اقیانوس شناسی

اقیانوس‌شناسی (oceanography)
مطالعه و تحقیق دربارۀ اقیانوس‌ها و دریاها. شاخه‌های فرعی این علم عبارت‌اند از وسعت و عمق اقیانوس، خواص فیزیکی و شیمیایی آب آن، مطالعۀ حرکت آب، جریان‌ها، امواج، کِشَندها، زیست‌شناسی و جنبه‌های گوناگون استفاده انسان از اقیانوس. دیگر مباحث این علم عبارت‌اند از منشأ و توپوگرافی بستر اقیانوس، ازجمله ژرفناها و پشته‌های اقیانوسی حاصل از زمین‌ساخت صفحه‌ای، و فلات‌های قاره که بخش‌های زیر آب‌رفتۀ قاره‌هایند. اقیانوس‌ها حدود ۷۱ درصد از سطح زمین را دربر گرفته‌اند. نسبت خشکی به آب در نیمکرۀ شمالی دو به سه، و در نیمکرۀ جنوبی یک به ۴.۷ است. عمق متوسط اقیانوس‌ها ۴هزار متر، و عمیق‌ترین مکان ژرفایابی‌شدۀ 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 حوضه‌های اقیانوسی بین ۳ تا ۶ کیلومتر است و فقط یک درصد از این نواحی عمق بیشتری دارند. عمیق‌ترین بخش‌های اقیانوس بیش از همه‌ جا در ژرفناهای اقیانوس آرام یافت می‌شوند. عمیق‌ترین بخش ژرفایابی‌شدۀ اقیانوس اطلس ژرفنای پوئرتوریکو با عمق ۹,۵۶۰ متر است. در برخی از حوضه‌های اقیانوسی، بستر دریا نسبتاً هموار است. مثلاً، دشت مُغاکیِ واقع در شمال ‌غرب اقیانوس اطلس در فاصله‌ای بیش از ۱۰۰ کیلومتر فقط دو متر تغییر ارتفاع یافته است. با نزدیک‌شدن قاره‌ها، دشت مغاکی با کم‌شدن عمق به شیب قاره‌ای و سپس به فلات قاره تبدیل می‌شود. عرض فلات‌ قاره به‌‌شدت متغیر است، اما عرض متوسطش ۶۵ کیلومتر و عمق متوسطش ۱۳۰ متر است. این نواحی از لحاظ ماهی‌گیری و ذخایر نفتی بسیار بااهمیت‌اند و اثر مهمی بر کِشَند محلی دارند. بنابر محاسبه‌ها، جرم اقیانوس‌ها حدود ۱میلیارد میلیارد تن، و متوسط چگالی‌شان ۱.۰۴۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب، و حرارت متوسط‌شان ۳.۹ درجۀ سانتی‌گراد است. توزیع دما در اقیانوس‌ها سه لایۀ متمایز ایجاد کرده است. معمولاً از سطح تا عمقِ کمتر از ۵۰۰ متر، آب تقریباً به‌صورت یکنواخت گرم است. در لایه‌ای با عمق ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ متر، دما نسبتاً سریع کاهش می‌یابد و به حدود پنج درجۀ سانتی‌گراد می‌رسد. این لایه گرماشیبِ اصلی است و در زیر آن آب‌های اقیانوسی عمیق قرار دارد که در آن، دما نسبت به عمق به‌آهستگی کاهش می‌یابد. در عرض‌های جغرافیایی بالاتر، عمق لایۀ گرماشیب کم می‌شود و در مناطق زیرقطبی ستون آب یکپارچه سرد است. دما در زیر گرماشیبِ اصلی در سراسر اقیانو‌س‌ها نسبتاً یکنواخت است، اما دمای بالای گرماشیب به نسبتِ عرضِ جغرافیایی و جریان‌های غالب متغیر است. متوسط سالانۀ دمای سطح در نواحی استوایی حدود ۳۰ درجۀ سانتی‌گراد، و نزدیک قطبین حدود ۱.