WikiDer > Морской спрей
Морской спрей относится к аэрозоль частицы, которые образуются непосредственно из океанв основном за счет выброса в атмосферу в результате лопания пузырьков на границе раздела воздух-море.[1] Морские брызги содержат как органические вещества, так и неорганические соли, которые образуют аэрозоль морской соли (SSA).[2] SSA имеет возможность формировать облачные ядра конденсации (CCN) и удаляют из атмосферы антропогенные аэрозольные загрязнители.[3] Морские брызги прямо (и косвенно, через SSA) ответственны за значительную степень потоков тепла и влаги между атмосферой и океаном,[4][5] влияющие на глобальные климатические модели и интенсивность тропических штормов.[6] Морские брызги также влияют на рост растений и распространение видов в прибрежных экосистемах.[7] и увеличивает коррозию строительных материалов в прибрежных районах.[8]
Поколение
Формирование
Когда ветер, белые шапки и прибойные волны смешивают воздух с морской поверхностью, воздух группируется, образуя пузыри, всплывает на поверхность и лопается на границе раздела воздух-море.[9] Когда они лопаются, они выпускают до тысячи частиц морской пыли,[9][10] которые имеют размер от нанометров до микрометров и могут быть выброшены на расстояние до 20 см от поверхности моря.[9] Капли пленки составляют большинство более мелких частиц, созданных первоначальным взрывом, в то время как струйные капли образуются при схлопывании пузырьковой полости и выбрасываются с поверхности моря в виде вертикальной струи.[11][10] В ветреную погоду капли воды механически отрываются от гребней прибойных волн. Капли морских брызг, образующиеся с помощью такого механизма, называются капельки пены [10] и обычно имеют больший размер и меньшее время пребывания на воздухе. Удар падающих волн на поверхность моря также создает морские брызги в виде брызги капель [10][12]. Состав морских брызг зависит в первую очередь от состава воды, из которой они производятся, но в целом представляет собой смесь солей и органическая материя. Несколько факторов определяют поток морских брызг, особенно скорость ветра, опухать высота, период зыби, влажность и перепад температур между атмосферой и поверхностными водами.[13] Таким образом, производство и скорость распределения SSA по размерам чувствительны к состоянию перемешивания.[14] Менее изученной областью образования морских брызг является образование морских брызг в результате воздействия капель дождя на поверхность моря. .[10]
Пространственная вариация
В дополнение к местным условиям, которые влияют на формирование морских брызг, существуют также последовательные пространственные закономерности в их производстве и составе. Поскольку при смешивании воздуха с океаном образуются морские брызги, градиенты формации устанавливаются турбулентность поверхностных вод.[13] Волны вдоль прибрежных берегов, как правило, являются местом наибольшей турбулентности, поэтому здесь наибольшее количество брызг с моря. Частицы, образующиеся в турбулентных прибрежных районах, могут перемещаться горизонтально на расстояние до 25 км в пределах планетарный пограничный слой.[13] По мере удаления от берега производство морских брызг снижается до уровня, поддерживаемого почти исключительно белыми шапками.[13] Доля площади поверхности океана, которая достаточно турбулентна для образования значительных морских брызг, называется долей белой шапки.[9] 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.[9] Однако частицы морской воды, образующиеся таким образом, часто бывают слишком тяжелыми, чтобы оставаться взвешенными в атмосфере, и обычно выпадают обратно в море в пределах нескольких десятков метров от транспорта.[9]
Временная вариация
В зимние месяцы океан обычно переживает штормовые и ветреные условия, которые приводят к большему затоплению моря воздухом и, следовательно, большему количеству брызг.[15] Более спокойные летние месяцы приводят к снижению общего количества брызг.[15] Во время пика первичная продуктивность летом увеличение содержания органического вещества на поверхности океана вызывает последующее увеличение 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.[15] Несмотря на то, что во время штормового зимнего сезона образуется гораздо больше морских брызг, состав почти полностью состоит из соли из-за низкой первичной продукции.[15]
Органическая материя
Органическое вещество в морских брызгах состоит из растворенный органический углерод[16] (DOC) и даже сами микробы, такие как бактерии и вирусы.[17] Количество органических веществ в морских брызгах зависит от микробиологических процессов,[18] хотя общий эффект этих процессов до сих пор неизвестен.[19][20] Хлорофилл-а часто используется как прокси для основное производство и содержание органических веществ в морских брызгах, но его надежность для оценки концентраций DOC вызывает сомнения.[20] Биомасса часто попадает в морские брызги из-за смерти и лизис клеток водорослей, часто вызываемых вирусные инфекции.[19] Клетки разбиваются на DOC, который выбрасывается в атмосферу, когда пузырьки на поверхности лопаются. Когда первичная продуктивность достигает пика летом, цветение водорослей может образовывать огромное количество органических веществ, которые в конечном итоге попадают в морские брызги.[15][19] При правильных условиях агрегация DOC также может формировать поверхностно-активное вещество или же морская пена.
