اختلاط و تلاطم در اقیانوس
تلاطم در مقیاسهای سانتیمتری و پایینتر، کاری را به آرامی انجام میدهد که جریانهای بزرگ از عهده آن برنمیآیند: گرما، نمک، مواد مغذی و تکانه را در سراسر سطوح چگالی به هم میزند و در نهایت واژگونی عمیق کل اقیانوس را حفظ میکند.
Definition
اختلاط اقیانوسی عبارت است از انتقال برگشتناپذیر خواصی مانند گرما، نمک و تکانه توسط حرکات آشفته در مقیاس کوچک، در حالی که تلاطم، حرکت آشفته و سهبعدی سیال است که این انتقال را ایجاد میکند.
Scope
این موضوع شامل تولید تلاطم توسط باد، همرفت و برش؛ ساختار و جذب لایه مخلوط سطحی؛ اختلاط دیاپیکنال (عرضی-ایزوپیکنال) در داخل اقیانوس که عمدتاً توسط شکست امواج داخلی هدایت میشود؛ فرآیندهای دوگانه-انتشاری؛ و پارامترسازی اختلاط در مدلهای اقیانوسی و اقلیمی است.
Core questions
- چه فرآیندهایی تلاطم را در لایه سطحی و در داخل لایهبندی شده ایجاد میکنند؟
- تلاطم چگونه عمق و خواص لایه مخلوط را تعیین میکند؟
- چه عواملی نرخ اختلاط دیاپیکنال را کنترل میکنند که به آب عمیق و متراکم اجازه میدهد به سطح بازگردد؟
- چگونه میتوان اختلاط را که در مقیاسهای حلنشده عمل میکند، در مدلهای اقیانوسی در مقیاس بزرگ نمایش داد؟
Key theories
- ناپایداری برشی و عدد ریچاردسون
- جریان برشی لایهبندی شده زمانی آشفته میشود که اثر بیثباتکننده برش سرعت بر اثر پایدارکننده لایهبندی غلبه کند، گذاری که توسط عدد ریچاردسون گرادیان پایین پیشبینی میشود.
- انرژیشناسی اختلاط اعماق
- حفظ لایهبندی عمیق مشاهدهشده و واژگونی نیازمند تأمین جهانی انرژی اختلاط است که عمدتاً به بادها و امواج جزر و مدی داخلی که بر روی توپوگرافی ناهموار میشکنند، نسبت داده میشود.
Mechanisms
تنش باد و سرمایش سطحی، همرفت و برش را ایجاد میکنند که اقیانوس بالایی را به یک لایه تقریباً همگن مخلوط میکند؛ در داخل اقیانوس، امواج داخلی رشد میکنند، شیبدار میشوند و در جایی که عدد ریچاردسون به اندازه کافی برای ناپایداری برشی پایین میآید، میشکنند و لکههایی از تلاطم ایجاد میکنند که آب را در سراسر سطوح چگالی مخلوط میکند. اثر تجمعی این فرآیند، آب عمیق و متراکم را بالا میآورد و گردش واژگونی را کامل میکند.
Clinical relevance
اختلاط، تأمین مواد مغذی به آبهای سطحی نورگیر و در نتیجه تولید اولیه را تعیین میکند، سرعت جذب گرما و کربن توسط اقیانوس را کنترل میکند و یکی از بزرگترین منابع عدم قطعیت در پیشبینیهای اقلیمی است؛ زیرا باید پارامترسازی شود نه اینکه به طور کامل حل شود.
History
مقاله «دستورالعملهای اعماق» مونک در سال ۱۹۶۶، مسئله میزان اختلاط مورد نیاز برای حفظ لایهبندی اقیانوس عمیق را مطرح کرد؛ اندازهگیریهای ریزساختاری از دهه ۱۹۷۰ به بعد، که با آزمایشهای انتشار ردیاب و چارچوب انرژیشناسی مونک-وونش در سال ۱۹۹۸ به اوج خود رسید، اختلاط را به عنوان یک کنترل مرکزی و محدود به انرژی بر گردش جهانی تثبیت کرد.
Key figures
- Walter Munk
- Carl Wunsch
- Lewis Fry Richardson
Related topics
Seminal works
- thorpe2005
- munkWunsch1998
Frequently asked questions
- چرا اختلاط اقیانوس عمیق برای اقلیم اهمیت دارد؟
- اختلاط به آب سرد و متراکم عمیق اجازه میدهد تا به آرامی به سمت بالا بازگردد و گردش واژگونی جهانی را که گرما و کربن را بازتوزیع میکند، کامل کند؛ نرخ آن به شدت بر نحوه تعدیل تغییرات اقلیمی توسط اقیانوس تأثیر میگذارد.
- انرژی اختلاط اقیانوس از کجا میآید؟
- بیشتر آن از وزش باد بر روی سطح و از جزر و مد میآید که امواج داخلی را به حرکت درمیآورد و این امواج بر روی توپوگرافی ناهموار کف دریا میشکنند و انرژی در مقیاس بزرگ را به تلاطم در مقیاس کوچک تبدیل میکنند.