g 3.3 Chỉ số hấp thụ của nước tinh khiết đối với cácb ước són khác nhau
4.1. Khái niệm về xáo trộn
Chỉ có chất lỏng lí tưởng ở trạng bất động hoàn toàn mới không có xáo trộn. Trong nước biển thực tế luôn diễn ra sự xáo trộn, vì có những quá trình liên tục tác động làm biến đổi sự phân bố các đặc trưng lý - hóa của nước trong phương thẳng đứng và phương ngang. Đó là các quá trình hấp thụ và bức xạ nhiệt, bốc hơi, giáng thủy, dòng nước lục địa, đóng và tan băng, sóng gió v.v...
Rõ ràng cường độ của các quá trình này không giống nhau ở các vùng
đại dương và tại các độ sâu khác nhau. Điều đó gây nên sự bất đồng đều trong phân bố các đặc trưng vật lý và do đó xuất hiện các građien theo phương ngang và phương thẳng đứng. Đồng thời với các građien xuất hiện, lại có những quá trình khác có xu hướng san bằng các đặc trưng vật lý và được gọi là sự xáo trộn.
Trong trường hợp tổng quát người ta phân biệt ba dạng xáo trộn: phân tử, rối và đối lưu, mặc dù giữa hai dạng cuối sự khác biệt ở một mức độ nhất định chỉ có tính chất qui ước.
Xáo trộn phân tử là do chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các phân tử gây nên, những phân tử xâm nhập từ lớp này sang lớp khác và san bằng các tính chất vật lý trên tất cả các hướng. Xáo trộn phân tử mang đặc điểm vi mô của chuyển động Braonơ hay chuyển động phân lớp của chất lỏng. Do khối lượng các phân tử rất nhỏ và quãng đường chuyển động tự do của chúng ngắn, nên trong đại dương xáo trộn phân tử hoàn toàn không đáng kể so với những dạng xáo trộn khác.
Xáo trộn rối được hiểu là một quá trình vật lý xuất hiện trong chuyển động hỗn loạn của chất lỏng và kèm theo các thăng giáng ngẫu nhiên của các trường thủy động lực (vận tốc, áp suất, nhiệt độ v.v...). Khác với quá trình khuếch tán phân tử, trong xáo trộn rối tham gia vào chuyển động ngẫu nhiên không phải các phân tử riêng lẻ, mà là những thể tích chất lỏng lớn hơn, do đó cường độ xáo trộn tăng lên rất nhiều.
Đối với chất lỏng đồng nhất, chuyển động phân lớp sẽ chuyển sang chuyển động rối khi số Reinolds Re đạt giá trị tới hạn
lV
cr
Re ,
trong đó l kích thước đặc trưng của dòng chuyển động, V tốc độ chuyển động trung bình của dòng, hệ số nhớt phân tử động lực học.
Nhờ thí nghiệm trong ống khí động lực đã xác lập được giá trị tới hạn 000
2 . Nếu kích thước phương ngang của dòng chấp nhận bằng 10 m, Recr
thì với 00150, kg/(m.s) Recr đạt được tại tốc độ dòng m/s và nếu kích thước ngang bằng 100 m thì số Reinolds đạt giá trị tới hạn khi
5
10 3
V m/s. Vì tốc độ các dòng chảy thực trong đại dương và các biển cao hơn nhiều so với những giá trị vừa nêu, nên trong tự nhiên chuyển động hầu như luôn luôn có đặc điểm rối chứ không phải là phân lớp.
4
10 3
V
Xáo trộn rối có thể diễn ra trên hướng thẳng đứng và hướng ngang. Và ở đây điều kiện cần cho nó là phải tồn tại các građien tốc độ trên các hướng đó.
Xáo trộn rối dẫn đến san bằng những bất đồng nhất của các trường hải dương học. Tuy nhiên, sự san bằng diễn ra không như nhau đối với mọi tính chất. Thật vậy, dẫn nhiệt rối xảy ra nhanh hơn so với khuếch tán muối. Vì vậy, cùng là những bất đồng nhất như nhau nhưng trong trường nhiệt độ thì sẽ bị san bằng và biến mất nhanh hơn so với trong trường độ muối, ở đây những dấu vết rối có thể được bảo tồn trong khoảng thời gian dài hơn. Những dấu vết này đã được Nasmith gọi một cách hình tượng là rối “hóa thạch” hay rối “tàn dư”.
Xáo trộn đối lưu (tự do) - đó là sự xáo trộn trên phương thẳng đứng do mật độ nước giảm theo độ sâu và không phụ thuộc các lớp xáo trộn có ở trong trạng thái chuyển động hay không. Nguyên nhân chính hình thành đối lưu là mật độ lớp mặt tăng lên do ảnh hưởng của quá trình nguội lạnh hoặc mặn hóa.
Trong số các dạng xáo trộn trên đây thì xáo trộn rối có ý nghĩa lớn nhất trong điều kiện tự nhiên, nó phổ biến toàn cầu do hệ quả tác động không ngừng của gió lên mặt đại dương. Xáo trộn đối lưu chỉ có thể phát triển mạnh mẽ trong thời kì nguội lạnh thu đông ở những vùng vĩ độ trung bình và vĩ độ cao. Xáo trộn phân tử, như đã nhận xét ở trên, không đáng kể và người ta chỉ tính đến nó khi xem xét cấu trúc tinh của đại dương, nghiên cứu lớp màng bề mặt hay một số quá trình thủy sinh.