Климатические взаимодействия
При сильном ветре слой испарения капель (ДЭС) влияет на теплообмен поверхностной энергии океана.[21] В скрытый тепловой поток Морские брызги, образующиеся в DEL, были названы важным дополнением к усилиям по моделированию климата, особенно при моделировании, оценивающем тепловой баланс воздуха и моря в связи с ураганами и циклонами, образующимися во время сильных ветров.[5] 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 сразу же 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 облачные слои и служить CCN.[14] Образование этих CCN, подобных DMS, также имеет последствия для климата из-за их влияния на формирование облаков и взаимодействие с солнечным излучением.[14] Кроме того, влияние DMS на морские брызги в атмосферу связано с глобальным цикл серы.[22] Понимание общего воздействия естественных источников, таких как морские брызги, может пролить свет на критические ограничения, связанные с антропогенный влияние и может сочетаться с химия океана, биология и физика для предсказания будущей изменчивости океана и атмосферы.[14]
Доля органических веществ в морских брызгах может повлиять на отражательная способность, определить общий охлаждающий эффект SSA,[19] и немного изменить способность SSA формировать CCN (17). Даже небольшие изменения уровней SSA могут повлиять на глобальный радиационный баланс, что приведет к последствиям для глобального климата.[19] SSA имеет низкий альбедо, но его присутствие на более темной поверхности океана влияет на поглощение и отражение приходящей солнечной радиации.[19]
Поток энтальпии
Влияние морских брызг на поверхностный тепло- и влагообмен достигает пиков во времена наибольшей разницы между температурами воздуха и моря.[21] Когда температура воздуха низкая, морские брызги явный тепловой поток может быть почти таким же большим, как поток скрытого тепла от брызг в высоких широтах.[5] Кроме того, морские брызги увеличивают поток энтальпии воздуха / моря во время сильного ветра в результате перераспределения температуры и влажности в морской пограничный слой.[6] Капли морских брызг, попадающие в воздух, термически уравновешивают ~ 1% своей массы. Это приводит к добавлению явного тепла перед входом в океан, что увеличивает их потенциал для значительного ввода энтальпии.[6]
Динамические эффекты
Эффекты морского распыления в пограничный слой атмосферы еще не полностью понят [10]. Капли морских брызг изменяют потоки импульса между воздухом и морем за счет ускорения и замедления ветром. [10]. При ураганном ветре наблюдается некоторое уменьшение потока импульса между воздухом и морем. [9]. Это уменьшение потока импульса проявляется как насыщение воздуха / моря. коэффициент трения. Некоторые исследования определили эффекты брызг как одну из потенциальных причин насыщения коэффициента сопротивления воздух / море.[23][24][25] Посредством нескольких 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.[26][27]
Экология
Прибрежные экосистемы
Отложение солей из морских брызг является основным фактором, влияющим на распределение растительных сообществ в прибрежных экосистемах.[28] 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.[7] Отложение солей на суше обычно уменьшается с удалением от океана, но увеличивается с увеличением скорости ветра.[7] 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.[29][30] Различия в отложении солей также влияют на конкуренцию между растениями и устанавливают градиенты солеустойчивости.[29]
В то время как соли в морских брызгах могут серьезно тормозить рост растений в прибрежных экосистемах, отбирая солеустойчивые виды, морские брызги также могут приносить жизненно важные питательные вещества в эти места обитания. Например, одно исследование показало, что морские брызги в Уэльсе, Великобритания, ежегодно доставляют в прибрежные песчаные дюны примерно 32 кг калия на гектар.[9] Поскольку почвы дюн очень быстро выщелачивают питательные вещества, удобрения морским распылением могут иметь большое влияние на экосистемы дюн, особенно для растений, которые менее конкурентоспособны в окружающей среде с ограниченным количеством питательных веществ.
