Storyboard

>Modell

ID:(1532, 0)

Beschreibung

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Wenn man die Salinität und das Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung analysiert, lassen sich folgende Zusammenhänge feststellen:

A: In Gebieten, in denen es aufgrund einer höheren Verdunstungsrate im Vergleich zum Niederschlag zu einem stärkeren Wasserverlust kommt, wird eine höhere Salinität beobachtet. Dies liegt daran, dass bei der Verdunstung das Wasser verdunstet, während die darin enthaltenen Mineralien und gelösten Salze konzentriert zurückbleiben, was zu einer erhöhten Salinität in der Region führt. Diese Situation tritt häufig in ariden oder halbariden Gebieten auf, in denen die Verdunstung hoch und der Niederschlag begrenzt ist.

B: Andererseits wird in Gebieten, in denen der Niederschlag im Vergleich zur Verdunstung höher ist, eine geringere Salinität beobachtet. Dies liegt daran, dass der Regen frisches Wasser bringt, das die Salze verdünnt und die Konzentration der gelösten Mineralien im Boden und in den Gewässern verringert. Diese Gebiete sind in der Regel Regionen mit hohem Niederschlag oder in der Nähe von Süßwasserquellen wie Flüssen oder Seen.

Dieses Bild verdeutlicht die Beziehung zwischen Salinität und dem Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung. In Gebieten, in denen die Verdunstung den Niederschlag übersteigt, ist die Salinität tendenziell hoch, während in Gebieten, in denen der Niederschlag die Verdunstung übersteigt, die Salinität tendenziell niedrig ist.

Es ist wichtig zu beachten, dass auch andere Faktoren wie Geologie, Grundwasserzirkulation und Meeresströmungen die Salinität in bestimmten Regionen beeinflussen können. Das Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung ist jedoch ein entscheidender Faktor, um die Variationen der Salinität in verschiedenen Gebieten zu verstehen.

ID:(12370, 0)

Beschreibung

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Wenn Salinität und Temperaturen in verschiedenen Tiefen gemessen werden, zeigt sich (in diesem Fall bei einer Breitengrad von 9 Grad Süd), dass die Beziehung zwei Wendepunkte aufweist:

- Von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 800 m beobachtet man einen gleichzeitigen Anstieg von Temperatur und Salinität.
- Bei weiterem Abstieg bis zu einer Tiefe von 2000 m bleibt die Temperatur konstant, während die Salinität abnimmt.
- Jenseits von 2000 m steigen Temperatur und Salinität mit zunehmender Tiefe weiter an.

Interessanterweise liegen die 4 Grad, in denen dieses Verhalten auftritt, in dem Temperaturbereich, in dem Süßwasser seine maximale Dichte erreicht. Man kann daher den Bereich von 800 m bis 2000 m als eine Tiefe interpretieren, in der das Wasser 'Salz abgibt', ähnlich einem Phasenübergang. Um dieses Verhalten zu verstehen, muss man zuerst das Verhalten der Entropie analysieren.

ID:(12371, 0)

Gleichung

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Das Problem bei der Arbeit mit dem Volumen im Fall von Meerwasser ist, dass es von den Variationen in Temperatur, Salinität und Druck abhängt. Auf der anderen Seite ist die Masse weniger anfällig für diese Variationen, daher macht es Sinn, mit dem sogenannten spezifischen Volumen zu arbeiten, das durch die Division des Volumens $V$ durch die Masse $M$ berechnet wird:

$\displaystyle\frac{V}{M}$

Allerdings repräsentiert $M/V$ die Dichte, daher wird das spezifische Volumen definiert als:

$\alpha = \displaystyle\frac{1}{ \rho }$

Bedingungen

Variablen

$\rho$

Densidad

$kg/m^3$

9371

$\alpha$

Volumen especifico

$m^3/kg$

9396

Beziehung

ID:(11984, 0)

Gleichung

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Im Falle des Ozeans wird das Konzept des spezifischen Volumens $\alpha$ anstelle des thermischen Ausdehnungskoeffizienten $k_T$ verwendet. Daher ist es notwendig, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der normalerweise in Bezug auf die Volumenänderung definiert ist, in Bezug auf die Änderung des spezifischen Volumens umzuwandeln. Somit kann für eine Temperaturänderung $T$ der thermische Ausdehnungskoeffizient in Bezug auf das spezifische Volumen $\alpha$ wie folgt ausgedrückt werden:

$k_T =\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial T }\right)_{ p , S }$

Bedingungen

Variablen

$k_T$

Koeffizient der thermischen Ausdehnung

$1/K$

9361

$T$

Temperatura

$K$

9343

$\alpha$

Volumen especifico

$m^3/kg$

9396

$\alpha_0$

Volumen especifico base

$m^3/kg$

9397

Beziehung

Entwicklung

Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist definiert durch

$k_T = +\displaystyle\frac{1}{ V }\displaystyle\left(\displaystyle\frac{\partial V }{\partial T }\displaystyle\right)_ p$

Im Fall von ozeanischem Wasser arbeiten wir mit dem spezifischen Volumen

$\alpha = \displaystyle\frac{1}{ \rho }$

anstelle des Volumens $V$. Daher kann eine Variablentransformation durchgeführt werden, wodurch der thermische Ausdehnungskoeffizient wie folgt lautet:

$k_T =\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial T }\right)_{ p , S }$

.

