[Englisch | German | Portugese]

Julekalenderen “24 days of #KitchenOceanography” er oversatt til norsk av Jacob Skavang ved GFI.

Bli med og utforsk havets fysikk med redskaper og ingredienser som finnes i ethvert kjøkken!

De 24 daglige eksperiementene ser ikke helt tilfeldige eksperimenter. Til sammen forteller de en historie som du kan bli med på gjennom adventstiden.

Noen av eksperimentene krever at du har gjort noen forberedelser dagen før. Dersom du trenger å forberede noe til neste dag, vil dette stå forklart i den rød faktaboksen til høyre. Under ligger en liste over alt du trenger for hele adventstiden. Lykke til med eksperimentene!

Dag 1: Lag i havet

Vanligvis opplever vi havet bare ved havoverflaten eller noen få meter lenger ned. Havet har derimot et gjennomsnittlig dyp på 4 km og består av mange ulike lag. Når det er kaldt nok, flyter is på toppen. I varmere regioner ligger det varmeste laget nærmest overflaten. Under, ligger det mange ulike lag: kaldere og saltere vann des lenger ned laget ligger. Uten ytre påvirkning, vil lagene med vann ligge stabilt på toppen av hverandre og bare blandes veldig sakte gjennom bevegelse av individuelle molekyler.

Dag 2: Termohalin sirkulasjon

Ordet termohalin er fra gresk, og betyr varm («thermós») og salt («hálos»). Over havoverflaten er det luft; atmosfæren. Temperaturen til vannet ved havoverflaten, samt saltholdigheten her, er i konstant endring fordi det er utvekslinger mellom atmosfæren og havet. Atmosfæren kan varme opp eller kjøle ned havoverflaten. I noen regioner, som for eksempel Grønlandshavet, blir vannet så kaldt (og dermed så tungt) at det synker vekk fra overflaten. For å erstatte dette vannet, blir vannmasser fra andre regioner trukket inn.

Dag 3: Tetthetsdrevne strømmer

Vannmasser med ulike temperaturer, og dermed ulike tettheter, kan delvis forklare global havsirkulasjon.

Dag 4: Temperatur, saltholdighet og tetthet

Tettheten til sjøvann, og dermed bevegelsen til strømmer, er ikke bare påvirket av temperatur, men også av saltholdighet. Nedbør bringer nytt ferskvann til havene og dermed reduserer saltholdigheten i områder der det har regnet. Når sjøvann fordamper blir saltet værende igjen. Salt blir også værende igjen når sjøvann fryser til is. Begge prosessene øker derfor saltholdigheten lokalt. Noen ganger er det temperatur som har størst påvirkning på tetthet, mens andre ganger dominerer saltholdighet. Derfor er det ikke alltid helt klart hvilke vannmasser som blir tettere eller mindre tette, og dermed hvilken strøm som vil dannes.

Dag 5: Strøm over en terskel

Strømmer er også påvirket av formen til kysten og havbunnen. Noen ganger kan havbasseng for eksempel være separert av fjellkjeder under havoverflaten, kalt midthavsrygger. Hvis et reservoar med tett vann dannes på en side av en slik rygg, kan det til slutt fylles opp til den laveste delen av en midthavsrygg. Hvis det da kommer tettere vann, kan bassenget flyte over og danne en overstrøm med tett vann.

Dag 6: Overflatebølger og indre bølger

En strøm over en terskel kan skje enten kontinuerlig etter hvert som tettere vann dannes, eller ved en plutselig hendelse. Indre bølger kan dannes på grenseflaten mellom vann med høyere tetthet som fyller et reservoar til terskelnivå, og vannet med lavere tetthet over det. Bølger forplanter seg mye saktere på denne grenseflaten enn bølger på havoverflaten gjør, men de oppfører seg likevel nokså likt. Når bølgetopper når terskelen, vil det tette vannet ved terskelen flyte over. Bølgedaler vil senke vannet med høyere tetthet ved terskelen slik at lite eller ingenting av vannet med høyere tetthet flyter over terskelen.

Dag 7: Hydraulisk sprang

En strøm over en terskel er «hydraulisk kontrollert». Dette betyr at prosessen bare avhenger av betingelser som skjer oppstrøms. Strømmen over terskelen er så rask at informasjon om endringer i betingelselsene nedstrøms, ikke kan reise raskt nok oppstrøms til å ha effekt der. Enhver forstyrrelse blir bare spylt bort, på samme måte som at en person som forsøker å gå opp en rulletrapp vil bli fraktet nedover.

Dag 8: Strømlinjer

En annen måte der formen til et havbasseng kan påvirke strøm, er gjennom hindringer i en strøm. Hvor nøyaktig og hvor raskt strømmen går, for eksempel når den strømmer rundt hindringer, kan beskrives av strømlinjer.

Dag 9: Kármánsk virvelgate

Strømlinjer virker best for strømmer som ikke endres over tid, men de kan også vise gjennomsnittlige betingelser for strømmer som endres over tid. Dette er ofte tilfelle, for eksempel for virvler som frikobles og migrerer.

Dag 10: Utstrømning av vann i Middelhavet

Virvler oppstår i havet, for eksempel der veldig varmt saltvann fra Middelhavet strømmer ut i Atlanterhavet ved middeldyp. Der dannes det lag som er avhengig av tettheten vannet har, mellom kaldere og mindre salte vannmasser over og under.

