طبقة حرارية
الطبقة الحرارية (المعروفة أيضًا باسم الطبقة الحرارية أو الطبقة المعدنية في البحيرات) هي طبقة مميزة تعتمد على درجة الحرارة داخل كتلة كبيرة من السوائل (مثل الماء ، كما هو الحال في المحيط أو البحيرة؛ أو الهواء، مثل الغلاف الجوي ) مع تدرج عالٍ من الاختلافات المميزة في درجات الحرارة المرتبطة بالعمق. في المحيط ، تفصل الطبقة الحرارية الطبقة المختلطة العلوية عن المياه العميقة الهادئة أدناه. [1]
اعتمادًا إلى حد كبير على الموسم وخط العرض والاختلاط المضطرب بالرياح ، قد تكون الطبقات الحرارية سمة شبه دائمة للمسطح المائي الذي تحدث فيه، أو قد تتشكل مؤقتًا استجابة لظواهر مثل التسخين/التبريد الإشعاعي لمياه السطح أثناء النهار/الليل. تشمل العوامل التي تؤثر على عمق وسمك الطبقة الحرارية التغيرات الموسمية في الطقس وخط العرض والظروف البيئية المحلية، مثل المد والجزر والتيارات .
المحيطات
يتم امتصاص معظم الطاقة الحرارية لأشعة الشمس التي تضرب الأرض في السنتيمترات القليلة الأولى على سطح المحيط، الذي يسخن أثناء النهار ويبرد في الليل حيث تفقد الطاقة الحرارية في الفضاء عن طريق الإشعاع. تخلط الأمواج الماء بالقرب من الطبقة السطحية وتوزع الحرارة على المياه العميقة بحيث تكون درجة الحرارة موحدة نسبيًا في المائة متر العليا (330 قدمًا)، اعتمادًا على قوة الموجة ووجود اضطرابات سطحية ناجمة عن التيارات. أسفل هذه الطبقة المختلطة ، تظل درجة الحرارة مستقرة نسبيًا على مدار دورات الليل والنهار. تنخفض درجة حرارة المحيط العميق تدريجيًا مع العمق. نظرًا لأن المياه المالحة لا تتجمد حتى تصل إلى -2.3 درجة مئوية (27.9 درجة فهرنهايت) (أبرد مع زيادة العمق والضغط)، فإن درجة الحرارة أسفل السطح لا تكون بعيدة عن الصفر عادةً. [2]
تختلف الطبقة الحرارية في العمق. فهي شبه دائمة في المناطق الاستوائية، ومتغيرة في المناطق المعتدلة وضحلة إلى غير موجودة في المناطق القطبية، حيث يكون عمود الماء باردًا من السطح إلى القاع. [3] ستعمل طبقة من الجليد البحري كبطانية عازلة. تم إجراء أول قياسات عالمية دقيقة أثناء البعثة المحيطية لسفينة إتش إم إس تشالنجر . [4]
في المحيط المفتوح، تتميز الطبقة الحرارية بتدرج سلبي في سرعة الصوت ، مما يجعل الطبقة الحرارية مهمة في الحرب البحرية لأنها يمكن أن تعكس إشارات السونار النشطة وغيرها من الإشارات الصوتية. وينبع هذا من عدم الاستمرارية في المعاوقة الصوتية للمياه الناتجة عن التغير المفاجئ في الكثافة.
في الغوص ، يمكن أحيانًا ملاحظة طبقة حرارية تنخفض فيها درجة حرارة الماء بضع درجات مئوية فجأة بين مسطحين مائيين، على سبيل المثال حيث تتدفق المياه الصاعدة الأكثر برودة إلى طبقة سطحية من المياه الأكثر دفئًا. وهذا يعطي الماء مظهر الزجاج المتجعد، وهو النوع المستخدم غالبًا في نوافذ الحمامات لإخفاء الرؤية، ويحدث بسبب تغير معامل الانكسار لعمود الماء البارد أو الدافئ. يمكن ملاحظة نفس هذه الانحناءات عندما يرتفع الهواء الساخن عن المدرج في المطارات أو الطرق الصحراوية وهو سبب السراب .
