Loading article…
サーモクライン（湖沼では温水層またはメタリムニオンとも呼ばれる）は、大きな流体塊（海洋や湖沼の水、または大気などの空気）内の温度に基づいた明確な層であり、深さに応じて明確な温度差の急勾配がある。海洋では、サーモクラインが上部の混合層とその下の静かな深層水を分けている。[1]
サーモクラインはその季節、緯度、風による乱流混合に大きく依存し、発生する水域の半永久的な特徴となる場合もあれば、昼夜の表面水の放射加熱/冷却などの現象に応じて一時的に形成される場合もあります。サーモクラインの深さと厚さに影響を与える要因には、季節による天候の変化、緯度、潮汐や海流などの地域的な環境条件などがあります。
海洋
地球に当たる太陽光の熱エネルギーのほとんどは、海面の最初の数センチメートルで吸収され、日中は海面が熱くなり、夜間は放射によって熱エネルギーが宇宙に失われるため冷えます。波は表層近くの水を混ぜ、深層水に熱を分配します。そのため、波の強さや海流による表面の乱流の有無に応じて、水深100メートル（330フィート）以上の水温は比較的均一になります。この混合層の下では、昼夜を問わず温度は比較的安定しています。深海の温度は深さとともに徐々に低下します。塩水は-2.3℃（27.9℉）に達するまで凍結しないため（深さと圧力が増すほど温度は低くなります）、表面よりかなり下の水温は通常0度からそれほど離れていません。[2]
サーモクラインの深さは様々です。熱帯地方では半永久的ですが、温帯地方では変化し、極地では浅いか全く存在しません。極地では水柱は表面から底まで冷たいのです。[3]海氷の層は断熱ブランケットの役割を果たします。世界初の正確な測定は、 HMSチャレンジャー号の海洋学探検中に行われました。[4]
外洋では、サーモクラインは負の音速勾配を特徴としており、アクティブソナーやその他の音響信号を反射できるため、潜水艦戦ではサーモクラインが重要になります。これは、密度の急激な変化によって生じる水の音響インピーダンスの不連続性に起因します。
スキューバ ダイビングでは、2 つの水域の間で、水温が急激に数度低下するサーモクライン (水温躍層) が観察されることがあります。たとえば、湧昇する冷たい水が表層の暖かい水に流れ込む場合などです。水は、視界を遮るために浴室の窓でよく使われる、しわが寄ったガラスのように見えますが、これは冷たい水柱や暖かい水柱の屈折率の変化によって生じます。同じシュリーレン現象は、空港や砂漠の道路の滑走路から熱い空気が上昇するときにも観察され、蜃気楼の原因となります。
サーモクライン季節性
海洋のサーモクラインはその深さと強さが季節によって変化する。[3]これは特に中緯度で顕著で、冬には混合層が厚くなり、夏には混合層が薄くなる。[5]冬の気温が低いとサーモクラインはさらに深くまで下がり、夏の気温が上がるとサーモクラインは上層に戻る。熱帯や亜熱帯の地域では、他の地域よりも夏にサーモクラインがさらに薄くなることがある。[5]極地などの高緯度では、表層水がより暖かいため、恒久的なサーモクラインよりも季節的なサーモクラインが多くなる。[5]これは代わりに二色温暖層がある地域である。
北半球では、地表の最高気温は8月から9月にかけて、最低気温は2月から3月にかけて続き、総熱量は3月に最低になります。[5]これは、季節的なサーモクライン（水温躍層）が寒い月の間に崩壊した後、再び形成され始めるときです。
恒久的なサーモクラインとは、季節の影響を受けず、年間混合層の最大深度より下にあるサーモクラインである。[6]
その他の水域
湖でもサーモクラインが見られます。寒冷な気候では、これが成層化と呼ばれる現象につながります。夏の間、密度の低い暖かい水は、より冷たく密度が高く深い水の上にあり、サーモクラインによって分離されます。暖かい層は表層水層、冷たい層は深層水層と呼ばれます。暖かい水は日中太陽にさらされるため、安定したシステムが存在し、特に穏やかな天候では、暖かい水と冷たい水が混ざることはほとんどありません。
.svg/500px-Lake_Stratification_(11).svg.png)
スケールは、成層の各セクションを対応する深さと温度に関連付けるために使用されます。矢印は、水面上の風の動きを示すために使用され、これにより表層水と深層水が入れ替わります。
