Oceanografia fisica
l’Energia per la circolazione oceanica (e per la circolazione atmosferica) deriva dalla radiazione solare e l’energia gravitazionale del sole e della luna. La quantità di luce solare assorbita in superficie varia fortemente con la latitudine, essendo maggiore all’equatore rispetto ai poli, e questo genera movimento fluido sia nell’atmosfera che nell’oceano che agisce per ridistribuire il calore dall’equatore verso i poli, riducendo così i gradienti di temperatura che esisterebbero in assenza di movimento fluido. Forse tre quarti di questo calore viene trasportato nell’atmosfera; il resto viene trasportato nell’oceano.
L’atmosfera viene riscaldata dal basso, il che porta alla convezione, la cui più grande espressione è la circolazione di Hadley. Al contrario, l’oceano viene riscaldato dall’alto, il che tende a sopprimere la convezione. Invece l’acqua profonda dell’oceano si forma nelle regioni polari dove le acque salate fredde affondano in aree abbastanza ristrette. Questo è l’inizio della circolazione termoalina.
Le correnti oceaniche sono in gran parte guidate dallo stress del vento superficiale; quindi la circolazione atmosferica su larga scala è importante per comprendere la circolazione oceanica. La circolazione Hadley porta a venti orientali nei tropici e occidentali a medie latitudini. Ciò porta a rallentare il flusso verso l’equatore in gran parte di un bacino oceanico subtropicale (l’equilibrio di Sverdrup). Il flusso di ritorno si verifica in un intenso, stretto, poleward corrente di confine occidentale. Come l’atmosfera, l’oceano è molto più largo di quanto non sia profondo, e quindi il movimento orizzontale è in generale molto più veloce del movimento verticale. Nell’emisfero australe c’è una cintura continua di oceano, e quindi i venti occidentali a media latitudine costringono la forte corrente circumpolare antartica. Nell’emisfero settentrionale le masse terrestri impediscono questo e la circolazione oceanica si rompe in giroscopi più piccoli nei bacini Atlantico e Pacifico.
Effetto Coriolismodifica
L’effetto Coriolis provoca una deflessione dei flussi di fluido (a destra nell’emisfero settentrionale e a sinistra nell’emisfero meridionale). Questo ha effetti profondi sul flusso degli oceani. In particolare significa che il flusso gira intorno ai sistemi di alta e bassa pressione, permettendo loro di persistere per lunghi periodi di tempo. Di conseguenza, piccole variazioni di pressione possono produrre correnti misurabili. Una pendenza di una parte su un milione in altezza della superficie del mare, per esempio, si tradurrà in una corrente di 10 cm/s a medie latitudini. Il fatto che l’effetto di Coriolis sia maggiore ai poli e debole all’equatore provoca correnti di confine occidentali taglienti e relativamente stabili che sono assenti sui confini orientali. Vedi anche effetti di circolazione secondaria.
Ekman transportEdit
Ekman transport si traduce nel trasporto netto di acque superficiali 90 gradi a destra del vento nell’emisfero settentrionale e 90 gradi a sinistra del vento nell’emisfero meridionale. Mentre il vento soffia sulla superficie dell’oceano, “afferra” su un sottile strato di acqua superficiale. A sua volta, quel sottile strato d’acqua trasferisce l’energia del movimento al sottile strato d’acqua sottostante e così via. Tuttavia, a causa dell’effetto Coriolis, la direzione di marcia degli strati d’acqua si sposta lentamente sempre più a destra man mano che si approfondiscono nell’emisfero settentrionale e a sinistra nell’emisfero meridionale. Nella maggior parte dei casi, lo strato inferiore di acqua colpito dal vento si trova a una profondità di 100 m – 150 m e viaggia di circa 180 gradi, completamente opposto alla direzione in cui soffia il vento. Nel complesso, il trasporto netto di acqua sarebbe di 90 gradi dalla direzione originale del vento.
Circolazione di Langmuirmodifica
La circolazione di Langmuir provoca la comparsa di strisce sottili e visibili, chiamate andane sulla superficie dell’oceano parallele alla direzione in cui soffia il vento. Se il vento soffia con più di 3 m s−1, può creare andane parallele alternando upwelling e downwelling a circa 5-300 m di distanza. Queste andane sono create da celle d’acqua ovulari adiacenti (che si estendono fino a circa 6 m (20 ft) di profondità) alternando la rotazione in senso orario e antiorario. Nelle zone di convergenza si accumulano detriti, schiuma e alghe, mentre nelle zone di divergenza il plancton viene catturato e portato in superficie. Se ci sono molti plancton nella zona di divergenza i pesci sono spesso attratti da nutrirsi di loro.
