Войти
Морские брызги, образующиеся при разбеге поверхностных волн Морские брызги относится к аэрозольным частицам, которые образуются непосредственно из океана, в основном в результате выброса в атмосферу в результате лопания пузырьков на границе раздела воздух-море. Морские брызги содержат как органические вещества, так и неорганические соли, которые образуют аэрозоль морской соли (SSA). SSA имеет способность образовывать облачные ядра конденсации (CCN) и удалять антропогенные аэрозольные загрязнители из атмосферы. Морские брызги прямо (и косвенно, через SSA) ответственны за значительную степень потоков тепла и влаги между атмосферой и океаном, влияя на глобальные климатические модели и интенсивность тропических штормов. Морские брызги также влияют на рост растений и распространение видов в прибрежных экосистемах и усиливают коррозию строительных материалов в прибрежных районах.
Связь между морской пеной и образованием морских брызг. Темно-оранжевая линия указывает на процессы, общие для образования как морских брызг, так и морской пены. Когда ветер, белые шапки и прибойные волны смешивают воздух с морской поверхностью, воздух группируется, образуя пузыри, плавает на поверхность и взрывается на границе раздела воздух-море. Когда они лопаются, они выпускают до тысячи частиц морских брызг, размер которых варьируется от нанометров до микрометров, и их можно выбросить на расстояние до 20 см от поверхности моря. Капли пленки составляют большую часть частицы меньшего размера, созданные первоначальным взрывом, в то время как капли струи образуются в результате схлопывания пузырьковой полости и выбрасываются с поверхности моря в виде вертикальной струи. В ветреную погоду капли воды механически отрываются от гребней прибойных волн. Капли морских брызг, образующиеся с помощью такого механизма, называются каплями брызг и обычно имеют больший размер и меньшее время пребывания в воздухе. При ударе падающих волн о поверхность моря также образуются морские брызги в виде капель брызг . Состав морских брызг зависит в первую очередь от состава воды, из которой они производятся, но в целом представляет собой смесь солей и органических веществ. Несколько факторов определяют поток морских брызг, особенно скорость ветра, высоту волн, период волн, влажность и перепад температур между атмосферой и поверхностными водами. Таким образом, производство и скорость распределения SSA по размерам чувствительны к состоянию перемешивания. Менее изученная область образования морских брызг - это образование морских брызг в результате воздействия капель дождя на поверхность моря.
В дополнение к местным условиям, которые влияют на морские брызги. образование, существуют также последовательные пространственные закономерности в производстве и составе морских брызг. Поскольку морские брызги образуются, когда воздух смешивается с океаном, градиенты формации устанавливаются турбулентностью поверхностной воды. Волны вдоль прибрежных берегов, как правило, являются местом наибольшей турбулентности, поэтому здесь наибольшее количество брызг с моря. Частицы, образующиеся в турбулентных прибрежных зонах, могут перемещаться по горизонтали на расстояние до 25 км в пределах пограничного слоя планеты. По мере удаления от берега производство морских брызг снижается до уровня, который поддерживается почти исключительно белыми шапками. Доля площади поверхности океана, которая достаточно турбулентна, чтобы производить значительные морские брызги, называется фракцией белой шапки. Единственный другой механизм образования морских брызг в открытом океане - это прямое воздействие ветра, когда сильные ветры фактически нарушают поверхностное натяжение воды и поднимают частицы в воздух. Однако частицы морской воды, образующиеся таким образом, часто бывают слишком тяжелыми, чтобы оставаться взвешенными в атмосфере, и обычно осаждаются обратно в море в пределах нескольких десятков метров транспорта.
Во время В зимние месяцы в океане обычно наблюдаются штормовые и ветреные условия, которые приводят к большему затоплению моря воздухом и, следовательно, увеличению количества брызг. Более спокойные летние месяцы приводят к снижению общего количества брызг. Во время пика первичной продуктивности летом повышенное содержание органического вещества на поверхности океана приводит к последующему увеличению количества морских брызг. Учитывая, что морские брызги сохраняют свойства воды, из которой они были получены, состав морских брызг сильно меняется в зависимости от сезона. Летом растворенный органический углерод (DOC) может составлять 60-90% от массы морской воды. Несмотря на то, что во время штормового зимнего сезона образуется гораздо больше морских брызг, их состав почти полностью состоит из солей из-за низкой первичной продукции.