موسمية الثيرموكلين
يمكن أن يختلف عمق وقوة الطبقة الحرارية في المحيط موسميًا. [3] يُلاحظ هذا بشكل خاص في خطوط العرض المتوسطة مع وجود طبقة مختلطة أكثر سمكًا في الشتاء وطبقة مختلطة أرق في الصيف. [5] تتسبب درجات حرارة الشتاء الباردة في انخفاض الطبقة الحرارية إلى أعماق أكبر وتعيد درجات حرارة الصيف الدافئة الطبقة الحرارية إلى الطبقة العليا. في المناطق المحيطة بالمناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، قد تصبح الطبقة الحرارية أرق في الصيف مقارنة بمواقع أخرى. [5] عند خطوط العرض الأعلى، حول القطبين، يوجد طبقة حرارية موسمية أكثر من طبقة حرارية دائمة مع مياه سطحية أكثر دفئًا. [5] هذا هو المكان الذي توجد فيه طبقة ثنائية الحرارة بدلاً من ذلك.
في نصف الكرة الشمالي، تصل درجات الحرارة القصوى على السطح خلال شهري أغسطس وسبتمبر، وتصل درجات الحرارة الدنيا خلال شهري فبراير ومارس، مع انخفاض إجمالي محتوى الحرارة إلى أدنى مستوياته في مارس. [5] وهذا هو الوقت الذي يبدأ فيه تراكم الطبقة الحرارية الموسمية بعد انهيارها خلال الأشهر الأكثر برودة.
الطبقة الحرارية الدائمة هي الطبقة التي لا تتأثر بالموسم وتقع أسفل أقصى عمق للطبقة المختلطة سنويًا. [6]
المسطحات المائية الأخرى
يمكن أيضًا ملاحظة الطبقات الحرارية في البحيرات. في المناخات الباردة، يؤدي هذا إلى ظاهرة تسمى التقسيم الطبقي . خلال الصيف، تجلس المياه الدافئة، التي هي أقل كثافة، فوق مياه أكثر برودة وكثافة وأعمق مع طبقة حرارية تفصل بينهما. تسمى الطبقة الدافئة epilimnion وتسمى الطبقة الباردة hypolimnion . نظرًا لأن المياه الدافئة تتعرض لأشعة الشمس أثناء النهار، يوجد نظام مستقر ويحدث اختلاط ضئيل جدًا بين المياه الدافئة والمياه الباردة، خاصة في الطقس الهادئ.
.svg/1280px-Lake_Stratification_(11).svg.png)
تُستخدم المقاييس لربط كل قسم من التقسيم الطبقي بأعماقه ودرجات حرارته المقابلة. يُستخدم السهم لإظهار حركة الرياح فوق سطح الماء، والتي تبدأ عملية الدوران في الإبليمنيون والهايبوليمنيون.
| الطبقات المائية |
|---|
| التقسيم الطبقي |
|
| انظر أيضا |
ومن نتائج هذا الاستقرار أنه مع تقدم فصل الصيف، تقل كمية الأكسجين الموجودة تحت طبقة الترموكلاين، حيث لا تتدفق المياه الموجودة أسفل طبقة الترموكلاين إلى السطح، وتستنفد الكائنات الحية الموجودة في الماء الأكسجين المتاح. ومع اقتراب فصل الشتاء، تنخفض درجة حرارة المياه السطحية، حيث تهيمن التبريد الليلي على نقل الحرارة. ويتم الوصول إلى نقطة تصبح فيها كثافة المياه السطحية المبردة أكبر من كثافة المياه العميقة، ويبدأ الانقلاب عندما تتحرك المياه السطحية الكثيفة إلى أسفل تحت تأثير الجاذبية. وتساعد الرياح أو أي عملية أخرى (التيارات على سبيل المثال) في تحريك المياه. ويحدث هذا التأثير أيضًا في مياه القطب الشمالي والقطب الجنوبي، حيث تحمل المياه إلى السطح، والتي على الرغم من انخفاض نسبة الأكسجين فيها، إلا أنها تحتوي على نسبة أعلى من العناصر الغذائية من المياه السطحية الأصلية. وقد يؤدي هذا الإثراء بالعناصر الغذائية السطحية إلى ازدهار العوالق النباتية ، مما يجعل هذه المناطق منتجة.
مع استمرار انخفاض درجات الحرارة، قد تصبح المياه على السطح باردة بدرجة كافية لتتجمد وتبدأ البحيرة/المحيط في التجمد. تتطور طبقة حرارية جديدة حيث تغوص المياه الأكثر كثافة (4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت)) إلى القاع، وترتفع المياه الأقل كثافة (المياه التي تقترب من نقطة التجمد) إلى الأعلى. بمجرد ترسيخ هذه الطبقات الجديدة، فإنها تستمر حتى ترتفع درجة حرارة المياه بدرجة كافية لـ "الدوران الربيعي"، والذي يحدث بعد ذوبان الجليد وارتفاع درجة حرارة المياه السطحية إلى 4 درجات مئوية. خلال هذا التحول، قد يتطور شريط حراري .
