Słone palce

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Schematyczny rysunek schodkowego rozkładu temperatury i zasolenia. Obserwowane są wąskie obszary z dużymi gradientami temperatury i zasolenia i warstwy, które są dobrze wymieszane.

Słone palce – mieszanie słonej wody w oceanie opisywane przez różnicę w prędkości dyfuzji temperatury i soli w wodzie. Podobny efekt obserwowany jest we wnętrzu gwiazd, magmie, ciekłych metalach.

Gęstość wody zależy od jej temperatury i zasolenia. W obszarach tropikalnych ciepła i słona woda znajduje się powyżej zimniejszej i mniej zasolonej wody. Zwiększenie zasolenia w górnej warstwie jest związane w obszarach tropikalnych z parowaniem. Ponieważ dyfuzja ciepła jest znacznie szybsza niż dyfuzja koncentracji soli to małe cząstki wody przemieszczone w dół szybko osiągają temperaturę otoczenia, ale zachowują swoje podwyższone zasolenie. Powoduje to dalsze opadanie tych cząstek. Podobnie cząstki przemieszczone w górę szybko osiągają temperaturę otoczenia i będą dalej przemieszczać się do góry. Ten proces nazywa się konwekcją „słonych palców”[1].

Parametrem określającym niestabilność „słonych palców” jest stosunek stabilności

R=\alpha {\partial T \over \partial z}/ \beta {\partial S \over \partial z},

gdzie \alpha i \beta są współczynnikami rozszerzalności termicznej dla wody i soli.

Efektem związanym z efektem „słonych palców” jest schodkowa struktura rozkładu temperatury i zasolenia w górnych warstwach oceanu. Ta schodkowa struktura polega na istnieniu warstw dobrze wymieszanych o głębokości 10-30 metrów rozdzielonych wąskimi obszarami wymiany słono-palcowej. Te wąskie obszary dostarczają strumieni potrzebnych do utrzymania warstw dobrze wymieszanych[2][3]. W obszarze słonych palców istnieje silny gradient temperatury – około 1 °C i zasolenia – około 0,1 PSU. Warstwy dobrze wymieszane mają głębokość pomiędzy 5 m a 30 m.

Efekt „słonych palców” obserwowany w oceanie ma swoją analogię w innych systemach, w których różnica dyfuzji pomiędzy dwoma składnikami prowadzi do podobnego efektu. Tak dzieje się m.in. we wnętrzu gwiazd, mieszaninie ciekłych metali i w magmie[4]. Nie jest oczywiste, czy istnieje analog konwekcji „słonych palców” w atmosferze Ziemi; choć analogiem soli morskiej w atmosferze mogą być para wodna, pyły zawieszone lub krople wody[5].

Przypisy

  1. Schmitt, R. W., Double-diffusive convection, Elements of Physical Oceanography, John H. Steele, Steve A. Thorpe, Karl K. Turekian, 2010, Academic Press.
  2. Radko, T., 2005: What determines the thickness of layers in a thermohaline staircase? J. Fluid Mech., 523, 79-98.
  3. Radko, T., 2007: Mechanics of merging events for a series of layers in a stratified turbulent fluid. J. Fluid Mech., 577, 251-273.
  4. Schmitt, Raymond W., 1983. The characteristics of salt fingers in a variety of fluid systems, including stellar interiors, liquid metals, oceans, and magmas. „Physics of Fluids”, 26(9), 2373-2377.
  5. Doswell, C.A., 2008: Comments on „The Mysteries of Mammatus Clouds: Observations and Formation Mechanisms”. J. Atmos. Sci., 65, 1093–1094.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Gregg, M.C., (1988). Mixing in the thermohaline staircase east of Barbados. In Small Scale Turbulence and Mixing in the Ocean, eds. J.C.J. Nihoul and B.M. Jamart, Elsevier Oceanography Ser., 46, 453-470.
  • Kunze, Eric, (1987). Limits on growing, finite–length salt fingers: A Richardson number constraint. „Journal of Marine Research”, 45, 533-556.
  • Schmitt, Raymond W. The Ocean’s Salt Fingers. „Scientific American”, May 1995, s. 70-75.
  • Turner, J.S., (1973). Buoyancy effects in fluids. Cambridge University Press, s. 251-287 (chapter 8).
  • Stern, Melvin E., (1960). The „salt-fountain” and thermohaline convection. Tellus, 12,172-175.
  • Stommel, H., Arons, A.B., & Blanchard, D. (1956). An oceanographic curiosity: the perpetual salt fountain. Deep-Sea Research, 3,152-153.