga aeglane. Madalatel laiuskraadidel on tüüpilisteks temperatuurideks 20 °C pinnal, 8 °C 500 m sügavusel, 5 °C 1000 m sügavuselja 2 °C 4000 m sügavusel. Keskmist, suure temperatuurigradiendiga tsooni, nimetatakse termokliiniks. Väikeste ebaregulaarsuste tõttu on selle täpset sügavust vaatluse käigus raske määratleda, seetõttu tehakse kindlaks hoopis nn termokliini tsoon ehk sügavusvahemik, kus temperatuurigradient on suurem kui sellest ülal- ja allpool. Termokliinid jagunevad ööpäevasteks (ingl k diurnal), sesoonseteks (seasonal), püsivateks (main või permanent) ning süvavee (abyssal) termokliinideks. Ööpäevane termokliin esineb pigem ookeani pealmises kihis, sesoonne umbes esimese 100 m piires, püsiv sügavusvahemikus 100–800 m ning süvaveetermokliin sügavamal. Enamik päikeselt tulevast soojusenergiast neeldub ookeani pinnakihi esimestes sentimeetrites ning pind soojeneb, öösel kiirgub soojusenergiat kosmosesse tagasi, mille tulemusena pinnakiht taas jahtub. Lainetus segab ookeani pinna lähedast kihti, kandes sellel neelduvat soojust ka veidi sügavamale. Olenedes lainete tugevusest ning hoovuste põhjustatud turbulentsi olemasolust ookeani pinnal, võib temperatuur kuni 100 meetri sügavuseni olla suhteliselt ühtlane. Segunenud kihist allpool oleva vee temperatuur jääb ööpäevaringse temperatuurikõikumise käigus pigem stabiilseks. Sügavamal muutub temperatuur järk-järgult madalamaks ning võib põhjale lähenedes langeda ligi nulli kraadini Celsiuse järgi, kuna ookeani soolane vesi keskmise soolsusega 3,5% jahtub alles −1,94 °C juures. Madalamatel laiuskraadidel, näiteks troopikas, on termokliin püsiv, keskmistel laiuskraadidel (parasvööde) aga püsiv, ent muutlik, varieerudes põhiliselt aastaaegade vahetumise tõttu. Talvisel ajal on pinnakiht jahedam ning termokliin vähem märgatav ja sügavamal, suvine termokliin on suurema temperatuurigradiendiga ja pinnale lähemal. Polaaraladel on veesammas pinnast põhjani suhteliselt ühtlaselt külm ning termokliin peaaegu märkamatu või puudub üldse. Lisaks termokliinile võib polaaralal esineda ka jahedama (kuni −1,6 °C) vee kiht (ingl k dicothermal layer) sellest soojemate ülemise ja alumise veekihi vahel (sügavusvahemik 50–100 m). Kuna helikiirus sõltub tihedusest, mis omakorda sõltub temperatuurist, saab termokliini kirjeldada negatiivse helikiiruse gradiendi järgi. Seetõttu on termokliin tähtis ka allveelaevanduses: hüppekiht peegeldab sonari või mõnda muud akustilist signaali. Sukeldudes on termokliini olemasolu võimalik jälgida ka palja silmaga, näiteks olukordades, kus põhjast tulev külmem tõusuvesi tungib läbi termokliini soojemasse pinnakihti. Kuna murdumisnäitaja sõltub temperatuurist, näeb vesi selles olukorras välja kui reljeefne klaas, milletaolisi kasutatakse läbipaistvuse vähendamiseks näiteks vannitubade akendena. Taolisi läbipaistva keskkonna mittehomogeensusest tulenevaid nähtusi võib jälgida ka näiteks lennujaamade või kõrbete teedelt tõusva kuuma õhu tõttu. Termokliinid on jälgitavad ka teistes veekogudes, näiteks järvedes. Suvel on hõredama sooja pinnaveekihi ja tihedama külma vee kihi vahel õhem termokliin, kuna järve pinnal ei ole sellist segunemist nagu toimub tuule ja lainetuse mõjul ookeanides ja meredes. Seetõttu on järvedes termokliin ka stabiilsem. Suve lõpuks võib püsiva termokliini tagajärjena tekkida hapnikupuudus sellest allpool olevates veekihtides, kuna termokliin takistab hapniku liikumist pinnakihist allapoole ning hüpolimnionis elavad organismid tarvitavad olemasoleva hapniku ära. Talve lähenedes hakkab öine jahtumine päevase soojenemise üle domineerima ning pinnaveekihi temperatuur langeb. Kui pinnakihi temperatuur on langenud nii palju, et selle tihedus ületab alumiste veekihtide tihedust, pöörduvad kihid ümber, kuna pinnakiht vajub gravitatsiooni mõjul allapoole. Liikuvus, näiteks hoovused ja tuul, aitab protsessi kiirendada. Samasugune nähtus esineb