Органические вещества в морских брызгах состоят из растворенный органический углерод (DOC) и даже сами микробы, такие как бактерии и вирусы. Количество органического вещества в морских брызгах зависит от микробиологических процессов, хотя общий эффект этих процессов до сих пор неизвестен. Хлорофилл-а часто используется в качестве заместителя для первичной продукции и органических важно содержание в морских брызгах, но его надежность для оценки концентрации DOC является спорной. Биомасса часто попадает в морские брызги из-за гибели и лизиса клеток водорослей, часто вызываемого вирусными инфекциями. Клетки разбиваются на DOC, который выбрасывается в атмосферу, когда пузырьки на поверхности лопаются. Когда первичная продуктивность достигает пика летом, цветение водорослей может генерировать огромное количество органического вещества, которое в конечном итоге попадает в морские брызги. В правильных условиях агрегация DOC может также образовывать поверхностно-активное вещество или морскую пену.
При сильном ветре слой испарения капель (DEL) влияет на поверхностную энергию. теплообмен океана. поток скрытого тепла морских брызг, образующихся в DEL, был назван важным дополнением к усилиям по моделированию климата, особенно в имитационных расчетах, оценивающих тепловой баланс воздуха и моря в связи с ураганами и циклонами, образовавшимися во время сильных ветров. Во время образования белых шапок капли морских брызг проявляют те же свойства, что и поверхность океана, но быстро адаптируются к окружающему воздуху. Некоторые капли морских брызг немедленно реабсорбируются в море, в то время как другие полностью испаряются и вносят частицы соли, такие как диметилсульфид (DMS), в атмосферу, где они могут переноситься посредством турбулентности в слои облаков и служить в качестве CCN. Формирование этих CCN, подобных DMS, также имеет последствия для климата из-за их влияния на формирование облаков и взаимодействие с солнечной радиацией. Кроме того, вклад DMS в атмосферу в морских брызгах связан с глобальным серным циклом. Понимание общего воздействия естественных источников, таких как морские брызги, может пролить свет на критические ограничения, обусловленные антропогенным влиянием, и может быть объединено с химией океана, биологией и физикой для прогнозирования будущей изменчивости океана и атмосферы.
Доля органических веществ в морских брызгах может повлиять на отражательную способность, определить общий охлаждающий эффект SSA и немного изменить способность SSA образовывать CCN (17). Даже небольшие изменения уровней SSA могут повлиять на глобальный радиационный баланс, что приведет к последствиям для глобального климата. SSA имеет низкое альбедо, но его присутствие на более темной поверхности океана влияет на поглощение и отражение приходящей солнечной радиации.
Влияние морских брызг на пики теплообмена и влагообмена на поверхности происходят в периоды наибольшей разницы между температурами воздуха и моря. При низкой температуре воздуха морской поток явного теплового потока может быть почти таким же большим, как поток скрытого тепла брызг в высоких широтах. Кроме того, морские брызги увеличивают поток энтальпии воздух / море во время сильного ветра в результате перераспределения температуры и влажности в морском пограничном слое. Капли морских брызг, впрыскиваемые в воздух, термически уравновешивают ~ 1% своей массы. Это приводит к добавлению явного тепла перед входом в океан, увеличивая их потенциал для значительного ввода энтальпии.
Эффекты переноса морской струи в пограничном слое атмосферы еще до конца не изучен. Капли морских брызг изменяют потоки движения воздуха и моря, ускоряясь и замедляясь ветром. При ураганном ветре наблюдается некоторое уменьшение потока импульса между воздухом и морем. Это уменьшение потока количества движения проявляется в виде насыщения воздухом / морем коэффициента сопротивления. Некоторые исследования определили эффекты брызг как одну из потенциальных причин насыщения коэффициента сопротивления воздух / море. Посредством ряда численных и теоретических исследований было показано, что морские брызги, если они присутствуют в значительных количествах в пограничном слое атмосферы, приводят к насыщению коэффициентов сопротивления воздух-море.
