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 двойной диффузии.

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.

Теория образования солевых пальцев была предложена в 1960 году Малвином Штерном (Melvin Stern)^[1]. Полевые измерения были проведены Раймондом Шмиттом (Raymond Schmitt)^[2] из Вудсхольского Океанологического Института, Майком Греггом (Mike Gregg)^[3] и Эриком Кунзе (Eric Kunze)^[4] 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.

1. ↑ Stern, Melvin E., (1960). The «salt-fountain» and thermohaline convection. Tellus, 12,172-175
2. ↑ Schmitt, Raymond W. The Ocean’s Salt Fingers. Scientific American, May 1995, pp. 70-75.
3. ↑ 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.
4. ↑ Kunze, Eric, (1987). Limits on growing, finite-length salt fingers: A Richrdson number constraint. Journal of Marine Research., 45, 533—556.

• Роберт Стюарт. Введение в физическую океанографию. Глава 8. Уравнение движения с трением. — 2005. Архивная копия от 3 января 2011 на Wayback Machine
• Кириллов С.А. Термохалинные интрузии в северной части моря Лаптевых и их вклад в процессы вертикального тепло- и солеобмена. — СПб., 2007. Архивная копия от 9 сентября 2010 на Wayback Machine

• Лаговский В. “Большая ложка природы”. Наука и жизнь, 1978, №4.

• Солёностные пальцы