Dag 11: Virvler (“eddies”)

Disse roterende virvlene («eddies») kalles «meddies» (fra Middelhavet og eddies) og kan transportere vann, av en bestemt temperatur og saltholdhighet, over lange avstander. Virvler kan også transportere andre egenskaper, som for eksempel stoffer som gasser eller næringsstoffer, men også plankton eller plastikk. På grunn av at virvler roterer rundt sin akse, blir en skjærstrøm skapt av friksjon med omkringliggende vannmasser, som sakte blander de indre og ytre vannmassene.

Dag 12: Transport av stoffer

Noen stoffer transporteres av havstrømmer, har ulik tetthet enn vann. De vil derfor enten flyte på toppen (som plastsøppel) eller bli værende nær bunnen (som sedimenter). Stoffene akkumuleres i områder når vann stiger eller synker, men de kan ikke følge vannet fordi de har en annen tetthet.

Dag 13: Vinddreven blanding

Det mange prosesser som kan forårsake blanding av løste stoffer. I tillegg til blanding forårsaket av virvler, kan for eksempel vinddrevne bølger på overflaten bidra til blanding.

Dag 14: Topografisk blanding

I havets indre skjer blanding mellom to vannmasser når indre tidevannsbølger reiser langs grenseflaten mellom vannmasser, treffer midthavsrygger i havet og bryter.

Dag 15: Blanding gjennom dobbeldiffusion

Blanding kan også skje på grunn av andre prosesser, for eksempel “dobbeldiffusiv blanding”. Ved “dobbeldiffusiv blanding” vil to stoffer blandes på grunn av at den molekylære diffusjonen (“spredning av et stoff i et annet”) skjer med ulikt tempo for to komponenter. Temperaturforskjeller utjevnes rundt 100 ganger raskere enn forskjeller i saltholdighet. Dette kan lede til ustabile tetthetsstratifiseringer og derfor vertikale bevegelser som kan lede til blanding.

Dag 16: Dobbeldiffusiv blanding i te

Dobbeldiffusiv blanding har for eksempel blitt observert ved den nedre grensen til strømmen som går ut av Middelhavet. Der blir såkalte «saltfingre» dannet, og disse kan blande vannmasser mye raskere enn molekylær diffusjon kan.

Dag 17: Lagdeling gjennom diffusjon

En annen form for dobbeldiffusiv blanding kan observeres ved den øvre grensen til strømmen som går ut av Middelhavet, der kaldere og mindre salt vann ligger over varmt og veldig salt vann. Her skjer det en prosess kalt «diffusiv lagdeling», og konveksjon danner homogene lag.

Du kan lese denne spennende artikkelen av Xue et al. (2017) om lagdelt kaffe i et laboratorium.

Dag 18: Isbiter av ferskvann og saltvann

Denne typen stratifisering med kaldere og ferskere vann over varmere og saltere vann skjer også i Arktis. I Arktis skjer stratifiseringen både på grunn av nedbør og av sjøis som smelter i løpet av sommeren. Sjøis består nesten utelukkende av ferskvann, selv om den ble opprinnelig dannet av salt sjøvann.

Dag 19: Fargede isbiter

I fryseprosessen blir saltet “frastøtt”. Vannmolekylene som fryser danner en uniform krystallstruktur, og det gjenstående saltvannet blir tvunget inn i porene og til kanten av isen der det blir frigjort til det omkringliggende vannet og synker. Derimot, vil det noen gang er være små reservoarer av konsentrert saltvann som blir fanget i isen. Sjøis har derfor en svampaktig struktur.

Dag 20: Deposisjon

Is dannes ikke bare fra flytende vann, men også fra vanndamp. Faseovergangen fra gass til is kalles deposisjon og skjer, for eksempel, i dannelsen av rimfrost eller snøflak.

Dag 21: Iskjerner

I regioner der temperaturene alltid er under frysepunktet, kan lag med snøavsetninger over flere århundrer danne en isbre. Lagene i isbreer fungerer derfor som arkiver for tidligere klima, fordi de inneholder informasjon om gasskonsentrasjoner i atmosfæren eller om pollen fra blomstrende planter.

Dag 22: Havnivåstigning

Når isbreer smelter, som er tilfelle nå med global oppvarming, vil vann som ikke har vært en del av den hydrologiske syklusen i form av nedbør og fordampning igjen bli en del av denne syklusen og ende opp i havet. Dette betyr at «nytt» vann blir lagt til og forårsaker at havnivået stiger.

Dag 23: Temperatur, saltholdighet og tetthet

Is som allerede flyter i havet smelter også raskere på grunn av høyere temperaturer i atmosfæren. I tillegg tærer varmere strømmer på isen fra undersiden og bidrar til økt issmelting.

Dag 24: Termisk ekspansjon

Smelting av sjøis bidrar ikke til havnivåstigning gjennom å legge til ekstra vann slik som smeltevann fra landis gjør. På den annen side vil også oppvarming av eksisterende vann i seg selv bidra til havnivåstigning, ettersom vann utvider seg når det varmes opp.

Takk for at du vært blitt med på denne reisen. Vi håper at du har hatt glede av disse 24 dagene med oseanografi på kjøkkenet!