В Мировом океане непрерывно протекают процессы, изменяющие океанологические характеристики. В результате неравномерного изменения этих характеристик возникают горизонтальные и вертикальные их градиенты, одновременно с которыми развиваются процессы, направленные на выравнивание свойств водных масс, на уничтожение градиентов. Это процессы вертикального и горизонтального обмена, т. е. перемешивания. Изменение температуры, солености и плотности с глубиной связано с вертикальными градиентами этих величин. Градиент каждой из указанных величин может быть положительным или отрицательным. Если градиент плотности положителен (плотность увеличивается с глубиной), водные массы находятся в устойчивом состоянии, если отрицательный — неустойчивы: легкие воды стремятся всплыть, а тяжелые — опуститься. Увеличение плотности под влиянием понижения температуры или увеличения солености на поверхности вызывает опускание верхних слоев воды и подъем нижних. В результате плотность воды в верхнем, перемешанном слое понижается, а в нижележащем возрастает. В слое воды, расположенном выше слоя скачка, процессы перемешивания воды происходят наиболее интенсивно; этот слой и называется деятельным слоем. Ниже слоя скачка воды становятся устойчивыми, так как здесь с глубиной температура понижается, а соленость и плотность возрастают.[ ...]
Существуют два вида вертикального перемешиваня: молекулярное и турбулентное (в нем выделяются разновидности — конвективное и фрикционное).[ ...]
Молекулярное перемешивание представляет собой хаотическое тепловое движение молекул. Это перемешивание происходит по всей толще океана как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, но в малых масштабах и не играет существенной роли в перемешивании вод океана.[ ...]
Турбулентное перемешивание возникает вследствие внутреннего трения (вязкости) движущихся слоев воды и вихреобразования (фрикционное перемешивание). В океанах и морях фрикционное перемешивание проявляется главным образом в форме волнового (ветрового) и приливного. Ветровое перемешивание распространяется в поверхностном слое моря до глубины, равной половине длины ветровых волн. В мелководных морях ветровое перемешивание доходит до 15—20 м, а в глубоководных морях и в океанах оно может распространяться на глубину 50—200 м.[ ...]
Физический смысл процесса перемешивания и величин, его определяющих, дает табл. 15 (по В. Шмидту).[ ...]
Из таблицы следует, что коэффициент обмена, умноженный на физическую константу, может быть различным при изменении свойств морской воды. Это — коэффициенты теплопроводности, диффузии, трения и т. д. При этом следует иметь в виду, что коэффициент турбулентной теплопроводности превосходит коэффициент молекулярной теплопроводности; соответственно и коэффициенты турбулентного трения (вязкости) и диффузии превосходят коэффициенты молекулярного трения и диффузии. Значения коэффициентов, характеризующих турбулентное перемешивание, изменяются в довольно широких пределах для разных районов Мирового океана. Так, например, коэффициент турбулентной теплопроводности для глубинных вод Филиппинской впадины 2,0—3,2 г • см/сек. (по Шмидту), для Каспийского моря 0—30 г-см/сек. (по Штокману), для Тихого океана у Калифорнии 30 г -см/сек. (по Мак-Ивену). Эти различия свидетельствуют о том, что коэффициенты турбулентного перемешивания зависят не только от физически! свойств морской воды, но и от скорости движения (наличия гради-ентов скорости), размеров возникающих вихрей, устойчивости слоев воды, периодов наблюдений и т. д.[ ...]
Турбулентность играет большую роль в таких процессах, как тепловое и динамическое взаимодействие океана и атмосферы, формирование структуры потоков, особенно в поверхностных и придонных слоях, диссипация (рассеяние) кинетической энергии войн и течений (превращение в тепло вследствие трения), распространение газов, солей, радиоактивных и других примесей.[ ...]
Вернуться к оглавлению