Propriétés de l'eau de mer et structure thermohaline
La température et la salinité sont les variables maîtresses de l'océan : conjointement avec la pression, elles déterminent la densité de l'eau de mer via une équation d'état non linéaire, et ce champ de densité organise la colonne d'eau en couches stratifiées stables.
Definition
La structure thermohaline fait référence à l'arrangement vertical de l'eau de mer selon la température (thermo-) et la salinité (-haline), et à la stratification de densité qui en résulte, laquelle contrôle la stabilité et la formation de masses d'eau distinctes.
Scope
Ce sujet couvre la définition et la mesure de la température, de la salinité et de la pression ; l'équation d'état et le standard thermodynamique moderne TEOS-10 ; la température potentielle, la température conservative, et les variables de densité telles que sigma-t et la densité neutre ; ainsi que la structure verticale résultante de la couche de mélange, de la thermocline, de l'halocline et de la pycnocline.
Core questions
- Comment la température, la salinité et la densité sont-elles définies et mesurées dans la colonne d'eau ?
- Pourquoi l'équation d'état de l'eau de mer est-elle non linéaire, et quels phénomènes cette non-linéarité produit-elle ?
- Qu'est-ce qui détermine la profondeur et l'intensité de la couche de mélange, de la thermocline et de la pycnocline ?
- Comment les diagrammes température-salinité révèlent-ils les origines et le mélange des masses d'eau ?
Key theories
- Équation d'état non linéaire
- La densité de l'eau de mer dépend de manière non linéaire de la température, de la salinité et de la pression, de sorte que le mélange de deux parcelles d'eau de densité égale peut produire une eau plus dense (cabbeling) et que la compressibilité varie avec la température (thermobaricité).
- Stratification et stabilité
- Une colonne d'eau est stable lorsque la densité augmente avec la profondeur ; la fréquence de flottabilité (Brunt-Vaisala) quantifie cette stabilité et régit la facilité avec laquelle les mouvements verticaux et les ondes internes sont restaurés.
Mechanisms
Le réchauffement solaire et les flux d'eau douce (précipitations, évaporation, fonte et formation de glace) modifient la salinité de surface, établissant la flottabilité à la surface de la mer ; le vent et la convection mélangent l'océan supérieur en une couche quasi-uniforme, sous laquelle la température et la salinité varient progressivement à travers la thermocline et l'halocline jusqu'à l'océan profond. La densité qui en résulte, calculée à partir de l'équation d'état, détermine la stabilité statique et la profondeur à laquelle l'eau de surface peut s'enfoncer.
Clinical relevance
Une thermodynamique précise de l'eau de mer est essentielle pour calculer le contenu en chaleur et en eau douce de l'océan, pour calibrer la salinité et la densité à partir des capteurs de conductivité-température-profondeur (CTD) et des flotteurs Argo, et pour suivre le rôle de l'océan dans le stockage de la chaleur anthropique.
History
Les travaux de Knudsen au début du XXe siècle ont standardisé la détermination de la salinité par titrage ; l'échelle de salinité pratique basée sur la conductivité a suivi en 1978, et le standard TEOS-10, thermodynamiquement cohérent et adopté en 2010, a remplacé les formulations antérieures par la salinité absolue et la température conservative.
Key figures
- Martin Knudsen
- Bjorn Helland-Hansen
Related topics
Seminal works
- talley2011
- iocTeos2010
Frequently asked questions
- Qu'est-ce que la thermocline ?
- La thermocline est la couche de l'océan où la température diminue rapidement avec la profondeur, séparant les eaux de surface chaudes et bien mélangées de l'océan profond froid.
- Comment la salinité de l'océan est-elle mesurée aujourd'hui ?
- La salinité est aujourd'hui principalement dérivée de la conductivité électrique, de la température et de la pression mesurées par les instruments CTD et les flotteurs autonomes, plutôt que par les anciennes méthodes de titrage chimique.