circolazione Termoalina

Descrizione

Il movimento delle correnti superficiali spinto dal vento è abbastanza intuitivo. Ad esempio, il vento produce facilmente increspature sulla superficie di uno stagno., Così l’oceano profondo-privo di vento — è stato supposto per essere perfettamente statico dai primi oceanografi. Tuttavia, la strumentazione moderna mostra che le velocità attuali nelle masse di acque profonde possono essere significative (anche se molto inferiori alle velocità di superficie).

Nell’oceano profondo, la forza trainante predominante sono le differenze di densità, causate dalla salinità e dalle variazioni di temperatura (l’aumento della salinità e l’abbassamento della temperatura di un fluido aumentano la sua densità). C’è spesso confusione sui componenti della circolazione che sono guidati dal vento e dalla densità., Si noti che le correnti oceaniche dovute alle maree sono significative anche in molti luoghi; più prominente nelle zone costiere relativamente poco profonde, le correnti di marea possono essere significative anche nell’oceano profondo.

La densità dell’acqua oceanica non è globalmente omogenea, ma varia in modo significativo e discreto. Esistono confini ben definiti tra le masse d’acqua che si formano in superficie e successivamente mantengono la propria identità all’interno dell’oceano. Si posizionano uno sopra o sotto l’altro in base alla loro densità, che dipende sia dalla temperatura che dalla salinità.,

L’acqua di mare calda si espande ed è quindi meno densa dell’acqua di mare più fredda. L’acqua più salata è più densa dell’acqua più fresca perché i sali disciolti riempiono gli interstizi tra le molecole d’acqua, con conseguente maggiore massa per unità di volume. Masse d’acqua più leggere galleggiano su quelle più dense (proprio come un pezzo di legno o ghiaccio galleggerà sull’acqua, vedi galleggiabilità). Questo è noto come”stratificazione stabile”. Quando si formano per la prima volta masse d’acqua dense, non sono stratificate stabilmente. Per assumere le loro posizioni più stabili, devono fluire masse d’acqua di diversa densità, fornendo una forza trainante per le correnti profonde.,

La circolazione termoalina è principalmente innescata dalla formazione di masse d’acqua profonde nell’Atlantico settentrionale e nell’Oceano Meridionale causate da differenze di temperatura e salinità dell’acqua.

Le grandi quantità di acqua densa che affondano ai bordi del bacino oceanico polare devono essere compensate da quantità uguali di acqua che sale altrove. Si noti che l’acqua fredda nelle zone polari affonda relativamente rapidamente su una piccola area, mentre l’acqua calda nelle zone temperate e tropicali sale più gradualmente in un’area molto più ampia. Poi ritorna lentamente poleward vicino alla superficie per ripetere il ciclo., La continua risalita diffusa di acque profonde mantiene l’esistenza del termoclino permanente che si trova ovunque alle basse e medie latitudini. Si stima che questo lento movimento verso l’alto sia di circa 1 centimetro (0,5 pollici) al giorno sulla maggior parte dell’oceano. Se questo aumento dovesse fermarsi, il movimento verso il basso del calore causerebbe la discesa del termoclino e ridurrebbe la sua pendenza.

Formazione di masse d’acqua profonda

Le masse d’acqua dense che affondano nei bacini profondi si formano in aree abbastanza specifiche del Nord Atlantico e dell’Oceano Meridionale., Nel Nord Atlantico, l’acqua di mare sulla superficie dell’oceano è intensamente raffreddata dal vento. Il vento che si muove sull’acqua produce anche una grande quantità di evaporazione, portando ad una diminuzione della temperatura, chiamata raffreddamento evaporativo. L’evaporazione rimuove solo le molecole d’acqua, con conseguente aumento della salinità dell’acqua di mare lasciata indietro e quindi un aumento della densità della massa d’acqua., Nel Mare di Norvegia il raffreddamento evaporativo è predominante e la massa d’acqua che affonda, il North Atlantic Deep Water (NADW), riempie il bacino e si riversa verso sud attraverso crepacci nei davanzali sottomarini che collegano Groenlandia, Islanda e Gran Bretagna. Scorre poi molto lentamente nelle profonde pianure abissali dell’Atlantico, sempre in direzione sud. Il flusso dal bacino dell’Oceano Artico nel Pacifico, tuttavia, è bloccato dalle strette secche dello stretto di Bering.,

Nell’Oceano Meridionale, forti venti katabatici che soffiano dal continente antartico sulle piattaforme di ghiaccio soffieranno via il ghiaccio marino appena formato, aprendo polynyas lungo la costa. L’oceano, non più protetto dal ghiaccio marino, subisce un raffreddamento brutale e forte. Nel frattempo, il ghiaccio marino inizia a riformarsi, quindi anche le acque superficiali diventano più salate, quindi molto dense. Infatti, la formazione di ghiaccio marino contribuisce ad un aumento della salinità superficiale dell’acqua di mare; salamoia più salato è lasciato alle spalle come il ghiaccio marino si forma intorno ad esso (acqua pura preferenzialmente essere congelato)., L’aumento della salinità abbassa il punto di congelamento dell’acqua di mare, quindi la salamoia liquida fredda si forma in inclusioni all’interno di un nido d’ape di ghiaccio. La salamoia scioglie progressivamente il ghiaccio appena sotto di esso, alla fine gocciolando fuori dalla matrice di ghiaccio e affondando. Questo processo è noto come rifiuto della salamoia.

