3. การไหลเวียนของกระแสน้ำใน gyre

3. การไหลเวียนของกระแสน้ำใน gyre

ภาพที่ 7.2 แสดงถึง North Atlantic gyre ซึ่งประกอบไปด้วย 4 กระแสน้ำย่อย ๆ จำแนกตามความแตกต่างระหว่างลักษณะการไหลและอุณหภูมิ ซึ่ง gyre อื่น ๆ ก็จะมีลักษณะคล้ายคลึงกับ North Atlantic gyre สาเหตุที่กระแสน้ำไหลวนบริเวณขอบของแอ่งมหาสมุทรโดยไม่หมุนวนเข้ามาหาจุดศูนย์กลางนั้นอธิบายได้ตามภาพที่ 7.3 โดยสมมติว่ามีแรงที่ทำให้น้ำบริเวณผิวหน้าน้ำเคลื่อนตัวที่ละติจูด 45 องศาเหนือ (จุด A) ที่บริเวณดังกล่าวนี้จะมีลม westerlies ซึ่งพัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้ ทำให้น้ำเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ  และยังมีแรงอันเนื่องมาจาก coriolis effect ซึ่งทำให้มีทิศทางการเคลื่อนที่เบี่ยงไปทางขวาจึงทำให้กระแสน้ำนี้มีทิศทางการเคลื่อนที่เหมือนกับไปทางทิศตะวันออก  ส่วนที่จุด B ที่ละติจูด 15 องศาเหนือก็จะมีแรงที่เกิดจากลมสินค้าตะวันออกเฉียงเหนือร่วมกับ coriolis effect จึงทำให้ทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตก

ภาพที่ 7.2 กระแสน้ำย่อยภายใน North Atlantic Gyre
ที่มา : Garrison (2007)

ภาพที่ 7.3 ทิศทางการเคลื่อนตัวของกระแสน้ำที่ละติจูดต่างกันบริเวณ North Atlantic Gyre
ที่มา Garrison (2007)

มีการศึกษาพบว่าการเคลื่อนตัวของน้ำบริเวณผิวหน้าที่เกิดจากการกระทำของลม จะทำให้น้ำชั้นบนสุด (topmost layer) ของน้ำในมหาสมุทรในซีกโลกเหนือมีการเคลื่อนตัวมีทิศทางไปทางขวาของทิศทางลมเป็นมุมประมาณ 45 องศา ส่วนน้ำในชั้นที่ถัดลงมาก็จะมีการเคลื่อนตัวไปทางขวาของน้ำชั้นบนและจะเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนถึงความลึกประมาณ 100 เมตรหรือ 330 ฟุตที่บริเวณ mid latitude เมื่อมองโดยรวมจะเห็นได้ว่าชั้นน้ำในแต่ละชั้นจะสไลด์ตัวไปทางด้านข้างของชั้นน้ำที่อยู่เหนือขึ้นไปคล้ายกับการคลี่ไพ่ โดยไพ่แต่ละใบจะทำมุมไปทางด้านขวามือของไพ่ใบบน ลักษณะของการเคลื่อนตัวดังกล่าวถูกค้นพบโดนนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนซึ่งให้ชื่อว่า Ekman spiral (ภาพที่ 7.4)

การเคลื่อนที่ของน้ำบริเวณผิวหน้าน้ำในมหาสมุทรทั้งหมดซึ่งเริ่มตั้งแต่ผิวหน้าน้ำจนถึงความลึก 100 เมตรนั้นเมื่อพิจารณาร่วมกับผลของ Ekman spiral แล้วจะทำให้มวลน้ำดังกล่าวมีการเคลื่อนที่ในรูปแบบที่เรียกว่า Ekman transport ตามทฤษฎีแล้วทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลน้ำบริเวณผิวหน้าน้ำจะทำมุม 90 องศาทางขวามือของทิศทางลมในซีกโลกเหนือ

ภาพที่ 7.4 ทิศทางและขนาดของแรงที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนตัวของมวลน้ำในแต่ละชั้นตามทฤษฎี Ekman transport
ที่มา: Garrison (2007)

ในธรรมชาติ Ekman transport ของน้ำบริเวณผิวหน้าน้ำใน gyre จะมีทิศทางการเคลื่อนตัวของน้ำทำมุมน้อยกว่า 90 องศากับทิศทางลมโดยส่วนใหญ่จะเคลื่อนตัวทำมุมประมาณ 45 องศา การเบี่ยงเบนที่ผิดไปจากทฤษฎีนี้ผลของแรงอื่น ๆ ที่เข้าเกี่ยวข้อง ดังที่ทราบมาแล้วว่ากระแสน้ำในมหาสมุทรแอตแลนติคมีทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางขวาตลอด การเคลื่อนตัวของน้ำบริเวณผิวหน้าน้ำจึงมีลักษณะเป็นวง จึงทำให้เกิดเนิน (hill) บริเวณจุดศูนย์กลาง โดยยอดของเนินนี้จะอยู่ค่อนไปทางทิศตะวันตกมีความสูงมากกว่าขอบด้านนอกของ gyre ประมาณ 2 เมตร การที่ยอดของเนินอยู่ค่อนไปทางทิศตะวันตกนี้เนื่องจาก โลกหมุนไปทางทิศตะวันออกเสมอร่วมกับผลของ Coriolis effect ที่ทำให้กระแสน้ำ ที่เกิดจากลม westerly ทำให้น้ำที่เคลื่อนตัวไปทางเส้นศูนย์สูตร (equatorward) เร็วกว่ากระแสน้ำที่เกิดจากลมสินค้าที่เคลื่อนตัวขึ้นไปยังละติจูดที่สูงขึ้นไป (ค่า Coriolis force จะแปรผันไปตามละติจูด) เมื่อพิจารณาถึงมวลน้ำที่อยู่ใน gyre จะพบว่ามันจะเคลื่อนตัวโดยรักษาสมดุลระหว่าง Coriolis effect กับแรงโน้มถ่วงของโลกอยู่ตลอดเวลาจึงทำให้มีวนอยู่รอบเนินโดยไม่เกิดการเบี่ยงเบนเข้าหาจุดศูนย์กลาง (ภาพที่ 7.5)

ภาพที่ 7.5 สมดุลของการไหลเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทรแอตแลนติคเหนือซึ่งเคลื่อนที่วนรอบจุดศูนย์กลางที่มีลักษณะเป็นเนินค่อนไปทางด้านตะวันตก

ที่มา : Garrosion (2007)