8.3 Formation and Downwelling of Deep water

8.3 Formation and Downwelling of Deep water

Antarctic Bottom Water จัดเป็นมวลน้ำที่แตกต่างไปจาก deep water mass อื่น ๆ โดยจะมีความเค็ม, อุณหภูมิ และความหนาแน่นเฉลี่ย 34.65 ppt , -0.5ºC และ 1.0279 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตรตามลำดับ จัดเป็นมวลน้ำที่มีความหนาแน่นมากที่สุดของโลก มวลน้ำดังกล่าวส่วนใหญ่มาจากใกล้ชายฝั่งของทวีปแอนตาร์คติก และมีการเคลื่อนตัวขึ้นไปทางเหนือตามพื้นของมหาสมุทร มวลน้ำนี้เกิดขึ้นในช่วงฤดูหนาวบริเวณทะเล Weddell น้ำทะเลที่แข็งตัวจะมีเกลืออยู่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นทำให้น้ำทะเลที่อยู่รอบ ๆ น้ำแข็งมีความเค็มจัด (brine) โดยประมาณว่าน้ำทะเลที่เค็มจัดนี้จะเกิดขึ้น 20-50 ล้านลูกบาศก์เมตรทุก ๆ วินาที น้ำทะเลดังกล่าวจะจมตัวลงสู่พื้นท้องทะเลซึ่งระหว่างการจมตัวนั้นอาจมีการผสมผสานกับมวลน้ำข้างเคียงบ้างโดยลม southern West Wind Drift  เมื่อมวลน้ำจมตัวลงที่พื้นท้องทะเลบริเวณไหล่ทวีปแอนตาร์คติก ก็จะเคลื่อนตัวไปทางเหนือด้วยความเร็วที่ช้ากว่าการเคลื่อนตัวของน้ำบริเวณผิวหน้าน้ำหลายเท่า โดยจะเคลื่อนตัวเข้าไปทั้งในมหาสมุทรแปซิฟิกและแอตแลนติค มีการคำนวณว่า Antarctic Bottom Water นี้จะใช้เวลาประมาณ 1,000 ปีจึงจะเคลื่อนตัวถึงเส้นศูนย์สูตร
น้ำทะเลที่มีความหนาแน่นสูงก็จะเกิดขึ้นบริเวณขั้วโลกเหนือเช่นกัน แต่ลักษณะทางภูมิศาสตร์ของแอ่งมหาสมุทรบริเวณทะเล(มหาสมุทร)อาร์ติคไม่เอื้ออำนวย ทำให้มวลน้ำดังกล่าวเคลื่อนตัวเข้าสู่มหาสมุทรแปซิฟิกตอนเหนือได้น้อยมาก  ภาพที่ 7.10 แสดง T-S diagram บริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกตอนเหนือซึ่งสังเกตได้ว่าจะไม่ปรากฏส่วนที่เป็น bottom water mass แต่อย่างใด

ภาพที่ 7.10 T-S diagram บริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกตอนเหนือ
ที่มา: Garrison (2007)

ตัวอย่างของการเกิด deep water mass ได้แก่ North Atlantic Deep Water mass ซึ่งเกิดจาก น้ำบริเวณผิวหน้าน้ำทางตอนเหนือของมหาสมุทรแอตแลนติคเย็นตัวลง เนื่องจากมีลมเย็นที่พัดมาจากตอนเหนือของประเทศแคนาดา ร่วมกับลมและน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำมาก ๆ ที่มาจาก Iceland ทำให้อุณหภูมิของน้ำลดลงจาก 10 ºC  ไปเป็น 2 ºC  ทำให้น้ำบริเวณผิวหน้าน้ำจมตัวลง นอกจากนี้ deep water mass ยังเกิดในบริเวณที่มีความเค็มสูง ๆ อันเนื่องมาจากอัตราการระเหยของน้ำทะเลมากกว่าปริมาณน้ำท่า (precipitaion) และน้ำในแม่น้ำที่ไหลลงไป เช่นในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ซึ่งมีอัตราการระเหยของน้ำทะเลมากกว่าน้ำจืดที่ไหลเข้าสู่ทะเลถึง 300,000 ลูกบาศก์กิโลเมตรต่อปี ในฤดูร้อนและฤดูหนาวน้ำในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนจะมีความเค็มถึง 38 ppt จะผ่านช่องแคบยิบรอลต้าออกไปยังมหาสมุทรแอตแลนติคในรูปของมวลน้ำที่มีชื่อว่า Merditerranean Deep Water มวลน้ำดังกล่าวนี้จะอยู่ใต้ central water mass ของมหาสมุทร  แอตแลนติคและบางส่วนซึ่งน้อยมากสามารถเคลื่อนตัวไปทางใต้เข้าสู่แอ่งมหาสมุทรแอนตาร์คติดด้วย

ภาพที่ 7.11 การไหลออกของน้ำเค็มจัดจากช่องแคบยิบรอลตาออกสู่มหาสมุทรแอตแลนติค (a) ภาพด้านบนแสดงเส้น contour ของความเค็มบริเวณปากช่องแคบ (b) ภาพหน้าตัดพื้นท้องทะเลแสดงการเคลื่อนตัวของมวลน้ำที่มีความเค็มต่างกัน
ที่มา: Garrison (2007)

นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบอายุของ deep water โดยการวิเคราะห์ dissolved oxygen ในมวลน้ำ ดังที่ทราบแล้วว่าน้ำในมหาสมุทรจะได้รับออกซิเจนจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำทะเลกับอากาศบริเวณผิวหน้าน้ำ และจากการสังเคราะห์แสงของพืชน้ำ เมื่อมันเคลื่อนตัวจากผิวหน้าน้ำสู่เบื้องล่างแล้ว ออกซิเจนจะถูกใช้ไปในขบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิต และปฏิกริยาเคมีของตะกอน หิน และสารต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำทะเล เราจึงสามารถกำหนดดัชนีคร่าว ๆ เพื่อหาอายุของมวลน้ำโดยหาจากปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำทะเล โดยเริ่มจากระยะเวลาที่มันเริ่มจมตัวลงไป นอกจากนี้ยังพบอีกว่ามวลน้ำจะมีการผสมผสานกับมวลน้ำข้างเคียงอย่างช้า ๆ เมื่อมันเคลื่อนตัวจากแหล่งกำเนิดออกไป ซึ่งจะทำให้ลักษณะหรือคุณสมบัติของมันเปลี่ยนไปเมื่อมีอายุมากขึ้น