A sűrűséghajtotta óceáni vízkörzés és mélységi konvekció numerikus és laboratóriumi modellezése

Abstract

Bolygónk hőtranszportjának körülbelül felét az óceánok végzik. A Világóceán különböző medencéinek és rétegeinek vízcseréjét az úgynevezett nagy óceáni szállítószalag (Great Ocean Conveyor – GOC) biztosítja, mely összekapcsolja a felszíni, jellemzően meridionális hőfluxuskülönbség-hajtotta áramlásokat az ellenkező irányú aljzati visszaáramlással. A GOC hajtómotorja a lesüllyedés. A felszíni és a mélyóceán között csak akkor alakulhat ki vízcsere (Deep Water Formation, DWF), ha az óceáni medencének van olyan területe, ahol a felszíni víznek lehetősége van nagyobb sűrűséget elérni, mint a legalul lévő víztömegé. Ez a helyzet csak magas földrajzi szélességeken állhat elő, és csak az Atlanti-óceán északi és déli végén valósul meg ténylegesen. A dolgozatban bemutatott kutatás során azt a kérdést tettük fel, hogy ezeken a pontokon milyen felszíni hőfluxus-peremfeltételek mellett süllyedhet le az aljzatig az óceáni víztömeg. Továbbá próbára tettünk egy érdekes, újszerű feltevést. Azon észrevételünk alapján, hogy a lesüllyedési pontok olyan területeken helyezkednek el, melyek alatt az aljzati hőáram magasabb értékei fedezhetők fel (hot spotok, szubdukciós zónák mögött kialakuló vulkáni tevékenység), megvizsgáltuk, hogy ez mennyiben befolyásolhatja a mélységi átkeveredést. Numerikus szimulációk segítségével a lesüllyedési pontok alapvető fizikáját modelleztük. Ennek során egy kádat vizsgáltunk, melynek felszínén és oldalfalain különböző hőmérséklet-eloszlásokhoz relaxáltattuk a rendszert. Sikerült igazolnunk, hogy a hideg és meleg oldal (a természeti analógiában a pólus és az Egyenlítő) közötti hőmérsékletkülönbségre a rendszer rendívül érzékeny. Ezek után aljzati hőforrás módosító hatásait vettük szemügyre. Megmutattuk, hogy a magasabb hőmérséklettel rendelkező aljzati pontok fölött létrejövő turbulens keverés segítheti a víz teljes lesüllyedését, vagyis már kisebb meridionális hőmérsékletkülönbség mellett létrejöhet a teljes mélységi átkeveredés. Következtetéseink alapján laboratóriumi kísérletekben megfigyeltük a két konvekciós állapotot, ezzel kvalitatíve ellenőrizve a numerikus modell egyes eredményeit.