คุณสมบัติของน้ำทะเลและโครงสร้างเทอร์โมฮาไลน์

อุณหภูมิและความเค็มเป็นตัวแปรหลักของมหาสมุทร: เมื่อรวมกับความดัน ตัวแปรเหล่านี้จะกำหนดความหนาแน่นของน้ำทะเลผ่านสมการสถานะแบบไม่เชิงเส้น และสนามความหนาแน่นนั้นจะจัดเรียงคอลัมน์น้ำให้เป็นชั้นที่มีเสถียรภาพ

Definition

โครงสร้างเทอร์โมฮาไลน์หมายถึงการจัดเรียงน้ำทะเลในแนวตั้งตามอุณหภูมิ (เทอร์โม-) และความเค็ม (-ฮาไลน์) และการแบ่งชั้นความหนาแน่นที่เกิดขึ้น ซึ่งควบคุมเสถียรภาพและการก่อตัวของมวลน้ำที่แตกต่างกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงคำจำกัดความและการวัดอุณหภูมิ ความเค็ม และความดัน; สมการสถานะและมาตรฐานทางอุณหพลศาสตร์ TEOS-10 ที่ทันสมัย; อุณหภูมิศักย์ อุณหภูมิอนุรักษ์ และตัวแปรความหนาแน่น เช่น ซิกมา-ที และความหนาแน่นเป็นกลาง; และโครงสร้างแนวตั้งที่เกิดขึ้นของชั้นผสม เทอร์โมไคลน์ ฮาโลไคลน์ และปิกโนไคลน์

Core questions

• อุณหภูมิ ความเค็ม และความหนาแน่นถูกกำหนดและวัดได้อย่างไรตลอดคอลัมน์น้ำ?
• เหตุใดสมการสถานะของน้ำทะเลจึงไม่เป็นเชิงเส้น และปรากฏการณ์ใดที่เกิดจากความไม่เป็นเชิงเส้นนั้น?
• อะไรเป็นตัวกำหนดความลึกและความแข็งแรงของชั้นผสม เทอร์โมไคลน์ และปิกโนไคลน์?
• แผนภาพอุณหภูมิ-ความเค็มเผยให้เห็นต้นกำเนิดและการผสมของมวลน้ำได้อย่างไร?

Key theories

สมการสถานะแบบไม่เชิงเส้น

ความหนาแน่นของน้ำทะเลขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความเค็ม และความดันในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้นการผสมมวลน้ำสองส่วนที่มีความหนาแน่นเท่ากันอาจทำให้น้ำมีความหนาแน่นมากขึ้น (cabbeling) และความสามารถในการอัดตัวจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ (thermobaricity)

การแบ่งชั้นและความเสถียร

คอลัมน์น้ำจะเสถียรเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้นตามความลึก; ความถี่การลอยตัว (Brunt-Vaisala) จะวัดปริมาณความเสถียรนั้นและควบคุมว่าการเคลื่อนที่ในแนวตั้งและคลื่นภายในจะกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ง่ายเพียงใด

Mechanisms

ความร้อนจากแสงอาทิตย์ทำให้น้ำอุ่นขึ้น และการไหลของน้ำจืด (การตกตะกอน การระเหย การละลายและการก่อตัวของน้ำแข็ง) จะเปลี่ยนความเค็มของผิวน้ำ ซึ่งกำหนดการลอยตัวที่ผิวน้ำทะเล; ลมและการพาความร้อนจะผสมผสานมหาสมุทรส่วนบนให้เป็นชั้นที่เกือบสม่ำเสมอ ซึ่งด้านล่างลงไป อุณหภูมิและความเค็มจะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงผ่านเทอร์โมไคลน์และฮาโลไคลน์ไปยังมหาสมุทรลึก ความหนาแน่นที่เกิดขึ้น ซึ่งคำนวณจากสมการสถานะ จะกำหนดเสถียรภาพสถิตและความลึกที่น้ำผิวดินสามารถจมลงไปได้

Clinical relevance

อุณหพลศาสตร์ของน้ำทะเลที่แม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการคำนวณปริมาณความร้อนและน้ำจืดของมหาสมุทร การปรับเทียบความเค็มและความหนาแน่นจากเครื่องมือวัดค่าการนำไฟฟ้า-อุณหภูมิ-ความลึก (CTD) และเซ็นเซอร์ทุ่น Argo และการติดตามบทบาทของมหาสมุทรในการกักเก็บความร้อนที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์

History

งานในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดย Knudsen ได้กำหนดมาตรฐานการหาค่าความเค็มโดยการไทเทรต; มาตราส่วนความเค็มเชิงปฏิบัติที่อิงตามค่าการนำไฟฟ้าได้ตามมาในปี 1978 และมาตรฐาน TEOS-10 ที่สอดคล้องทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งนำมาใช้ในปี 2010 ได้เข้ามาแทนที่สูตรก่อนหน้านี้ด้วยความเค็มสัมบูรณ์และอุณหภูมิอนุรักษ์

Key figures

• Martin Knudsen
• Bjorn Helland-Hansen

Seminal works

• talley2011
• iocTeos2010

Frequently asked questions

เทอร์โมไคลน์คืออะไร?

เทอร์โมไคลน์คือชั้นของมหาสมุทรที่อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วตามความลึก โดยแยกน้ำผิวดินที่อุ่นและผสมกันดีออกจากมหาสมุทรลึกที่เย็นจัด

ปัจจุบันวัดความเค็มของมหาสมุทรอย่างไร?

ปัจจุบันความเค็มส่วนใหญ่ได้มาจากการวัดค่าการนำไฟฟ้า อุณหภูมิ และความดันโดยเครื่องมือ CTD และทุ่นลอยอัตโนมัติ แทนที่จะใช้วิธีการไทเทรตทางเคมีแบบเก่า