اقیانوس شناسی

اقیانوس شناسی (oceanography)
مطالعه و تحقیق دربارۀ اقیانوس ها و دریاها. شاخه های فرعی این علم عبارت اند از وسعت و عمق اقیانوس، خواص فیزیکی و شیمیایی آب آن، مطالعۀ حرکت آب، جریان ها، امواج، کِشَندها، زیست شناسی و جنبه های گوناگون استفاده انسان از اقیانوس. دیگر مباحث این علم عبارت اند از منشأ و توپوگرافی بستر اقیانوس، ازجمله ژرفناها و پشته های اقیانوسی حاصل از زمین ساخت صفحه ای، و فلات های قاره که بخش های زیر آب رفتۀ قاره هایند. اقیانوس ها حدود ۷۱ درصد از سطح زمین را دربر گرفته اند. نسبت خشکی به آب در نیمکرۀ شمالی دو به سه، و در نیمکرۀ جنوبی یک به۴.۷ است. عمق متوسط اقیانوس ها ۴هزار متر، و عمیق ترین مکان ژرفایابی شدۀ اقیانوس ژرفنای مینْدانائو در شرق فیلیپین، با عمقی معادل ۱۱,۵۲۴ متر است. این عمق را با کوه اورست به ارتفاعِ ۸,۸۴۸ متر مقایسه کنید. عمق حدود ۷۶ درصد از حوضه های اقیانوسی بین ۳ تا ۶ کیلومتر است و فقط یک درصد از این نواحی عمق بیشتری دارند. عمیق ترین بخش های اقیانوس بیش از همه جا در ژرفناهای اقیانوس آرام یافت می شوند. عمیق ترین بخش ژرفایابی شدۀ اقیانوس اطلس ژرفنای پوئرتوریکو با عمق ۹,۵۶۰ متر است. در برخی از حوضه های اقیانوسی، بستر دریا نسبتاً هموار است. مثلاً، دشت مُغاکیِ واقع در شمال غرب اقیانوس اطلس در فاصله ای بیش از ۱۰۰ کیلومتر فقط دو متر تغییر ارتفاع یافته است. با نزدیک شدن قاره ها، دشت مغاکی با کم شدن عمق به شیب قاره ای و سپس به فلات قاره تبدیل می شود. عرض فلات قاره به شدت متغیر است، اما عرض متوسطش ۶۵ کیلومتر و عمق متوسطش ۱۳۰ متر است. این نواحی از لحاظ ماهی گیری و ذخایر نفتی بسیار بااهمیت اند و اثر مهمی بر کِشَند محلی دارند. بنابر محاسبه ها، جرم اقیانوس ها حدود ۱میلیارد میلیارد تن، و متوسط چگالی شان۱.۰۴۵ گرم بر سانتی متر مکعب، و حرارت متوسط شان۳.۹ درجۀ سانتی گراد است. توزیع دما در اقیانوس ها سه لایۀ متمایز ایجاد کرده است. معمولاً از سطح تا عمقِ کمتر از ۵۰۰ متر، آب تقریباً به صورت یکنواخت گرم است. در لایه ای با عمق ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ متر، دما نسبتاً سریع کاهش می یابد و به حدود پنج درجۀ سانتی گراد می رسد. این لایه گرماشیبِ اصلی است و در زیر آن آب های اقیانوسی عمیق قرار دارد که در آن، دما نسبت به عمق به آهستگی کاهش می یابد. در عرض های جغرافیایی بالاتر، عمق لایۀ گرماشیب کم می شود و در مناطق زیرقطبی ستون آب یکپارچه سرد است. دما در زیر گرماشیبِ اصلی در سراسر اقیانو س ها نسبتاً یکنواخت است، اما دمای بالای گرماشیب به نسبتِ عرضِ جغرافیایی و جریان های غالب متغیر است. متوسط سالانۀ دمای سطح در نواحی استوایی حدود ۳۰ درجۀ سانتی گراد، و نزدیک قطبین حدود۱.