Oceano–atmosfera interfaceEdit
l’oceano-atmosfera interfaccia, l’oceano e l’atmosfera di scambio di flussi di calore, umidità e quantità di moto.
Calore
I termini di calore importanti sulla superficie sono il flusso di calore sensibile, il flusso di calore latente, la radiazione solare in entrata e l’equilibrio della radiazione a onde lunghe (infrarossa). In generale, gli oceani tropicali tenderanno a mostrare un guadagno netto di calore, e gli oceani polari una perdita netta, il risultato di un trasferimento netto di energia polewards negli oceani.
La grande capacità termica degli oceani modera il clima delle aree adiacenti agli oceani, portando a un clima marittimo in tali luoghi. Questo può essere il risultato di accumulo di calore in estate e rilascio in inverno; o di trasporto di calore da luoghi più caldi: un esempio particolarmente notevole di questo è l’Europa occidentale, che è riscaldata almeno in parte dalla deriva del nord Atlantico.
Momentum
I venti superficiali tendono ad essere di ordine metri al secondo; correnti oceaniche di ordine centimetri al secondo. Quindi dal punto di vista dell’atmosfera, l’oceano può essere considerato effettivamente stazionario; dal punto di vista dell’oceano, l’atmosfera impone uno stress significativo del vento sulla sua superficie, e questo costringe correnti su larga scala nell’oceano.
Attraverso lo stress del vento, il vento genera onde superficiali oceaniche; le onde più lunghe hanno una velocità di fase tendente alla velocità del vento. La quantità di moto dei venti superficiali viene trasferita nel flusso di energia dalle onde superficiali dell’oceano. La maggiore rugosità della superficie dell’oceano, dalla presenza delle onde, cambia il vento vicino alla superficie.
Umidità
L’oceano può guadagnare umidità dalle precipitazioni o perderla attraverso l’evaporazione. La perdita per evaporazione lascia l’oceano più salato; il Mediterraneo e il Golfo Persico, ad esempio, hanno una forte perdita per evaporazione; il pennacchio risultante di acqua salata densa può essere rintracciato attraverso lo Stretto di Gibilterra nell’Oceano Atlantico. Un tempo, si credeva che l’evaporazione / precipitazione fosse uno dei principali motori delle correnti oceaniche; ora è noto per essere solo un fattore molto minore.
Onde planetariemodifica
Onde Kelvin
Un’onda Kelvin è qualsiasi onda progressiva che viene incanalata tra due confini o forze opposte (di solito tra la forza di Coriolis e una costa o l’equatore). Ci sono due tipi, costieri ed equatoriali. Le onde Kelvin sono guidate dalla gravità e non dispersive. Ciò significa che le onde Kelvin possono mantenere la loro forma e direzione per lunghi periodi di tempo. Di solito sono creati da un improvviso spostamento del vento, come il cambiamento degli alisei all’inizio dell’oscillazione El Niño-Sud.
Le onde Kelvin costiere seguono le coste e si propagano sempre in senso antiorario nell’emisfero settentrionale (con la costa a destra della direzione di marcia) e in senso orario nell’emisfero meridionale.
Le onde Kelvin equatoriali si propagano ad est negli emisferi settentrionale e meridionale, usando l’equatore come guida.
Le onde Kelvin sono note per avere velocità molto elevate, in genere intorno ai 2-3 metri al secondo. Hanno lunghezze d’onda di migliaia di chilometri e ampiezze nelle decine di metri.
Onde di Rossby
Le onde di Rossby, o onde planetarie, sono enormi onde lente generate nella troposfera dalle differenze di temperatura tra l’oceano e i continenti. La loro principale forza di ripristino è il cambiamento della forza di Coriolis con la latitudine. Le loro ampiezze d’onda sono di solito nelle decine di metri e lunghezze d’onda molto grandi. Di solito si trovano a basse o medie latitudini.
Esistono due tipi di onde di Rossby, barotropiche e barocliniche. Le onde barotropiche di Rossby hanno le più alte velocità e non variano verticalmente. Le onde barocliniche di Rossby sono molto più lente.
La caratteristica identificativa speciale delle onde di Rossby è che la velocità di fase di ogni singola onda ha sempre una componente verso ovest, ma la velocità di gruppo può essere in qualsiasi direzione. Di solito le onde di Rossby più corte hanno una velocità di gruppo verso est e quelle più lunghe hanno una velocità di gruppo verso ovest.