يمكن أن تحدث الموجات على طبقة الترموكلاين، مما يتسبب في تذبذب عمق طبقة الترموكلاين كما تم قياسه في موقع واحد (عادةً كشكل من أشكال السيخ ). وبدلاً من ذلك، قد تحدث الموجات عن طريق التدفق فوق قاع مرتفع، مما ينتج عنه موجة ترموكلاين لا تتغير بمرور الوقت، ولكنها تختلف في العمق عندما يتحرك المرء داخل أو ضد التدفق.
أَجواء
الحد الحراري بين طبقة التروبوسفير (الغلاف الجوي السفلي) وطبقة الستراتوسفير (الغلاف الجوي العلوي) هو طبقة حرارية. تنخفض درجة الحرارة عمومًا مع الارتفاع، ولكن الحرارة الناتجة عن التعرض لأشعة الشمس أثناء النهار تنطلق ليلًا، مما قد يؤدي إلى إنشاء منطقة دافئة على الأرض مع وجود هواء أكثر برودة أعلاها. يُعرف هذا باسم الانعكاس (مثال آخر على طبقة حرارية). عند شروق الشمس، تعمل طاقة الشمس على تدفئة الأرض، مما يتسبب في ارتفاع الهواء الدافئ، وبالتالي زعزعة استقرار طبقة الانعكاس وعكس اتجاهها في النهاية. تم تطبيق هذه الظاهرة لأول مرة في مجال دراسة تلوث الضوضاء في ستينيات القرن العشرين، مما ساهم في تصميم الطرق السريعة الحضرية وحواجز الضوضاء . [7]
انظر أيضا
- مقياس الحرارة العائم – جهاز لكشف درجة حرارة الماء وضغطه
- الدورة الحرارية الملحية – جزء من الدورة المحيطية واسعة النطاق
- التصاعد الاصطناعي – ظاهرة محيطية لحركة مياه المحيط بفعل الرياح
- الطفو – قوة صاعدة تعارض وزن الجسم المغمور في السائل
- قناة SOFAR ، والمعروفة أيضًا باسم قناة الصوت العميقة - طبقة أفقية من الماء في المحيط حيث تكون سرعة الصوت في أدنى مستوياتها
- تقسيم البحيرة إلى طبقات منفصلة – فصل المياه في البحيرة إلى طبقات مميزة
- حاجز الضوضاء – هيكل خارجي على البنية التحتية يستخدم لمنع الأصوات العالية من الهروب
- التذبذب الجنوبي – ظاهرة مناخية تتقلب بشكل دوري
- الطبقات الرقيقة (علم المحيطات)
مراجع
- ^ موسوعة بريتانيكا، محررو موسوعة بريتانيكا. "thermocline". موسوعة بريتانيكا . تم استرجاعه في 16 يونيو 2023 .
- ^ "درجة حرارة مياه المحيط". نوافذ على الكون . مؤسسة جامعة لأبحاث الغلاف الجوي. 2001-08-31. مؤرشف من الأصل في 2010-03-27 . تم استرجاعه في 2019-12-27 .
- ^ ab "ما هي الطبقة الحرارية؟". الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تم الاسترجاع في 2021-10-09 .
- ^ أيتكين، فريديريك؛ فولك، جان نوما (2019). اكتشاف القياسات الفيزيائية لسفينة إتش إم إس تشالنجر المتعلقة بدوران المحيطات . من أعماق البحار إلى المختبر. المجلد 2. لندن: ISTE. doi :10.1002/9781119584896. ISBN 978-1-78630-375-2. S2CID 182882300.
- ^ abcd Talley, Lynne D.; Pickard, George L.; Emery, William J.; Swift, James H. (2011). Descriptive Physical Oceanography: An Introduction (6th ed.). أمستردام: Academic Press. ISBN 978-0-08093-911-7. OCLC 784140610.
- ^ "Thermocline". AMS Glossary of Meteorology . American Meteorology Society. 2012-01-26 . تم الاسترجاع في 2023-03-11 .
- ^ هوجان، سي. مايكل (سبتمبر 1973). "تحليل ضوضاء الطرق السريعة". تلوث المياه والهواء والتربة . 2 (3): 387-392. رمز Bibcode :1973WASP....2..387H. doi :10.1007/BF00159677. S2CID 109914430.