ID:(11980, 0)

Gleichung

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Im Falle des Ozeans wird das Konzept des spezifischen Volumens $\alpha$ anstelle des Kompressibilitätskoeffizienten $k_p$ verwendet. Daher ist es notwendig, den Kompressibilitätskoeffizienten, der normalerweise in Bezug auf die Volumenänderung definiert ist, in Bezug auf die spezifische Volumenänderung umzuwandeln. Somit kann bei einer Druckänderung $p$ der Kompressionskoeffizient in Bezug auf das spezifische Volumen $\alpha$ wie folgt ausgedrückt werden:

$k_p = -\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial p }\right)_{ T , S }$

Bedingungen

Variablen

$k_p$

Compresividad isotermica

$1/Pa$

9363

$p$

Presión

$Pa$

9347

$\alpha$

Volumen especifico

$m^3/kg$

9396

$\alpha_0$

Volumen especifico base

$m^3/kg$

9397

Beziehung

Entwicklung

Der Kompressibilitätskoeffizient mit $k_p$ ist definiert durch

$k_p = -\displaystyle\frac{1}{ V }\displaystyle\left(\displaystyle\frac{\partial V }{\partial p }\displaystyle\right)_ T$

Im Fall von ozeanischem Wasser arbeiten wir mit dem spezifischen Volumen

$\alpha = \displaystyle\frac{1}{ \rho }$

anstelle des Volumens $V$. Daher kann eine Variablentransformation durchgeführt werden, wodurch der Kompressibilitätskoeffizient wie folgt lautet:

$k_p = -\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial p }\right)_{ T , S }$

.

ID:(11981, 0)

Gleichung

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Der Kontraktionskoeffizient aufgrund der Salinität sollte eine ähnliche Form wie die Kompressibilitäts- und thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Allerdings bezieht er sich nicht auf die Volumenänderung durch Druck oder Temperatur, sondern auf die Variation der Salinität.

Im Fall des Ozeans arbeiten wir mit dem spezifischen Volumen $\alpha$ anstelle des traditionellen Volumens $V$. Daher hat der Kontraktionskoeffizient folgende Form:

$k_i = -\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial i }\right)_{ p , T }$

Bedingungen

Variablen

$k_i$

Coeficiente de contracción halina

$-$

9360

$i$

Salinidad

$-$

9352

$\alpha$

Volumen especifico

$m^3/kg$

9396

$\alpha_0$

Volumen especifico base

$m^3/kg$

9397

Beziehung

Das negative Vorzeichen ist damit verbunden, dass eine Erhöhung der Salinität zu einer Erhöhung der Dichte führt. Allerdings ist das spezifische Volumen das Kehrwert der Dichte, und daher ist eine Zunahme der Dichte mit einer Verringerung des spezifischen Volumens verbunden.

ID:(11982, 0)

Gleichung

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Das spezifische Volumen $\alpha$ variiert in Abhängigkeit von den individuellen Änderungen der Temperatur $T$, Salinität $i$ und Druck $p$. Wenn wir davon ausgehen, dass die Gesamtänderung aufgrund gleichzeitiger Variationen mehrerer Variablen als Summe der einzelnen Änderungen ausgedrückt werden kann:

$\displaystyle\frac{ d\alpha }{ \alpha }= k_T dT - k_i di - k_p dp$

Bedingungen

Variablen

$k_i$

Coeficiente de contracción halina

$-$

9360

$k_p$

Compresividad isotermica

$1/Pa$

9363

$k_T$

Koeffizient der thermischen Ausdehnung

$1/K$

9361

$dp$

Variación de la presión

$Pa$

9388

$di$

Variación de la salinidad

$-$

9389

$dT$

Variación de la temperatura

$K$

9399

$d\alpha$

Variación del volumen especifico

$m^3/kg$

9398

$\alpha_0$

Volumen especifico base

$m^3/kg$

9397

Beziehung

Entwicklung

Die Variation der Temperatur $T$ wird durch die Gleichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten $k_T$ geregelt:

$k_T =\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial T }\right)_{ p , S }$

Die Variation der Salinität $i$ wird durch die Gleichung des Salzkonzentrationskoeffizienten geregelt:

$k_i = -\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial i }\right)_{ p , T }$

Schließlich wird die Variation des Drucks $p$ durch die Gleichung des Kompressibilitätskoeffizienten geregelt:

$k_p = -\displaystyle\frac{1}{ \alpha }\left(\displaystyle\frac{ \partial\alpha }{ \partial p }\right)_{ T , S }$

Daher kann die Gesamtvariation des spezifischen Volumens $\alpha$ als Summe der individuellen Variationen geschätzt werden:

$d\alpha = d\alpha_T + d\alpha_i +d\alpha_p$

Somit kann die Gesamtvariation verallgemeinert werden als:

$\displaystyle\frac{ d\alpha }{ \alpha }= k_T dT - k_i di - k_p dp$

ID:(11983, 0)