Tính chất nước biển và cấu trúc nhiệt muối

Nhiệt độ và độ mặn là những biến số chính của đại dương: cùng với áp suất, chúng xác định mật độ nước biển thông qua một phương trình trạng thái phi tuyến tính, và trường mật độ đó sắp xếp cột nước thành các lớp phân tầng ổn định.

Definition

Cấu trúc nhiệt muối đề cập đến sự sắp xếp thẳng đứng của nước biển theo nhiệt độ (nhiệt-) và độ mặn (-muối), và sự phân lớp mật độ tạo thành, điều khiển sự ổn định và sự hình thành các khối nước riêng biệt.

Scope

Chủ đề này bao gồm định nghĩa và phép đo nhiệt độ, độ mặn và áp suất; phương trình trạng thái và tiêu chuẩn nhiệt động lực học TEOS-10 hiện đại; nhiệt độ tiềm năng, nhiệt độ bảo toàn và các biến mật độ như sigma-t và mật độ trung hòa; và cấu trúc thẳng đứng của lớp hỗn hợp, tầng nhiệt, tầng muối và tầng tỷ trọng.

Core questions

• Nhiệt độ, độ mặn và mật độ được định nghĩa và đo lường như thế nào trong toàn bộ cột nước?
• Tại sao phương trình trạng thái của nước biển lại phi tuyến tính, và sự phi tuyến tính đó tạo ra những hiện tượng nào?
• Điều gì xác định độ sâu và cường độ của lớp hỗn hợp, tầng nhiệt và tầng tỷ trọng?
• Sơ đồ nhiệt độ-độ mặn tiết lộ nguồn gốc và sự pha trộn của các khối nước như thế nào?

Key theories

Phương trình trạng thái phi tuyến tính

Mật độ nước biển phụ thuộc phi tuyến tính vào nhiệt độ, độ mặn và áp suất, do đó việc trộn hai khối nước có mật độ bằng nhau có thể tạo ra nước đặc hơn (hiện tượng cabbeling) và khả năng nén thay đổi theo nhiệt độ (tính nhiệt áp).

Phân tầng và ổn định

Một cột nước ổn định khi mật độ tăng theo độ sâu; tần số sức nổi (Brunt-Vaisala) định lượng sự ổn định đó và chi phối mức độ dễ dàng phục hồi của các chuyển động thẳng đứng và sóng nội.

Mechanisms

Bức xạ mặt trời làm ấm và dòng chảy nước ngọt (lượng mưa, sự bay hơi, sự tan chảy và hình thành băng) làm thay đổi độ mặn bề mặt, thiết lập sức nổi ở bề mặt biển; gió và đối lưu trộn lẫn lớp trên của đại dương thành một lớp gần như đồng nhất, bên dưới đó nhiệt độ và độ mặn thay đổi dần qua tầng nhiệt và tầng muối đến đại dương sâu. Mật độ tạo thành, được tính từ phương trình trạng thái, xác định sự ổn định tĩnh và độ sâu mà nước bề mặt có thể chìm xuống.

Clinical relevance

Nhiệt động lực học nước biển chính xác là điều cần thiết để tính toán hàm lượng nhiệt và nước ngọt của đại dương, hiệu chuẩn độ mặn và mật độ từ các cảm biến CTD (conductivity-temperature-depth) và phao Argo, cũng như theo dõi vai trò của đại dương trong việc lưu trữ nhiệt nhân tạo.

History

Công trình đầu thế kỷ 20 của Knudsen đã chuẩn hóa việc xác định độ mặn bằng phương pháp chuẩn độ; thang độ mặn thực tế dựa trên độ dẫn điện ra đời vào năm 1978, và tiêu chuẩn TEOS-10 nhất quán về mặt nhiệt động lực học, được thông qua vào năm 2010, đã thay thế các công thức trước đó bằng độ mặn tuyệt đối và nhiệt độ bảo toàn.

Key figures

• Martin Knudsen
• Bjorn Helland-Hansen

Seminal works

• talley2011
• iocTeos2010

Frequently asked questions

Tầng nhiệt là gì?

Tầng nhiệt là lớp đại dương nơi nhiệt độ giảm nhanh chóng theo độ sâu, ngăn cách vùng nước bề mặt ấm, được trộn đều với đại dương sâu lạnh giá.

Độ mặn của đại dương ngày nay được đo như thế nào?

Độ mặn hiện nay chủ yếu được suy ra từ độ dẫn điện, nhiệt độ và áp suất được đo bằng các thiết bị CTD và phao tự hành, thay vì các phương pháp chuẩn độ hóa học cũ hơn.