Микробные сообщества
Вирусы, бактерии и планктон повсеместно встречаются в морской воде, и это биоразнообразие отражается в составе морских брызг.[13] 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 операционные таксономические единицы (OTU).[13] 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.[13] 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).[13] Многие даже были отнесены к роду: Persicirhabdus, Fluviicola, Synecococcus, Vibrio и Enterococcus.[13]
Ученые предположили, что поток переносимых по воздуху микроорганизмов кружит над планетой над погодными системами, но ниже коммерческих воздушных путей.[31] 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.[32][33]
Химическая устойчивость
Морские брызги в значительной степени ответственны за коррозия металлических предметов вблизи береговой линии, так как соли ускоряют процесс коррозии в присутствии большого количества атмосферных кислород и влажность.[8] Соли не растворяются в воздухе напрямую, а тонко взвешиваются. частицы, или растворенный в микроскопических каплях воды в воздухе.[34]
В тест солевого тумана является мерой прочности или устойчивости материала к коррозии, особенно если материал будет использоваться на открытом воздухе и должен работать в подшипник механической нагрузки или иначе важная роль. Эти результаты часто вызывают большой интерес. морская промышленность, продукты которых могут подвергнуться сильному ускорению коррозии и последующему выходу из строя из-за воздействия соленой воды.[35]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Э., Льюис, Эрни Р. Верфассер Шварц, Стивен (2010). Производство аэрозолей морской соли: механизмы, методы, измерения и модели: критический обзор. Вашингтон, округ Колумбия, Серия геофизических монографий Американского геофизического союза. Серия геофизических монографий. 152. Американский геофизический союз. п. 3719. Bibcode:2004GMS ... 152.3719L. Дои:10.1029 / GM152. ISBN 9781118666050. OCLC 1039150843.
- ^ Гант, Бретт; Месхидзе, Николай (2013). «Физико-химические характеристики морского первичного органического аэрозоля: обзор». Атмосферная химия и физика. 13 (8): 3979–3996. Bibcode:2013ACP .... 13.3979G. Дои:10.5194 / acp-13-3979-2013.
- ^ Розенфельд, Даниэль; Лахав, Ронен; Хаин, Александр; Пинский, Марк (2002-09-06). «Роль морских брызг в очистке загрязнения воздуха над океаном через облачные процессы». Наука. 297 (5587): 1667–1670. Bibcode:2002Научный ... 297.1667R. Дои:10.1126 / science.1073869. ISSN 0036-8075. PMID 12183635.
- ^ Андреас, Эдгар Л; Эдсон, Джеймс Б.; Монахан, Эдвард С .; Rouault, Mathieu P .; Смит, Стюарт Д. (1995). «Вклад брызг в чистое испарение с моря: обзор последних достижений». Метеорология пограничного слоя. 72 (1–2): 3–52. Bibcode:1995БолМе..72 .... 3А. Дои:10.1007 / bf00712389. ISSN 0006-8314.
- ^ а б c Андреас, Эдгар L (1992). «Морские брызги и турбулентные потоки тепла между воздухом и морем». Журнал геофизических исследований. 97 (C7): 11429–11441. Bibcode:1992JGR .... 9711429A. Дои:10.1029 / 92jc00876. ISSN 0148-0227.
- ^ а б c Андреас, Эдгар Л .; Эмануэль, Керри А. (2001). «Влияние морских брызг на интенсивность тропических циклонов». Журнал атмосферных наук. 58 (24): 3741. Bibcode:2001JAtS ... 58.3741A. CiteSeerX 10.1.1.579.3620. Дои:10.1175 / 1520-0469 (2001) 058 <3741: eossot> 2.0.co; 2.
- ^ а б c Маллок, А. Дж. С. (1972). "Солевые отложения на морских скалах полуострова Ящерица". Журнал экологии. 60 (1): 103–112. Дои:10.2307/2258044. JSTOR 2258044.
- ^ а б Schindelholz, E .; Risteen, B.E .; Келли, Р. Г. (2014-01-01). «Влияние относительной влажности на коррозию стали под воздействием примесей морской соли I. NaCl». Журнал Электрохимического общества. 161 (10): C450 – C459. Дои:10.1149 / 2.0221410jes. ISSN 0013-4651.
- ^ а б c d е ж грамм час де Леу, Геррит; Андреас, Эдгар Л; Ангелова, Магдалена Д .; Fairall, C.W .; Льюис, Эрни Р .; О'Дауд, Колин; Шульц, Майкл; Шварц, Стивен Э. (07.05.2011). «Производственный флюс морского аэрозоля». Обзоры геофизики. 49 (2): RG2001. Bibcode:2011RvGeo..49.2001D. Дои:10.1029 / 2010rg000349. ISSN 8755-1209.
- ^ а б c d е ж грамм Верон, Фабрис (2015-01-03). «Океанский спрей». Ежегодный обзор гидромеханики. 47 (1): 507–538. Bibcode:2015АнРФМ..47..507В. Дои:10.1146 / аннурьев-жидкость-010814-014651. ISSN 0066-4189.
