Термоклин

Термоклин (исто така познат како топлински слој или металимнион во езерата) — тенок, но посебен слој во големо тело на течност (на пр. вода, како во океан или езеро; или воздух, на пр. атмосфера) во кој температурата се менува повеќе драстично со длабочина отколку во слоевите горе или долу. Во океанот, термоклинот го дели горниот мешан слој од мирната длабока вода долу.
Во голема мера во зависност од сезоната, географската широчина и турбулентното мешање со ветерот, термоклините може да бидат полутрајна одлика на водното тело во кое се појавуваат или може да се формираат привремено како одговор на феномени како што е радијативното загревање/ладење на површинските води во текот на денот/ноќта. Факторите кои влијаат на длабочината и дебелината на термоклинот вклучуваат сезонски временски варијации, географска ширина и локални услови на животната средина, како што се плимата и осеката и струите.
1 Океаните
Поголемиот дел од топлинската енергија на сончевата светлина што ја погодува Земјата се апсорбира во првите неколку сантиметри на површината на океанот, која се загрева во текот на денот и се лади ноќе бидејќи топлинската енергија се губи во вселената со зрачење. Брановите ја мешаат водата во близина на површинскиот слој и ја дистрибуираат топлината во подлабоката вода, така што температурата може да биде релативно униформа на горните 100 m, во зависност од јачината на бранот и постоењето на површински турбуленции предизвикани од струи. Под овој мешан слој, температурата останува релативно стабилна во текот на дневните/ноќните циклуси. Температурата на длабоките океани постепено опаѓа со длабочина. Бидејќи солената вода не замрзнува додека не достигне (поладна како што се зголемуваат длабочината и притисокот) температурата далеку под површината обично не е далеку од нула степени.
Термоклинот варира во длабочина. Тој е полупостојан во тропските предели, променлив во умерените региони (често најдлабоките во текот на летото) и плитките до непостоечки во поларните региони, каде што водената колона е студена од површината до дното. Слој од морски мраз ќе делува како изолационо ќебе.
На отворениот океан, термоклинот се одликува со негативен градиент на брзината на звукот, што го прави термоклинарот важен во војувањето со подморници бидејќи може да рефлектира активни сонарни и други акустични сигнали. Ова произлегува од дисконтинуитет во акустичната импеданса на водата создадена од ненадејната промена на густината.
При нуркање, понекогаш може да се забележи термоклин каде температурата на водата опаѓа за неколку степени Целзиусови сосема ненадејно помеѓу две водни тела, на пример, каде што постудената вода се влева во површинскиот слој на потопла вода. Тоа ѝ дава на водата изглед на збрчкано стакло, каков што често се користи во прозорците на бањите за да се прикрие погледот, а е предизвикан од изменетиот показател на прекршување на столбот со ладна или топла вода. Истиот овој шлирен може да се забележи кога топол воздух се издига од асфалтот на аеродромите или пустинските патишта и е причина за фатаморгани.
2 Други водни тела
Термоклини може да се забележат и во езерата. Во постудените клими, ова води до феномен наречен стратификација. Во текот на летото, топла вода, која е помалку густа, ќе седи на врвот на постудена, погуста, подлабока вода со термоклин кој ги дели. Топлиот слој се нарекува епилимнион, а ладниот слој хиполимнион. Бидејќи топлата вода е изложена на сонце во текот на денот, постои стабилен систем и се случува многу малку мешање на топла и ладна вода, особено при мирно време.
Еден резултат на оваа стабилност е што како што поминува летото, има се помалку кислород под термоклинот бидејќи водата под термоклинот никогаш не циркулира на површината и организмите во водата го трошат достапниот кислород. Како што наближува зимата, температурата на површинските води ќе опаѓа бидејќи ноќното ладење доминира во преносот на топлина. Се постигнува точка каде што густината на површинската вода за ладење станува поголема од густината на длабоката вода и започнува превртувањето кога густата површинска вода се движи надолу под влијание на гравитацијата. Овој процес е потпомогнат од ветерот или кој било друг процес (струи на пример) што ја разбранува водата. Овој ефект се јавува и во водите на Арктикот и Антарктикот, носејќи вода на површината која, иако има малку кислород, има повеќе хранливи материи од оригиналната површинска вода. Ова збогатување на површинските хранливи материи може да произведе расцут на фитопланктон, што ги прави овие области продуктивни.
Како што температурата продолжува да опаѓа, водата на површината може да стане доволно ладна за да замрзне и езерото/океанот почнува да обледува. Се развива нов термоклин каде што најгустата вода тоне на дното, а помалку густата вода (водата што се приближува до точката на замрзнување) се искачува на врвот. Откако ќе се воспостави оваа нова стратификација, таа трае додека водата не се загрее доволно за „пролетниот промет“, што се случува откако мразот ќе се стопи и температурата на површинската вода ќе се зголеми на 4 °C. За време на оваа транзиција, може да се развие топлинска лента.
Брановите може да се појават на термоклинот, предизвикувајќи осцилирање на длабочината на термоклинот измерена на една локација (обично како форма на сеише). Наизменично, брановите може да бидат предизвикани од проток преку подигнато дно, создавајќи термоклински бран кој не се менува со текот на времето, но варира во длабочината додека се движите во или против протокот.
3 Атмосфера
Долната атмосфера, исто така, обично содржи граница помеѓу два различни региони (тропосферата и стратосферата), но таа граница (тропопаузата) покажува сосема различно однесување. Сепак, може да се појават атмосферски термоклини, или ''инверзии'', на пр. бидејќи ноќното ладење на површината на Земјата произведува ладен, густ, често мирен воздух во непосредна близина на земјата. Најстудениот воздух е во непосредна близина на земјата, при што температурата на воздухот се зголемува со висината. На врвот на овој ноќен граничен слој (кој може да биде дебел само стотина метри), повторно се забележува нормалниот адијабатски температурен профил на тропосферата (т.е. температурата се намалува со надморската височина). Слојот на термоклин или инверзија се јавува кога температурниот профил се менува од позитивен во негативен со зголемување на висината. Стабилноста на ноќната инверзија обично се уништува веднаш по изгрејсонцето бидејќи сончевата енергија ја загрева земјата, што пак го загрева воздухот во слојот на инверзија. Потоа се крева потоплиот, помалку густ воздух, со што се уништува стабилноста што ја карактеризира ноќната инверзија.
Овој феномен првпат бил применет на полето на проучување на загадувањето со бучава во 1960-тите, придонесувајќи за дизајнирање на урбани автопати и звучни бариери.
4 Поврзано
* Тенки слоеви (океанографија)