この安定性の結果として、夏が過ぎるにつれ、躍層下の水が表面に循環せず、水中の生物が利用可能な酸素を枯渇させるため、躍層下の酸素はますます少なくなります。冬が近づくと、夜間の冷却が熱伝達を支配するため、表層水の温度が下がります。冷却する表層水の密度が深層水の密度よりも高くなる点に達し、密度の高い表層水が重力の影響で下方に移動し、反転が始まります。このプロセスは、風や水をかき混ぜるその他のプロセス (たとえば海流) によって促進されます。この効果は北極海や南極海でも発生し、酸素は少ないものの、元の表層水よりも栄養分が多い水が表面に上がります。表面の栄養分が豊かになると、植物プランクトンが大量発生し、これらの地域が生産的になります。
気温が下がり続けると、表面の水が凍るほど冷たくなり、湖や海が氷結し始めます。最も密度の高い水 (4 °C (39 °F)) が下に沈み、密度の低い水 (氷点に近づいている水) が上に上がる新しいサーモクラインが発生します。この新しい成層が確立されると、氷が溶けて表面水温が 4 °C に上昇した後に発生する「春のターンオーバー」に十分な温度になるまで、この成層は続きます。この遷移中に、サーマル バーが発生する場合があります。
サーモクライン上で波が発生すると、1 か所で測定されたサーモクラインの深さが振動します (通常はセイシュの形で)。あるいは、隆起した底部の流れによって波が誘発され、時間とともに変化しないサーモクライン波が生成されますが、流れに逆らって移動すると深さが変わります。
雰囲気
対流圏（下層大気）と成層圏（上層大気）の間の温度境界はサーモクラインである。気温は高度とともに低下するのが一般的だが、日中の太陽熱は夜間に放出され、地上に暖かい領域ができ、上空は冷たい空気になる。これは逆転層（サーモクラインのさらなる例）として知られている。日の出時には、太陽のエネルギーが地面を温め、暖まった空気が上昇し、逆転層が不安定になり、最終的には逆転する。この現象は1960年代に騒音公害研究の分野に初めて応用され、都市高速道路や防音壁の設計に貢献した。[7]
参照
- 水温計 – 水温と水圧を検出する装置
- 熱塩循環 – 大規模な海洋循環の一部
- 人工湧昇 – 風によって海水が動く海洋現象
- 浮力 – 液体に浸された物体の重さに対抗する上向きの力
- SOFAR チャネル(深海音響チャネルとも呼ばれる) – 音速が最小となる深さの海洋の水平水層
- 湖の成層化 – 湖の水が明確な層に分かれること
- 防音壁 – 大きな音が漏れるのを防ぐために使用されるインフラストラクチャの外部構造
- 南方振動 – 周期的に変動する気候現象
- 薄層（海洋学）
参考文献
- ^ ブリタニカ百科事典編集部。「サーモクライン」。ブリタニカ百科事典。 2023年6月16日閲覧。
- ^ 「海水の温度」。宇宙への窓。大気研究大学協会。2001年8月31日。2010年3月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年12月27日閲覧。
- ^ ab 「サーモクラインとは何か？」アメリカ海洋大気庁。 2021年10月9日閲覧。
- ^ Aitken, Frédéric; Foulc, Jean-Numa (2019).海洋循環に関するHMSチャレンジャー号の物理的測定値の発見。深海から実験室へ。第2巻。ロンドン：ISTE。doi ： 10.1002/ 9781119584896。ISBN 978-1-78630-375-2.S2CID 182882300 。
- ^ abcd Talley, Lynne D.; Pickard, George L.; Emery, William J.; Swift, James H. (2011).記述的物理海洋学：入門（第6版）アムステルダム：Academic Press. ISBN 978-0-08093-911-7. OCLC 784140610.
- ^ 「サーモクライン」。AMS気象用語集。アメリカ気象学会。2012 年 1 月 26 日。2023年 3 月 11 日閲覧。
- ^ Hogan, C. Michael (1973 年 9 月). 「高速道路の騒音の分析」.水、空気、土壌汚染. 2 (3): 387– 392. Bibcode :1973WASP....2..387H. doi :10.1007/BF00159677. S2CID 109914430.