۷ درجۀ سانتی‌گراد، برابرِ نقطۀ انجماد آب دریا، است. شوری آب دریا معمولاً با میزان نمکِ محلول در ۱۰۰ قسمت آب بیان می‌شود. میزانِ شوری متوسطِ آب اقیانوس‌ها، ۳۵ قسمت در هزار (پی‌پی‌تی) 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 پی‌پی‌تی 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 عارضه‌ای سطحی است و با افزایش عمق آب به‌شدت کاهش می‌یابد. در بحرالمیت، آبِ رودخانه‌ها هزاران سال به ‌داخل این دریاچۀ نسبتاً کوچک ریخته است، اما تبخیر به‌شدت بالاست و موجب شوری بسیار بالا، ۲۰۰ پی‌پی‌تی، 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 می‌یابد. فشار در سطح دریا فقط به‌علت وزن جو است. بنابراین، در عمق ۴هزار متری، فشار ۴۰۰ اتمسفر و در بستر عمیق‌ترین ژرفنا‌های اقیانوسی، ۱۰۰۰ اتمسفر است. در چنین فشارهای بالایی هنوز گونه‌های حیات دریایی یافت می‌شود. چگالی نمونه‌ای 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 می‌شود. محدودۀ چگالیِ اندازه‌گیری‌شدۀ آب دریا بسیار کم است و از حدود ۱.۰۲۵ در سطح، تا حدود ۱.۴۶ در عمق ۴هزار متری تغییر می‌کند که ‌علت آن، تراکم‌پذیری ناچیز آب است. چگالی آب بسیار به حرارت وابسته است. بنابراین، توزیع چگالی در اقیانوس‌ها متناسب با تغییرات حرارت است. کمترین چگالی‌ سطح در نواحی استوایی و میزان آن ۱.۰۲۲ است. این مقدار در عرض‌های جغرافیایی بالاتر افزایش می‌یابد و به حدود ۱.۰۲۶ در عرض ۶۰ درجۀ شمالی یا جنوبی می‌رسد. در مناطق پیراقطبی، چگالی ممکن است در ستون آب تقریباً یکنواخت باشد. تغییرات جزیی در میزان چگالی بر حرکات عمودی آب در اقیانوس‌ها و چرخشهای بزرگ‌مقیاس اثر می‌گذارد. جریان‌های اُقیانوسی به دو گروه تقسیم می‌شوند. جریان‌های بادرانده که عمدتاً افقی‌اند و چندصد متر بالای اقیانوس ایجاد می‌شوند، و جریان‌های گرماشور که براثر تغییرات چگالی آب دریا، به‌سبب تغییر در میزان شوری و دما، به‌وجود می‌آیند. این جریان‌ها عمدتاً عمودی‌اند و بر اقیانوس‌های عمیق تأثیر می‌گذارند. بادهای بسامان که در عرض‌های جغرافیایی‌ کم از شرق، و در عرض‌های متوسط از غرب می‌وزند، همراه با اثر کوریولیس چرخاب عظیمی ایجاد می‌کند که در نیمکرۀ شمالی در جهت عقربه‌های ساعت، و در نیمکرۀ جنوبی در جهت عکس آن است. جریان‌های بازگشتی پیامدی، مانند گُلف ‌استریم که از استوا به سمت قطبین جریان دارد، قدرت بسیار و عرض کمی دارند و در مرزهای غربی اقیانوس‌ها ایجاد می‌شوند. جریان‌های مشابه دیگر عبارت‌اند از جریان‌های مخالف غربی در امتداد استوا، جریان‌های سرد شمالی از قطب شمال، و جریان قوی پیراقطبیِ دور قطب جنوب که براثر بادهای چهلگان (بادهای غربی) پیش می‌روند. این جریان‌‌ها در اقیانوسِ هندِ شمالی پیچیده‌ترند و با بادهای موسمی تغییر جهت می‌دهند. رنگ اقیانوس و دریا انعکاسی از رنگ آسمان بر سطح آن است. نفوذ نور به درون اقیانوس اهمیت