- ^ Макинтайр, Феррен (1972-09-20). «Схемы течения при лопании пузырей». Журнал геофизических исследований. 77 (27): 5211–5228. Bibcode:1972JGR .... 77.5211M. Дои:10.1029 / jc077i027p05211. ISSN 0148-0227.
- ^ Андреас, Эдгар Л. (30 сентября 2002 г.). "Влияние морских брызг на воздушно-морские потоки в связанных моделях атмосфера-океан". Форт Бельвуар, штат Вирджиния. Дои:10.21236 / ada627095. Цитировать журнал требует
| журнал =
(помощь) - ^ а б c d е ж грамм час я де Леу, Геррит; Neele, Filip P .; Хилл, Мартин; Смит, Майкл Х .; Виньяти, Элизабетта (01.12.2000). «Производство морских аэрозольных баллончиков в зоне прибоя». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 105 (D24): 29397–29409. Bibcode:2000JGR ... 10529397D. Дои:10.1029 / 2000jd900549. ISSN 0148-0227.
- ^ а б c d Prather, Kimberly A .; Бертрам, Тимоти Н .; Грассиан, Вики Х .; Дин, Грант Б .; Стокс, М. Дейл; ДеМотт, Пол Дж .; Aluwihare, Lihini I .; Паленик, Брайан П .; Азам, Фарук (2013-05-07). «Перенести океан в лабораторию, чтобы исследовать химическую сложность морского аэрозоля». Труды Национальной академии наук. 110 (19): 7550–7555. Bibcode:2013ПНАС..110.7550П. Дои:10.1073 / pnas.1300262110. ISSN 0027-8424. ЧВК 3651460. PMID 23620519.
- ^ а б c d е О'Дауд, Колин Д.; Лангманн, Бербель; Варгезе, Саджи; Сканнелл, Клэр; Кебурнис, Дарий; Факкини, Мария Кристина (01.01.2008). «Комбинированная функция источника органических и неорганических брызг морской воды». Письма о геофизических исследованиях. 35 (1): L01801. Bibcode:2008GeoRL..35.1801O. Дои:10.1029 / 2007gl030331. HDL:10379/13235. ISSN 0094-8276.
- ^ Russell, L.M .; Hawkins, L.N .; Frossard, A.A .; Куинн, П.К .; Бейтс, Т. (2010). «Углеводный состав субмикронных атмосферных частиц и их образование в результате разрыва океанских пузырей». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 107 (15): 6652–6657. Bibcode:2010PNAS..107.6652R. Дои:10.1073 / pnas.0908905107. ЧВК 2872374. PMID 20080571.
- ^ Бланшар, округ Колумбия; Сыздек, Л. (1972). «Концентрация бактерий в струйных каплях из лопающихся пузырей». J. Geophys. Res. 77 (27): 5087. Bibcode:1972JGR .... 77.5087B. Дои:10.1029 / jc077i027p05087.
- ^ O'Dowd, C.D .; Факкини, M.C .; Cavalli, F .; Ceburnis, D .; Мирча, М .; Decesari, S .; Fuzzi, S .; Yoon, Y.J .; Путо, Дж. П. (2004). «Биогенно обусловленный органический вклад в морской аэрозоль». Природа. 431 (7009): 676–680. Bibcode:2004Натура.431..676O. Дои:10.1038 / природа02959. PMID 15470425.
- ^ а б c d е ж Клейтон, Джеймс Л. (1972). «Солевые брызги и круговорот минералов в двух прибрежных экосистемах Калифорнии». Экология. 53 (1): 74–81. Дои:10.2307/1935711. JSTOR 1935711.
- ^ а б Куинн, Патрисия К .; Бейтс, Тимоти С .; Schulz, Kristen S .; Коффман, Д. Дж .; Frossard, A. A .; Russell, L.M .; Keene, W. C .; Кибер, Д. Дж. (Март 2014 г.). «Вклад углеродного пула на поверхности моря в обогащение органических веществ в аэрозольных брызгах моря». Природа Геонауки. 7 (3): 228–232. Bibcode:2014НатГе ... 7..228Q. Дои:10.1038 / ngeo2092. ISSN 1752-0894.
- ^ а б Андреас, Эдгар Л; Эдсон, Джеймс Б.; Монахан, Эдвард С .; Rouault, Mathieu P .; Смит, Стюарт Д. (январь 1995 г.). «Вклад брызг в чистое испарение с моря: обзор последних достижений». Метеорология пограничного слоя. 72 (1–2): 3–52. Bibcode:1995БолМе..72 .... 3А. Дои:10.1007 / BF00712389. ISSN 0006-8314.