۷ درجۀ سانتی گراد، برابرِ نقطۀ انجماد آب دریا، است. شوری آب دریا معمولاً با میزان نمکِ محلول در ۱۰۰ قسمت آب بیان می شود. میزانِ شوری متوسطِ آب اقیانوس ها، ۳۵ قسمت در هزار (پی پی تی) است. مناطقی با بارندگی فراوان، مانند نواحی استوایی، و مناطقِ با تبخیر کم یا با جریان ورودی آب شیرینِ فراوان شوری کمتری دارند. مثلاً، شوری دریای بالتیک اغلب کمتر از ۲۹ پی پی تی است. شوری آب مناطق دارای بادهای بسامان و شرایط واچرخندِ دایم بالاست. بالاترین شوری متعلق به دریاهای بسته است، ازجمله دریای مدیترانه، دریای سرخ و خلیج فارس. نکتۀ بسیار مهم این است که شوری عارضه ای سطحی است و با افزایش عمق آب به شدت کاهش می یابد. در بحرالمیت، آبِ رودخانه ها هزاران سال به داخل این دریاچۀ نسبتاً کوچک ریخته است، اما تبخیر به شدت بالاست و موجب شوری بسیار بالا، ۲۰۰ پی پی تی، شده است. فشار در هر عمق به وزن آب فوقانی و فشار جو وابسته است و به ازای هر دَه متر افزایش عمق، حدوداً یک اتمسفر افزایش می یابد. فشار در سطح دریا فقط به علت وزن جو است. بنابراین، در عمق ۴هزار متری، فشار ۴۰۰ اتمسفر و در بستر عمیق ترین ژرفنا های اقیانوسی، ۱۰۰۰ اتمسفر است. در چنین فشارهای بالایی هنوز گونه های حیات دریایی یافت می شود. چگالی نمونه ای از آب دریا به حرارت، شوری، و نهایتاً فشار آن بستگی دارد. افزایش شوری و فشار موجب افزایش چگالی و افزایش حرارت موجب کاهش چگالی می شود. محدودۀ چگالیِ اندازه گیری شدۀ آب دریا بسیار کم است و از حدود۱.۰۲۵ در سطح، تا حدود۱.۴۶ در عمق ۴هزار متری تغییر می کند که علت آن، تراکم پذیری ناچیز آب است. چگالی آب بسیار به حرارت وابسته است. بنابراین، توزیع چگالی در اقیانوس ها متناسب با تغییرات حرارت است. کمترین چگالی سطح در نواحی استوایی و میزان آن۱.۰۲۲ است. این مقدار در عرض های جغرافیایی بالاتر افزایش می یابد و به حدود۱.۰۲۶ در عرض ۶۰ درجۀ شمالی یا جنوبی می رسد. در مناطق پیراقطبی، چگالی ممکن است در ستون آب تقریباً یکنواخت باشد. تغییرات جزیی در میزان چگالی بر حرکات عمودی آب در اقیانوس ها و چرخشهای بزرگ مقیاس اثر می گذارد. جریان های اُقیانوسی به دو گروه تقسیم می شوند. جریان های بادرانده که عمدتاً افقی اند و چندصد متر بالای اقیانوس ایجاد می شوند، و جریان های گرماشور که براثر تغییرات چگالی آب دریا، به سبب تغییر در میزان شوری و دما، به وجود می آیند. این جریان ها عمدتاً عمودی اند و بر اقیانوس های عمیق تأثیر می گذارند. بادهای بسامان که در عرض های جغرافیایی کم از شرق، و در عرض های متوسط از غرب می وزند، همراه با اثر کوریولیس چرخاب عظیمی ایجاد می کند که در نیمکرۀ شمالی در جهت عقربه های ساعت، و در نیمکرۀ جنوبی در جهت عکس آن است. جریان های بازگشتی پیامدی، مانند گُلف استریم که از استوا به سمت قطبین جریان دارد، قدرت بسیار و عرض کمی دارند و در مرزهای غربی اقیانوس ها ایجاد می شوند. جریان های مشابه دیگر عبارت اند از جریان های مخالف غربی در امتداد استوا، جریان های سرد شمالی از قطب شمال، و جریان قوی پیراقطبیِ دور قطب جنوب که براثر بادهای چهلگان (بادهای غربی) پیش می روند. این جریان ها در اقیانوسِ هندِ شمالی پیچیده ترند و با بادهای موسمی تغییر جهت می دهند. رنگ اقیانوس و دریا انعکاسی از رنگ آسمان بر سطح آن است. نفوذ نور به درون اقیانوس اهمیت فوق العاده ای برای گیاهان دریایی، به خصوص پلانکتون ها، دارد. بنابراین، آن ها فقط می توانند در ۱۰۰ متر بالایی آب و، در آب های آلوده، حتی در اعماق