Cel Zaobserwowanie tworzenia się termokliny oraz dyfuzyjnego mieszania na granicy wód o różnej temperaturze. Wprowadzenie

Gęstość – parametr fizyczny mówiący o stosunku masy do objętości danej substancji. Na gęstość wody wpływa przede wszystkim temperatura. W przypadku wody morskiej, istotną rolę odgrywa również zasolenie czyli wielkość która mówi o masie soli w 1 kg wody morskiej [Wykres 1]

Woda o takiej samej temperaturze a różnym zasoleniu ma różną gęstość. Naturalne jest, że woda o większym zasoleniu ma większą gęstość, w związku z czym gromadzi się głębiej. W naturalnych zbiornikach takie zjawisko jest często obserwowane i powoduje kształtowanie się halokliny. Jest to warstwa nagłego skoku zasolenia co oznacza, że zasolenie wody bardzo szybko zmienia się wraz ze wzrostem głębokości. Jeśli zasolenie wzrasta w kierunku dna, to mamy do czynienia ze stabilnym uwarstwieniem mas wodnych [Wykres 2]. Zdarza się jednak, że obserwujemy występowanie gęstszych i cięższych warstw wody bliżej powierzchni. Może to być spowodowane różnymi czynnikami, ale zwykle nie jest to sytacja długotrwała, ponieważ układ dąży do osiągnięcia stanu stabilnego.

Kiedy się tworzy haloklina? Zasolenie mórz i oceanów zależy od wielu czynników, które mogą występować jednocześnie. Zmniejszanie zasolenia może być powodowane przez m.in. dostarczanie wody słodkiej z rzekami, topnienie lodu, a także opady deszczu lub śniegu. Natomiast wzrost następuje przy dużym nasłonecznieniu, kiedy słodka woda zaczyna intensywnie parować (wyparowuje tylko woda, a sól pozostaje). Dodatkowo w wyniku mieszania się wód zasolenie może się znacznie zmieniać. Morza takie jak Bałtyk, połączone są z oceanem tylko poprzez cieśniny, przez które następuje wymiana wód. To stosunkowo wąskie połączenie powoduje, że wyjątkowo wyraźnie widać co się dzieje, kiedy wody słodkie „spotykają” wody słone. Na skutek różnej gęstości, bardziej słone wody z oceanu płyną przy dnie, a lżejsze i słodsze wody morskie utrzymują się nad nimi. Mieszanie jest utrudnione, dlatego powstaje haloklina.
Potrzebne przedmioty:

•  Przezroczyste naczynie np. szklanka
• Woda
• Barwnik np. atrament, barwnik spożywczy
• Mieszadło np. łyżeczka, patyczek
• Sól kuchenna (NaCl) Obrazek po lewej stronie przedstawia przykładowy zestaw przedmiotów do wykonania doświadczenia

Przebieg doświadczenia:

1. Przygotowujemy 2 pojemniki z wodą o jednakowej temperaturze.

2. Do jednego z pojemników dodajemy barwnik i sól kuchenną (ok. pół łyżeczki) i dokładnie mieszamy. 3. Następnie słoną wodę delikatnie wlewamy do wody słodkiej. Najlepiej jest dolewać zabarwioną wodę po ściance lub użyć do tego celu mieszadła/łyżeczki.
4. Obserwujemy co dzieje się z zabarwioną wodą i jak zmienia się kolor wody w naczyniu.
Obserwacje

Chwilę po dolaniu słonej wody do słodkiej, woda słona zgromadziła się w dolnej części naczynia. Niewyraźna w pierwszej chwili granica zaczęła nabierać ostrości i być coraz lepiej widoczna. Stan ten ustabilizował się po kilku sekundach i nie widać było dalszych zmian. Wnioski Woda słona i słodka mają różną gęstość, co powoduje powstanie wyraźnej granicy między tymi warstwami - halokliny. W warstwach o dużej różnicy zasolenia mieszanie i wyrównanie stężenia soli w obu warstwach praktycznie nie zachodzi lub zachodzi w niewielkim stopniu. O ile tempearatura w naczyniu może się zmieniać w kontakcie z otoczeniem, to ilość soli w naczyniu się nie zmienia, dlatego wytworzona haloklina może się bardzo długo utrzymywać, podobnie jak haloklina występująca w zbiornikach naturalnych.

Dla ciekawych Zasolenie

Materiały współfinansowane przez Polską Akademię Nauk w ramach środków na działalność upowszechniającą naukę.