Jak powstają fale 500-metrowej wysokości?

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Jedne z najwyższych fal powstających na oceanach są niewidoczne dla przeciętnego człowieka. W przeciwieństwie do innych nie widać ich na powierzchni. Są to bowiem tzw. fale wewnętrzne, które mogą osiągać wysokość do 500 metrów. Ich wykrycie jest możliwe dzięki obserwacjom satelitanym lub skomplikowanemu sprzętowi monitorującemu. Fale wewnętrzne, a długość ich liczona jest niejednokrotnie w setkach kilometrów, mają kolosalne znacznie dla wymiany ciepła w oceanach, a co za tym idzie, dla klimatu.

Jako, że fale wewnętrzne są słabo zbadane, większość modeli klimatycznych ich nie uwzględnia. Jeśli chcemy mieć coraz bardziej precyzyjne modele klimatyczne, musimy nauczyć się, w jaki sposób powstają fale wewnętrzne i z jakimi procesami są związane - mówi Tom Peacock z Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Peacock wraz z kolegami postanowili skupić się na falach wewnętrznych powstających w liczącej 250 kilometrów szerokości Cieśninie Luzon, która oddziela Tajwan i Filipiny. To właśnie w niej powstają najprawdopodobniej najwyższe, sięgające 500 metrów, fale wewnętrzne.

Peacock i współpracujący z nim uczeni z Woods Hole Oceanographic Institution zwrócili się o pomoc do francuskiego Narodowego Centrum Badań Nakowych, które dysponuje urządzeniem zwanym Platformą Coriolisa. To mierząca 15 metrów średnicy platforma, która obraca się z różną prędkością i symuluje ruch obrotowy Ziemi. Platforma wyposażona jest w ściany, dzięki czemu można napełnić ją wodą i symulować zjawiska zachodzące w oceanach.

Amerykańscy uczeni najpierw zbudowali z włókna węglowego precyzyjny model Cieśniny Luzon. Uwzględniał on zarówno znajdujące się w niej wyspy jak i topografię dna. Następnie wypełniono platformę wodą o różnym zasoleniu, co odpowiadało wodzie różnej gęstości, jaka wstępuje w Cieśninie. Gęstsza, bardziej zasolona woda znajduje się niżej, lżejsza, z mniejszą ilością soli, wyżej. Do wody dodano specjalne cząsteczki, które były podświetlane od dołu i pozwalały śledzić ruch cieczy. Następnie zasymulowano ruch wody i obserwowano, w jaki sposób powstają fale wewnętrzne.

Z symulacji wynika, że za powstawanie fal wewnętrznych odpowiedzialna jest sama topografia Cieśniny. Powoduje ona, że zimna, bardziej zasolona woda jest wypychana do góry. Faluje sama, wywołując falowanie lżejszych warstw wody. W miarę zbliżania się do wybrzeża fale stają się coraz bardziej strome, aż załamują się po dotarciu do szelfu kontynentalnego. To wskutek uderzeń fal w szelf kontynentalny dochodzi do mieszania się wody, kiedy to zimna woda wypływa na powierzchnię, a ciepła trafia w głąb oceanu. Zjawisko to prowadzi nie tylko do wymiany ciepła i mieszania się wód o różnym zasoleniu, ale także dostarcza składniki odżywcze żyjącym w okolicy organizmom.

Naukowcy opracowali model matematyczny opisujący fale wewnętrzne. Jest on co prawda specyficzny dla Cieśniny Luzon, jednak pozwoli zrozumieć, jak powstają one w innych częściach planety. Takie dane można będzie też włączyć do modeli klimatycznych, zwiększając tym samym ich skuteczność.

« powrót do artykułu