کمتر از این زندگی کنند. میزان نوری که در هر عمقی از اقیانوس نفوذ می کند به ارتفاع خورشید، آب و هوا، مقتضیات سطحی آب، و آشفتگی آب بستگی دارد. نور خورشید فقط وقتی به مقدار زیاد در آب های سطحی نفوذ می کند که خورشید مستقیماً در بالا، و سطح آب آرام باشد. نوری که از سطح منعکس نشده باشد، حداکثر تا عمق ۱۵۰متری نفوذ می کند. همۀ رنگ های موجود در طیف نور به یک نسبت جذب اقیانوس نمی شوند، اشعۀ قرمز به سرعت جذب می شود، امّا نورهای آبی و بنفش بسیار آرام تر نفوذ می کنند. در آب های شفاف، مثلِ دریای ساراگوسا، نور بنفش ممکن است در عمق ۱۵۰متری با شدّت خیلی کم وجود داشته باشد. نمونۀ خوبِ جذب شدن نور در آب دریا، گروتو آبی در جزیره کاپری ایتالیا است. در این منطقه، همه چیز را نور آبیِ خالص پوشانده است. علت ایجاد این پدیده این است که نور ورودی به این غار زیرآبی ابتدا باید از سطح آبی عبور کند که دهانۀ ورودی را دربر گرفته است.صدا. سرعت حرکت امواج صوتی در زیر آب به چگالی وابسته است که خود به دما، شوری، و فشار بستگی دارد. در آبی با دمای صفر درجۀ سانتی گراد، شوری ۳۵ پی پی تی، و فشار یک اتمسفر، سرعت صوت حدود ۱,۴۴۵ متر بر ثانیه است. به ازای هر یک درجه افزایش دما سرعت صوت چهار متر، به ازای هر یک پی پی تی افزایش شوری، سرعت صوت۱.۵ متر، و به ازای هر دَه اتمسفر افزایش فشار سرعت صوت۱.۷ متر افزایش می یابد. وابستگی زیاد سرعت صوت به چگالی بدین معناست که توزیع سرعت صوت نشان دهندۀ سه منطقۀ عمودی گفته شده برای دما و چگالی است. زیرِ لایۀ آمیختۀ بالایی، سرعت صوت به نسبتِ عمق در ناحیه تغییرات شدید دما (گرماشیب) کاهش می یابد. در عمق حدود ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متر، میزان وابستگی سرعت به فشار عامل مهم تری است و سرعتِ انتشار به نسبتِ عمق افزایش می یابد. تغییرات در سرعت صوت منجر به ایجاد پدیدۀ انکسار می شود که براثر آن، جهتِ انتشار امواج صوتی عوض می شود. بنابراین، امواج صوتی که در عمق ۱۰۰۰متری یا بیشتر و با سرعتی نزدیک به کمترین سرعت صوت حرکت می کنند، متمایل به باقی ماندن در این عمق اند و گسترش انرژی در راستای عمودی به تراز اولیه بازگردانده می شود. این پدیده موجب ایجاد کانالی صوتی می شود که کانال سوفار نام دارد. حتی منابع صوتی بسیار کوچک، مانند اصوات نهنگ ها، از طریق کانال سوفار تا فواصل هزاران کیلومتری شنیده می شود. کانال صوتی مشابهی با نامِ مجرای صوتی سطحی ممکن است در شرایطی ایجاد شود که سرعت صوت، به نسبت عمق، درست زیر سطح افزایش یابد. نقاط حداکثر (پیک) در نیم رخ منحنی سرعت صوت منطقۀ سایه ایجاد می کنند، زیرا انرژی صوت در این منطقه از عمق به اطراف منکسر می شود. از امواج صوتی زیر آب برای اندازه گیری عمق اقیانوس به روش بازتاب صوتی استفاده می کنند. با این روش، توده های زیر آب نیز، مانند زیردریایی ها و دسته های ماهی ها، مشخص می شوند. محدودۀ دقت تعیین عمق با دستگاه های بازتاب صوتی به میزان اطلاع کاربر از سرعت صوت در هر منطقۀ مشخص بستگی دارد و تغییرات کوچک مقیاس در لایۀ آمیختۀ بالایی ممکن است در تفسیر منحنی های مربوطه مشکلاتی ایجاد کند.