L’Acqua di fondo antartico risultante (AABW) affonda e scorre verso nord e verso est, ma è così densa che in realtà sottopassa il NADW. Gli AABW formati nel Mare di Weddell riempiranno principalmente i bacini Atlantico e Indiano, mentre gli AABW formati nel Mare di Ross fluiranno verso l’Oceano Pacifico.,

Le masse d’acqua dense formate da questi processi scorrono in discesa sul fondo dell’oceano, come un flusso all’interno del fluido meno denso circostante, e riempiono i bacini dei mari polari. Proprio come le valli fluviali dirigono torrenti e fiumi sui continenti, la topografia inferiore dirige le masse d’acqua profonde e di fondo.

Si noti che, a differenza dell’acqua dolce, l’acqua di mare non ha una densità massima a 4°C ma diventa più densa mentre si raffredda fino al suo punto di congelamento di circa -1,8°C.,

Movimento della circolazione termoalina

La formazione e il movimento delle masse d’acqua profonde nell’Oceano Atlantico settentrionale, crea masse d’acqua che affondano che riempiono il bacino e fluiscono molto lentamente nelle profonde pianure abissali dell’Atlantico. Questo raffreddamento ad alta latitudine e il riscaldamento a bassa latitudine guidano il movimento dell’acqua profonda in un flusso polare verso sud. L’acqua profonda scorre attraverso il bacino oceanico antartico intorno al Sud Africa dove è diviso in due percorsi: uno nell’Oceano Indiano e uno oltre l’Australia nel Pacifico.,

Nell’Oceano Indiano, parte dell’acqua fredda e salata proveniente dall’Atlantico — trainata dal flusso di acqua oceanica superiore più calda e fresca proveniente dal Pacifico tropicale — provoca uno scambio verticale di acqua densa e affondante con acqua più leggera sopra. È noto come ribaltamento. Nell’Oceano Pacifico, il resto dell’acqua fredda e salata dell’Atlantico subisce forzature di haline e diventa più caldo e più fresco più rapidamente.,

Il sottomarino che scorre fuori di acqua fredda e salata rende il livello del mare dell’Atlantico leggermente inferiore al Pacifico e la salinità o l’halinità dell’acqua nell’Atlantico superiore al Pacifico. Ciò genera un grande ma lento flusso di acqua oceanica superiore più calda e fresca dal Pacifico tropicale all’Oceano Indiano attraverso l’arcipelago indonesiano per sostituire l’acqua fredda e salata del fondo antartico. Questo è anche noto come’ haline forcing ‘ (guadagno netto di acqua dolce ad alta latitudine e evaporazione a bassa latitudine)., Questa acqua più calda e fresca dal Pacifico scorre attraverso l’Atlantico meridionale fino alla Groenlandia, dove si raffredda e subisce un raffreddamento evaporativo e affonda sul fondo dell’oceano, fornendo una circolazione termoalina continua.

Quindi, un nome recente e popolare per la circolazione termoalina, sottolineando la natura verticale e il carattere polo-polo di questo tipo di circolazione oceanica, è la circolazione di ribaltamento meridionale.,

Stima quantitativa

Le masse di acque profonde che partecipano al MOC hanno firme chimiche, di temperatura e di rapporto isotopico e possono essere tracciate, la loro portata calcolata e la loro età determinata. Questi includono rapporti 231Pa / 230Th.,

Gulf Stream

La corrente del Golfo, insieme con la sua estensione settentrionale verso l’Europa, il Nord-Atlantica, è un potente, caldo, e swift oceano Atlantico corrente che origina la punta della Florida, e segue le coste orientali degli Stati Uniti e di Terranova, prima di attraversare l’Oceano Atlantico., Il processo di intensificazione occidentale fa sì che la corrente del Golfo sia una corrente di accelerazione verso nord al largo della costa orientale del Nord America. A circa 40°0’N 30°0’W / 40.000 ° N 30.000 ° W, si divide in due, con il northern stream che attraversa il nord Europa e il southern stream che ricircola al largo dell’Africa occidentale. La corrente del Golfo influenza il clima della costa orientale del Nord America dalla Florida a Terranova e la costa occidentale dell’Europa., Sebbene ci sia stato un recente dibattito, vi è consenso sul fatto che il clima dell’Europa occidentale e dell’Europa settentrionale sia più caldo di quanto non sarebbe altrimenti dovuto alla deriva dell’Atlantico settentrionale, uno dei rami dalla coda della corrente del Golfo. Fa parte del Gyre Nord Atlantico. La sua presenza ha portato allo sviluppo di forti cicloni di tutti i tipi, sia all’interno dell’atmosfera che all’interno dell’oceano. La corrente del Golfo è anche una significativa fonte potenziale di produzione di energia rinnovabile.,