فوق‌العاده‌ای برای گیاهان دریایی، به‌خصوص پلانکتون‌ها، دارد. بنابراین، آن‌ها فقط می‌توانند در ۱۰۰ متر بالایی آب و، در آب‌های آلوده، حتی در اعماق کمتر از این زندگی کنند. میزان نوری که در هر عمقی از اقیانوس نفوذ می‌کند به ارتفاع خورشید، آب و هوا، مقتضیات سطحی آب، و آشفتگی آب بستگی دارد. نور خورشید فقط وقتی به مقدار زیاد در آب‌های سطحی نفوذ می‌کند که خورشید مستقیماً در بالا، و سطح آب آرام باشد. نوری که از سطح منعکس نشده باشد، حداکثر تا عمق ۱۵۰متری نفوذ می‌کند. همۀ‌ رنگ‌های موجود در طیف نور به یک نسبت جذب اقیانوس نمی‌شوند، اشعۀ قرمز به‌سرعت جذب می‌شود، امّا نورهای آبی و بنفش بسیار آرام‌تر نفوذ می‌کنند. در آب‌های شفاف، مثلِ دریای ساراگوسا، نور بنفش ممکن است در عمق ۱۵۰متری با شدّت خیلی کم وجود داشته باشد. نمونۀ خوبِ جذب‌شدن 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 سانتی‌گراد، شوری ۳۵ پی‌پی‌تی، 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 پی‌پی‌تی افزایش شوری، سرعت صوت ۱.۵ متر، و به ازای هر دَه اتمسفر افزایش فشار سرعت صوت ۱.۷ متر افزایش می‌یابد. وابستگی زیاد سرعت صوت به چگالی بدین معناست که توزیع سرعت صوت نشان‌دهندۀ سه منطقۀ عمودی گفته‌شده برای دما و چگالی است. زیرِ لایۀ آمیختۀ بالایی، سرعت صوت به نسبتِ عمق در ناحیه تغییرات شدید دما (گرماشیب) کاهش می‌یابد. در عمق حدود ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متر، میزان وابستگی سرعت به فشار عامل مهم‌تری است و سرعتِ انتشار به نسبتِ عمق افزایش می‌یابد. تغییرات در سرعت صوت منجر به ایجاد پدیدۀ انکسار می‌شود که براثر آن، جهتِ انتشار امواج صوتی عوض می‌شود. بنابراین، امواج صوتی که در عمق ۱۰۰۰متری یا بیشتر و با سرعتی نزدیک به کمترین سرعت صوت حرکت می‌کنند، متمایل به باقی‌ماندن در این عمق‌اند و گسترش انرژی در راستای عمودی به تراز اولیه بازگردانده می‌شود. این پدیده موجب ایجاد کانالی صوتی می‌شود که کانال سوفار نام دارد. حتی منابع صوتی بسیار کوچک، مانند اصوات نهنگ‌ها، از طریق کانال سوفار تا فواصل هزاران کیلومتری شنیده می‌شود. 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 نیم‌رخ منحنی سرعت صوت منطقۀ سایه ایجاد می‌کنند، زیرا انرژی صوت در این منطقه از عمق به اطراف منکسر می‌شود. از امواج صوتی زیر آب برای اندازه‌گیری عمق اقیانوس به‌روش بازتاب صوتی استفاده می‌کنند. با این روش، توده‌های زیر آب نیز، مانند زیردریایی‌ها و دسته‌های ماهی‌ها، مشخص می‌شوند. محدودۀ دقت تعیین ‌عمق با دستگاه‌های بازتاب صوتی به‌میزان اطلاع کاربر از سرعت صوت در هر منطقۀ مشخص بستگی دارد و تغییرات کوچک‌مقیاس در لایۀ آمیختۀ بالایی ممکن است در تفسیر منحنی‌های مربوطه مشکلاتی ایجاد کند.

 

---