Т, S-диаграмма
Построим Т, S-кривую, используя миллиметровку (рисунок 9.1). По вертикальной оси будем откладывать значения солености в частях на тысячу (промилле), взяв в качестве диапазона реальных изменений солености в океанах интервал от 30 до 35‰; по горизонтальной оси мы нанесем значения температуры в интервале от -2 до 24 °С. Поскольку плотность воды почти целиком зависит от температуры и солености, каждая точка на плоскости будет соответствовать определенному значению плотности.
Рисунок 9.1. Т, S-диаграмма. Позволяет определить плотность морской воды по известным значениям температуры и солености. Например, вола с температурой 19.0 °С и соленостью 31‰ имеет плотность 1,02200 г/см3 (δt = 22). Кривые — семейство изолиний плотности, охватывающее диапазон значений температуры и солености, характерный для морской воды в реальных условиях.
Метод Т, S-диаграмм основан на расчете плотности воды по парам значений Т и S с использованием эмпирической формулы.
Формула составлена так, что охватывает все возможные комбинации Т и S, встречающиеся в океанах. По рассчитанным значениям плотности на плоскости в координатах (Т, S) строится семейство кривых — изолиний плотности. На рисунок 9.1 каждая из этих кривых соответствует определенному значению плотности, выражаемому в единицах δt (тех, что были использованы при анализе данных гидрологической станции в главе Два океанологических рейса), но сама плотность обозначается ρ; например, на рисунке 9.1 кривая с δt = 22 отвечает плотности ρ = 1,02200 г/см3.
Процедура построения Т, S-кривых в некоторой степени позволяет понять особенности изменчивости океанов.
1. Линии постоянной плотности суть кривые; это свидетельствует о том, что с изменением Т и S плотность воды меняется нелинейно. Отмеченная особенность связана с двумя фундаментальными физическими параметрами воды, указанными в таблице 6.1: ее коэффициентом теплового расширения и растворяющей способностью. В большей степени на кривизну линий постоянной плотности влияет нелинейность коэффициента теплового расширения.
Характер искривления изолиний плотности указывает на то, что изменения температуры слабо влияют на плотность очень холодной воды. Например, точка А типична для Т, S- характеристик поверхностной воды в Арктике; поскольку вблизи точки А изолинии плотности идут почти вертикально, значительные изменения температуры приводят лишь к небольшим изменениям плотности воды. Так мы приходим к важному выводу: в полярных широтах на динамику океанских вод влияют лишь изменения солености.
Точка В находится в области таких значений Т и S, которые характерны для поверхностных вод тропического региона. Здесь изменения плотности воды зависят от изменений и температуры, и солености, поэтому в низких широтах динамика океана определяется изменениями обеих характеристик.
2. Прямая XY на рисунке 9.1 иллюстрирует другую нелинейную особенность морской воды. Предположим, мы взяли пробы воды равного объема с характеристиками, соответствующими точкам X и Y. Плотность воды в обеих этих пробах одинакова, хотя и температура, и соленость различаются. Если теперь мы смешаем две пробы в сосуде большего объема, то получим смесь с характеристиками, соответствующими точке Z, т. е. с температурой и соленостью — средними между значениями в точках X и Y. Однако плотность смеси окажется на целых 0,2 ед. δt больше, чем плотность каждой пробы в отдельности. Какое значение имеет этот результат? Из него следует, что в океане два объема с различными Т, S - характеристиками могут сблизиться, перемешаться и быстро утонуть. Ниже мы остановимся на этом подробнее.