Солевые отложения из морских брызг являются основным фактором, влияющим на распределение растительных сообществ в прибрежных экосистемах. Концентрации ионов в морских брызгах, выпадающих на сушу, обычно отражают их концентрации в океане, за исключением того, что в морских брызгах содержание калия часто выше. Отложение солей на суше обычно уменьшается с удалением от океана, но увеличивается с увеличением скорости ветра. Отложение солей из-за морских брызг коррелирует с уменьшением высоты растений и значительным рубцеванием, сокращением побегов, уменьшением высоты стебля и отмиранием тканей на наветренной стороне кустарников и деревьев. Различия в отложениях солей также влияют на конкуренцию между растениями и устанавливают градиенты солеустойчивости.
Хотя соли в морских брызгах могут серьезно тормозить рост растений в прибрежных экосистемах, отбирая солеустойчивые виды, морские брызги также могут принести жизненно важную пользу питательные вещества для этих мест обитания. Например, одно исследование показало, что морские брызги в Уэльсе, Великобритания, ежегодно доставляют в прибрежные песчаные дюны примерно 32 кг калия на гектар. Поскольку почвы дюн очень быстро выщелачивают питательные вещества, удобрения морскими брызгами могут иметь очень большое влияние на экосистемы дюн, особенно на растения, которые менее конкурентоспособны в условиях ограниченного количества питательных веществ.
Морские брызги, содержащие морские микроорганизмы, могут быть унесены высоко в атмосферу, где они становятся аэропланктоном. Эти переносимые по воздуху микроорганизмы могут путешествовать по земному шару, прежде чем упасть обратно на землю. Вирусы, бактерии и планктон повсеместно распространены в морской воде, и это биоразнообразие отражается в составе морских брызг. Вообще говоря, морские брызги содержат несколько более низкую концентрацию микробов, чем вода, из которой они производятся. Однако микробное сообщество в морских брызгах часто отличается от близлежащих водоемов и песчаных пляжей, что позволяет предположить, что некоторые виды более склонны к транспортировке через SSA, чем другие. Морские брызги с одного пляжа могут содержать тысячи операционных таксономических единиц (OTU). Около 10 000 различных ОТЕ были обнаружены в морских брызгах только между Сан-Франциско, Калифорния, и Монтереем, Калифорния, и только 11% из них были обнаружены повсеместно. Это говорит о том, что морские брызги в каждом прибрежном регионе, вероятно, имеют свой собственный уникальный набор микробного разнообразия, с тысячами новых OTU, которые еще предстоит обнаружить. Многие из наиболее распространенных OTU были идентифицированы в следующих таксонах: Cryptophyta (отряд), Stramenopiles (отряд) и OM60 (семейство). Многие даже были отнесены к роду: Persicirhabdus, Fluviicola, Synecococcus, Vibrio и Enterococcus.
Ученые предположили, что поток переносимых по воздуху микроорганизмов кружит над планетой над погодными системами, но ниже коммерческих воздушных путей. Некоторые из этих перипатетических микроорганизмов уносятся наземными пыльными бурями, но большинство происходит от морских микроорганизмов в морских брызгах. В 2018 году группа ученых сообщила, что сотни миллионов вирусов и десятки миллионов бактерий ежедневно откладываются на каждом квадратном метре планеты.
Морские брызги в значительной степени ответственны за коррозия металлических предметов вблизи береговой линии, поскольку соли ускоряют процесс коррозии в присутствии большого количества атмосферного кислорода и влаги. Соли не растворяются в воздухе напрямую, а находятся во взвешенном состоянии в виде мелких твердых частиц или растворяются в микроскопических каплях воды в воздухе.
Испытание в солевом тумане является мерой материала долговечность или устойчивость к коррозии, особенно если материал будет использоваться на открытом воздухе и должен выполнять механическую нагрузку или другую важную роль. Эти результаты часто представляют большой интерес для морской промышленности, продукция которой может подвергаться сильному ускорению коррозии и последующему разрушению из-за воздействия соленой воды.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Морскими брызгами. |
