Temperaturstratifisering

Farvann, slik som stående vann , men også deler av den verdenshavene med liten strøm , som regel vise et temperaturlagdeling av det vann : Dette er på grunn av de temperaturavhengige tetthetsforskjeller i vannmassen. Det er z. B. et samspill mellom temperaturen på sjøvannet , dens tetthet og saltinnholdet , og dermed innflytelse på termohalinsirkulasjonen , "motoren for meteorologi " over hele verden.

I jordens atmosfære , også , forskjellige temperaturer på forskjellige luft lag er forbundet med visse fenomener : Fata Morgana , inversjon værsituasjon , lagdeling stabilitet av jordens atmosfære , vertikal profil (meteorologiske) .

årsaker

Tetthetsanomalien i vannet spiller en spesiell modifiserende rolle , ifølge hvilken den har sin maksimale tetthet på 1,0 g / ml ved 3,98 ° C. Både kaldere og varmere vann har lavere tetthet, jo lenger temperaturen avviker fra 3,98 ° C.

Dette skaper statisk oppdrift , som gjør at det spesielt lettere vannet kan stige i forhold til det tettere. Det dannes således en temperaturavhengig tetthetsstratifisering, som fortrinnsvis kan gjenkjennes som en "temperaturstratifisering". Denne lagdelingen kan imidlertid modifiseres av andre faktorer som påvirker vanntettheten i en reell vannmasse. Dette er spesielt de faste stoffer og gassene som er oppløst og fint suspendert i vann .

Temperaturene i vannet er underlagt konstant endring på grunn av absorpsjon og frigjøring av varme fra vannet. De viktigste størrelsene er

  • Varmeabsorpsjon fra innfallende global stråling , bestående av sollys og IR motstråling fra atmosfæren
  • Varmetap gjennom IR-stråling (varmestråling, avhengig av overflatetemperaturen)
  • Tap av varme gjennom fordamping av vann
  • Varmetap gjennom direkte varmespredning til luften ("fornuftig varme")

Denne varmevekslingen er underlagt både daglige og sesongmessige sykluser. Endringer i temperaturstratifiseringen skjer derfor like syklisk. Disse skyldes absorpsjon av varme fra inntrengende lys, som avtar med dybden, samt fra en mekanisk blanding av vannlag, som på den ene siden drives av vinden og på den andre siden av konveksjonsstrømmer av kjøleoverflatevann. .

På tempererte breddegrader, for eksempel, viser tilstrekkelig dypt stille vann en "dimictic" vannsirkulasjon . Dette betyr at disse farvannene blandes helt to ganger i året. Grunne farvann kan derimot blandes til bunnen flere ganger, dammer selv hver natt (polymiktisk sirkulasjon). Men det er andre, veldig forskjellige typer blanding i de forskjellige regionene i verden.

Eksempel: Dimiktische Seen

Dimiktisch er navnet på vannmasser som er fullstendig blandet to ganger i løpet av året. Vanligvis er dette tilstrekkelig dype innsjøer i de tempererte sonene.

Om vinteren er det dype vannet, som ikke er mer enn 4 ° C, stabilt overlappet med enda kaldere, mindre tett vann og muligens is . Dette laget varmes jevnt opp på våren til en temperatur på 4 ° C, siden kaldere vann stiger til overflaten gjennom konveksjon . Hvis temperaturen da er jevnt 4 ° C, strekker vindindusert turbulens seg til bunnen, der den sørger for tilstrekkelig høyt oksygeninnhold og jevn fordeling av næringsstoffer ( vårsirkulasjon ).

Når temperaturen fortsetter å øke, øker forskjellene i tetthet igjen, blanding med vind blir sjeldnere og når stadig grunnere dyp. Den siste fullstendige blandingen bestemmer temperaturen på hypolimnion , det jevnt kalde dype laget. Om sommeren er det minst 3,98 ° C om vinteren.

Nattkjøling av overflaten bryter bare ned gradienten i et øvre lag, epilimnionen , og sørger for at den regelmessig blandes (delvis sirkulasjon).

Mellom epi- og hypolimnion er det metalimnion , den såkalte termoklinen, med en temperaturgradient som også blir uttalt om natten . Som regel har metalimnionen en fin struktur der sporene av større vindeffekter og sterkere kjøleperioder fremstår som sporadiske centimeter-skarpe grader av vekslende homogene og fallende temperaturer. Interne homogeniseringer mellom lagene oppstår også gjennom utjevningsstrømmer som oppstår under de hyppige indre bølgene ( seiche ), fordi "stående vann" aldri er veldig rolig inni.

I innsjøer med grunne dybder kan vinden blande innsjøen helt ned til bunnen, selv om sommeren, uten dannelse av hypolimnion. I grunne innsjøer og dammer er til og med metalimnion fraværende, slik at vannmassen bare består av epilimnion, der en temperaturstratifisering utvikler seg om dagen, men som ofte blandes ned til bunnen.

Stabiliteten til temperaturstratifiseringen om vinteren er lavere, i ikke for dype innsjøer endres høstsirkulasjonen til vårsirkulasjonen, med mindre et islag på sjøoverflaten slår helt av vinddriften. Grunne dammer kan fryse til bunnen.

Se også

Individuelle bevis

  1. ↑ Sunke Schmidtko, Lothar Stramma, Martin Visbeck: Nedgang i globalt oksygeninnhold i havet de siste fem tiårene. I: Natur. 542, 2017, s. 335, doi : 10.1038 / nature21399 . Fra: spiegel.de , Wissenschaft , 16. februar 2017: Mindre oksygen i havene: fisken holder seg andpusten (17. februar 2017).