Interested Article - Солевые пальцы

Солевые пальцы — это явление парадоксального перемешивания морской воды в ситуации, когда распределение солёности и температуры по глубине является гравитационно устойчивым, и неустойчивость Рэлея — Тейлора развиваться не может. Приводящая к перемешиванию неустойчивость возникает за счёт того, что диффузия соли идёт медленнее по сравнению с теплопроводностью . Это явление представляет собой частный случай .

Механизм образования

Рассмотрим ситуацию, в которой более тёплая и солёная вода находится над более холодной и пресной водой, причём наверху плотность воды ниже, чем внизу. На первый взгляд, это состояние является гравитационно устойчивым. Однако пусть небольшой объём тёплой солёной воды переместится вниз, в более холодную и пресную область. Температура этого объёма за счёт теплообмена понизится быстрее, чем концентрация соли в нём — за счёт диффузии. Таким образом, он станет плотнее окружающей воды и продолжит погружаться дальше. Подобным образом небольшой объём холодной пресной воды, перемещённый кверху, получит тепло за счёт теплообмена быстрее, чем в него диффундирует соль, что сделает его легче, и он продолжит всплывать.

Можно описать развитие этой неустойчивости и иначе. Тепло распространяется от верхних слоёв воды к нижним гораздо быстрее, чем соль диффундирует от нижних слоёв к верхним. В результате нагрева нижних холодных слоёв их плотность уменьшается до такой степени, что она становится меньше плотности верхних тёплых слоёв (которые к тому же охлаждаются, что увеличивает их плотность). Так возникает инверсное распределение плотности, которое приводит к развитию неустойчивость Рэлея — Тейлора .

История открытия

Теория образования солевых пальцев была предложена в 1960 году Малвином Штерном ( Melvin Stern ) . Полевые измерения были проведены Раймондом Шмиттом ( Raymond Schmitt ) из Вудсхольского Океанологического Института, Майком Греггом ( Mike Gregg ) и Эриком Кунзе ( Eric Kunze ) из Университета Вашингтона, Сиэтл.

Интересная область, в которой наблюдаются солевые пальцы, находится в Карибском море , где образуется «ступенчатая» вертикальная структура воды, в которой чередуются хорошо перемешанные слои толщиной несколько метров, простирающиеся по горизонтали на сотни километров.

Примечания

Stern, Melvin E., (1960). The «salt-fountain» and thermohaline convection. Tellus, 12,172-175
Schmitt, Raymond W. The Ocean’s Salt Fingers. Scientific American, May 1995, pp. 70-75.
Gregg, M.C., (1988). Mixing in the thermohaline staircase east of Barbados. In Small Scale Turbulence and Mixing in the Ocean, eds. J.C.J. Nihoul and B.M. Jamart, Elsevier Oceanograohy Ser., 46, 453—470.
Kunze, Eric, (1987). Limits on growing, finite-length salt fingers: A Richrdson number constraint. Journal of Marine Research., 45, 533—556.