Upwelling

Tutte queste masse d’acqua dense che affondano nei bacini oceanici spostano le vecchie masse d’acqua profonda che sono state rese meno dense dalla miscelazione dell’oceano. Per mantenere un equilibrio l’acqua deve essere in aumento altrove. Tuttavia, poiché questa risalita termoalina è così diffusa e diffusa, le sue velocità sono molto lente anche rispetto al movimento delle masse d’acqua di fondo. È quindi difficile misurare dove si verifica l’upwelling utilizzando le velocità attuali, dati tutti gli altri processi guidati dal vento in corso nell’oceano di superficie., Le acque profonde hanno la loro firma chimica, formata dalla rottura del particolato che cade in esse nel corso del loro lungo viaggio in profondità. Un certo numero di scienziati ha cercato di utilizzare questi traccianti per dedurre dove si verifica l’upwelling.

Wallace Broecker, utilizzando modelli a scatola, ha affermato che la maggior parte del profondo upwelling si verifica nel Pacifico settentrionale, usando come prova gli alti valori di silicio trovati in queste acque. Altri investigatori non hanno trovato prove così chiare., I modelli al computer della circolazione oceanica collocano sempre più la maggior parte del profondo upwelling nell’Oceano meridionale, associato ai forti venti alle latitudini aperte tra il Sud America e l’Antartide. Mentre questa immagine è coerente con la sintesi osservazionale globale di William Schmitz a Woods Hole e con bassi valori di diffusione osservati, non tutte le sintesi osservazionali sono d’accordo., Recenti documenti di Lynne Talley presso la Scripps Institution of Oceanography e Bernadette Sloyan e Stephen Rintoul in Australia suggeriscono che una quantità significativa di acque profonde dense deve essere trasformata in acqua leggera da qualche parte a nord dell’Oceano meridionale.

Effetti sul clima globale

La circolazione termoalina svolge un ruolo importante nel fornire calore alle regioni polari, e quindi nel regolare la quantità di ghiaccio marino in queste regioni, sebbene il trasporto di calore polare al di fuori dei tropici sia considerevolmente più grande nell’atmosfera che nell’oceano., Si pensa che i cambiamenti nella circolazione termoalina abbiano impatti significativi sul bilancio delle radiazioni della Terra. Nella misura in cui la circolazione termoalina governa la velocità con cui le acque profonde sono esposte alla superficie, può anche svolgere un ruolo importante nel determinare la concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera., Mentre si afferma spesso che la circolazione termoalina è la ragione principale per cui l’Europa occidentale è così temperata, è stato suggerito che questo è in gran parte errato, e che l’Europa è calda soprattutto perché si trova sottovento di un bacino oceanico e per l’effetto delle onde atmosferiche che portano aria calda a nord dalle regioni subtropicali. Tuttavia, anche le ipotesi alla base di questa particolare analisi sono state messe in discussione.,

Si pensa che grandi flussi di acqua di fusione a bassa densità provenienti dal lago Agassiz e dalla deglaciazione in Nord America abbiano portato a un’interruzione della formazione di acque profonde e alla subsidenza nell’estremo Nord Atlantico e causato il periodo climatico in Europa noto come il Dryas più giovane.

Nel 2005, i ricercatori britannici hanno notato che il flusso netto della corrente del Golfo settentrionale era diminuito di circa il 30% dal 1957. Per coincidenza, gli scienziati di Woods Hole avevano misurato il rinfresco del Nord Atlantico mentre la Terra diventa più calda., I loro risultati hanno suggerito che le precipitazioni aumentano nelle alte latitudini settentrionali e il ghiaccio polare si scioglie di conseguenza. Inondando i mari del nord con molta acqua dolce extra, il riscaldamento globale potrebbe, in teoria, deviare le acque della corrente del Golfo che di solito scorrono verso nord oltre l’Inghilterra e la Norvegia, e farle circolare invece verso l’equatore. Se ciò dovesse accadere, il clima europeo ne risentirebbe seriamente.

Altre fonti

• Nastro trasportatore oceanico
• Progetti THOR FP7http://www.eu-thor.eu indaga sul tema “Ribaltamento termoalinico – a rischio?,”e la prevedibilità dei cambiamenti del THC. THOR è finanziato dal 7 ° Programma Quadro della Commissione Europea.
• Google Map della Geografia della Circolazione Termoalina dei nostri Oceani