- ^ Эрикссон, Эрик (1963-07-01). «Годовой оборот серы в природе». Журнал геофизических исследований. 68 (13): 4001–4008. Bibcode:1963JGR .... 68.4001E. Дои:10.1029 / jz068i013p04001. ISSN 0148-0227.
- ^ Белл, Майкл М .; Монтгомери, Майкл Т .; Эмануэль, Керри А. (ноябрь 2012 г.). «Обмен энтальпии и импульса между воздухом и морем при больших скоростях ураганного ветра, наблюдаемых во время CBLAST» (PDF). Журнал атмосферных наук. 69 (11): 3197–3222. Bibcode:2012JAtS ... 69.3197B. Дои:10.1175 / jas-d-11-0276.1. HDL:10945/36906. ISSN 0022-4928.
- ^ Донелан, М.А. (2004). «О предельной аэродинамической неровности океана при очень сильном ветре». Письма о геофизических исследованиях. 31 (18): L18306. Bibcode:2004GeoRL..3118306D. Дои:10.1029 / 2004gl019460. ISSN 0094-8276.
- ^ Пауэлл, Марк Д .; Викери, Питер Дж .; Рейнхольд, Тимоти А. (март 2003 г.). «Пониженный коэффициент лобового сопротивления при высоких скоростях ветра в тропических циклонах». Природа. 422 (6929): 279–283. Bibcode:2003Натура.422..279П. Дои:10.1038 / природа01481. ISSN 0028-0836. PMID 12646913.
- ^ Пока, Джон А. Т .; Дженкинс, Аластер Д. (2006). «Снижение коэффициента лобового сопротивления при очень высоких скоростях ветра». Журнал геофизических исследований. 111 (C3): C03024. Bibcode:2006JGRC..111.3024B. Дои:10.1029 / 2005jc003114. HDL:1956/1152. ISSN 0148-0227.
- ^ Лю, Бин; Гуань, Чанглун; Се, Лянь (2012-07-03). «Параметризация ветрового напряжения, связанная с волновым состоянием и морскими брызгами, применима от слабых до экстремальных ветров». Журнал геофизических исследований: океаны. 117 (C11): н / д. Bibcode:2012JGRC..117.0J22L. Дои:10.1029 / 2011jc007786. ISSN 0148-0227.
- ^ MALLOCH, A.JC (ноябрь 1971 г.). «Растительность приморских вершин скал полуостровов Ящерица и Лэндс-Энд, Западный Корнуолл». Новый Фитолог. 70 (6): 1155–1197. Дои:10.1111 / j.1469-8137.1971.tb04597.x. ISSN 0028-646X.
- ^ а б Голдсмит, Ф. Б. (1973). "Растительность обнаженных морских утесов в Южном стеке, Англси: II. Экспериментальные исследования". Журнал экологии. 61 (3): 819–829. Дои:10.2307/2258652. JSTOR 2258652.
- ^ Б., Голдсмит Ф. (1967). Некоторые аспекты растительности морских скал. OCLC 23928269.
- ^ Живые бактерии перемещаются в воздушных потоках Земли Смитсоновский журнал, 11 января 2016 г.
- ^ Роббинс, Джим (13 апреля 2018 г.). «Триллионы и триллионы вирусов падают с неба каждый день». Нью-Йорк Таймс. Получено 14 апреля 2018.
- ^ Рече, Изабель; Д’Орта, Гаэтано; Младенов, Натали; Winget, Danielle M; Саттл, Кертис А. (29 января 2018 г.). «Скорость осаждения вирусов и бактерий над пограничным слоем атмосферы». Журнал ISME. 12 (4): 1154–1162. Дои:10.1038 / с41396-017-0042-4. ЧВК 5864199. PMID 29379178.
- ^ Blanchard, Duncan C .; Вудкок, Альфред Х. (май 1980 г.). «Производство, концентрация и вертикальное распределение аэрозоля морской соли». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 338 (1 Аэрозоли): 330–347. Bibcode:1980НЯСА.338..330Б. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1980.tb17130.x. ISSN 0077-8923.
- ^ Добжаньски, Л.А .; Brytan, Z .; Гранде, М. Актис; Россо, М. (2007-10-01). «Коррозионная стойкость спеченных дуплексных нержавеющих сталей при испытании в солевом тумане». Журнал технологий обработки материалов. 192-193: 443–448. Дои:10.1016 / j.jmatprotec.2007.04.077. ISSN 0924-0136.
внешняя ссылка
Викискладе есть медиафайлы по теме Морской спрей. |