ka arktilises ja antarktilises vees, asendades pinnaveekihi uue hapnikuvaesema, ent toitainerikkama süvaveekihiga. Selline pinnakihi toitainete järsk kasv võib kaasa tuua taimhõljumi ehk fütoplanktoni vohamise. Fütoplanktoni kui veekeskkonna toiduvõrgustike alglüli kasv on aluseks ka teiste eluvormide populatsiooni kasvule. Pinnakihi jahtudes võib selle temperatuur saavutada väärtuse, mille juures on võimalik jäätumine ning veekogu kattub jääkaanega. Kuna vee tihedus on suurim 4 °C juures, vajub see põhja ja surub hõredama vee, mis on külmumistemperatuuri lähedal, ülespoole, tekitades uue, talvise termokliini. Selline kihistumine kestab kuni kevadeni, kui jää on sulanud ja pinnavee temperatuur tõusnud vähemalt 4 soojakraadini. Kihid pöörduvad vanasse, talve-eelsesse olekusse. Kinnistes või osalisel kinnistes veekogudes võib leiduda ka erineva olemusega termokliinisiseseid laineid. Ühel juhul on tegemist seisulainetega (ingl k erialatermin seiche), mille korral termokliin ühes ja samas asukohas mõõdetuna ajaliselt võngub. Teistsugune, ajas muutumatu laine võib tekkida reljeefsel ookeanipõhjal toimuvate voolude mõjul. Ka Maa atmosfäär on temperatuuriliselt kihistunud, sisaldades kihte, milles temperatuur kõrguse tõustes langeb (negatiivne temperatuurigradient), õhukesi kihte ehk pause, milles vertikaalne temperatuurigradient on suhteliselt väike, ning kolmandaks kihte, kus temperatuur kasvab kõrguse kasvades. Maapinnale lähimas kihis ehk troposfääris on tüüpiliselt tegemist negatiivse temperatuurigradiendiga, kuna alumine atmosfäärikiht soojeneb põhiliselt Maa soojuskiirguse toimel, ent Maa öise jahtumise käigus võib olukord troposfääri alumises osas pöörduda ja asenduda hoopis positiivse temperatuurigradiendiga. Viimane nähtus – olukord, kus temperatuurigradient erineb atmosfäärikihile vastavast normaalsest gradiendist – kannab atmosfäärilise termokliinina nime inversioon või temperatuuriinversioon. Inversioonikihi paksus võib olla vaid 100 m ning selle kohal jätkub troposfääri tavaline temperatuuriprofiil. Öise jahtumise mõjul tekkinud inversioonikihi stabiilsus on piiratud: normaalne temperatuurigradient taastub varsti pärast päikesetõusu, kuna maapind soojeneb ja soojendab õhku selle kohal. Soojem ja hõredam õhk tõuseb ning inversioon kaob. Taoline inversioonikiht saab tekkida ka talvel, kui päikesekiired langevad maapinna suhtes väikese nurga all ning äraantav soojusenergia ületab saadava soojusenergia hulga. Inversiooninähtus võib kaasa tuua õhusaastatuse, kuna maapinnale lähem jahe õhk ei tõuse soojema ja hõredama kohale, mistõttu näiteks sudu hajumine on takistatud. Analoogiliselt termokliiniga käitub ka inversioonikiht eraldava kaanena ning võib takistada atmosfääris toimuvaid konvektsiooninähtusi. Kui see kaas mingil põhjusel kuskilt läbi hakkab laskma, võib tekkida äikesetorm. Külmemas kliimas võib inversiooninähtus kaasa tuua jäävihma, mis tekib tavaliselt olukorras, kus külm kiht on soojast kihist allpool (näiteks sooja frondi lähenemine). Epilimnion Hüpolimnion Hüppekiht Halokliin Inversioon Viktor Masing. Ökoloogialeksikon, Eesti Entsüklopeediakirjastus, 1992. lk 63, 154. George L. Pickard, William J. Emery. Descriptive physical oceanography: an introduction, Oxford: Pergamon Press, 1990. lk 40, 45. Rui Xin Huang. Ocean circulation: wind-driven and thermohaline processes, Cambridge: Cambridge University Press, 2010. lk 47. "Temperature of ocean water" (inglise). University Corporation for Atmospheric Research (UCAR). Vaadatud 11.10.2014. Nagle, Garrett ja Paul Guinness. Cambridge international A and AS level geography. Hodder Education, 2011. 41. Print. "Here are the results for the letter i" (inglise). National Weather Service. Originaali arhiivikoopia seisuga 6.07.2017. Vaadatud 14.07.2012. "Cyclones and fronts: the development of freezing rain" (inglise). University of Illinois. Vaadatud 08.12.2006.