Clima variabilityEdit
L’interazione della circolazione oceanica, che serve come un tipo di pompa di calore, e gli effetti biologici quali la concentrazione di biossido di carbonio può causare cambiamenti climatici a livello globale su una scala di tempo di decenni. Le oscillazioni climatiche conosciute derivanti da queste interazioni includono l’oscillazione decadale del Pacifico, l’oscillazione nord atlantica e l’oscillazione artica. Il processo oceanico della circolazione termoalina è una componente significativa della ridistribuzione del calore in tutto il mondo e i cambiamenti in questa circolazione possono avere importanti impatti sul clima.
La Niña–El NiñoEdit
e
circumpolare Antartica waveEdit
Questo è un accoppiato oceano/atmosfera onda che circonda l’Oceano del Sud, circa ogni otto anni. Poiché si tratta di un fenomeno wave-2 (ci sono due picchi e due depressioni in un cerchio di latitudine) in ogni punto fisso nello spazio viene visto un segnale con un periodo di quattro anni. L’onda si muove verso est nella direzione della corrente circumpolare antartica.
Correnti oceanichemodifica
Tra le correnti oceaniche più importanti ci sono:
- Circumpolare Antartica Corrente
- Deep ocean (densità-driven)
- il confine Occidentale correnti
- Gulf Stream
- Corrente Kuroshio
- Labrador Corrente
- Oyashio Corrente
- Agulhas Corrente
- Brasile Corrente
- East Australia Corrente
- Confine Orientale correnti
- California Corrente
- Canarie Corrente
- Perù Corrente
- Corrente del Benguela
Antartic circumpolarEdit
Il corpo oceanico che circonda l’Antartico è attualmente l’unico corpo d’acqua continuo in cui vi è un’ampia banda di latitudine di acque libere. Interconnette gli oceani Atlantico, Pacifico e Indiano e fornisce un tratto ininterrotto per i venti occidentali prevalenti per aumentare significativamente le ampiezze delle onde. È generalmente accettato che questi venti prevalenti siano i principali responsabili del trasporto di corrente circumpolare. Questa corrente è ora pensato di variare con il tempo, possibilmente in modo oscillatorio.
Oceano profondomodifica
Nel Mare di Norvegia il raffreddamento evaporativo è predominante e la massa d’acqua che affonda, la 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 quindi lungo il confine occidentale dell’Atlantico con una parte del flusso che si muove verso est lungo l’equatore e poi verso i bacini oceanici. Il NADW è trascinato nella corrente circumpolare e può essere rintracciato nei bacini indiano e Pacifico. Il flusso dal bacino dell’Oceano Artico nel Pacifico, tuttavia, è bloccato dalle strette secche dello stretto di Bering.
Vedi anche marine geology about che esplora la geologia del fondo dell’oceano tra cui tettonica a placche che creano profonde trincee oceaniche.
Western boundaryEdit
Un bacino oceanico subtropicale idealizzato costretto dai venti che ruotano attorno a un sistema ad alta pressione (anticiclonico) come l’alto delle Azzorre-Bermuda sviluppa una circolazione girale con flussi lenti e costanti verso l’equatore all’interno. Come discusso da Henry Stommel, questi flussi sono bilanciati nella regione del confine occidentale, dove si sviluppa un sottile flusso veloce di polewards chiamato corrente di confine occidentale. Il flusso nel vero oceano è più complesso, ma la corrente del Golfo, Agulhas e Kuroshio sono esempi di tali correnti. Sono stretti (circa 100 km di diametro) e veloci (circa 1,5 m/s).
Le correnti di confine occidentali verso l’equatore si verificano in luoghi tropicali e polari, ad esempio le correnti della Groenlandia orientale e del Labrador, nell’Atlantico e nell’Oyashio. Sono costretti dalla circolazione dei venti intorno alla bassa pressione (ciclonica).
Corrente del Golfo
La corrente del Golfo, insieme alla sua estensione settentrionale, la corrente del Nord Atlantico, è una potente, calda e veloce corrente dell’Oceano Atlantico che ha origine nel Golfo del Messico, esce attraverso lo stretto della Florida e segue le coste orientali degli Stati Uniti e Terranova a nord-est prima di attraversare l’Oceano Atlantico.
Kuroshio
La corrente di Kuroshio è una corrente oceanica che si trova nell’Oceano Pacifico occidentale al largo della costa orientale di Taiwan e scorre verso nord-est oltre il Giappone, dove si fonde con la deriva orientale della corrente del Pacifico settentrionale. È analogo alla corrente del Golfo nell’Oceano Atlantico, trasportando acqua calda e tropicale verso nord verso la regione polare.