YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse 1. Vee ja ainete ringkäik looduses

YFO0010 Sissejuhatus okeanograafiasse ja limnoloogiasse

1. Vee ja ainete ringkäik loodusesviibeaeg

Veevahetus ja viibeaeg: “vanni” näide

sissevool Qin

väljavool Qout

ruumala V ViibeaegTr = V/ Qin

statsionaarne olekV = const Qin= Qout

ühik: ruumala/aeg (m3/s)

outin QQdtdV

Atmosfääri vesi 0.001%V=14·103 km3 T=10 päeva

Polaarjää 1.65%V=24·106 km3

T=10 000 aastat

Maismaa vesiV=88·106 km3

Jõed 0.0001%V=1200 km3 T=12 päeva

Järved 0.016%V=230·103 km3 T=10 aastat

Pinnase niiskus 0.005%75·103 km3 T=2-50 nädalat

Bioloogiline vesiV=10 km3

Põhjavesi 4.39%V=64·106 km3

T=10 000 aastat

Põhjavesi aktiivses kihisV=4·106 km3 T=300 aastat

Maailmameri 93.93%V=1370·106 km3

T=2600 aastat

Globaalne veeringe

Veeaur atmosfääris

sr e

eH 100

se

e

suhteline niiskus

Veeauru hulka õhus saab määratleda veeaurutihedusega V (absoluutne niiskus) või veeaururõhuga e (nn puhta auru rõhk eeldusel, et muidgaase ei arvestata) mis on omavahel seotud gaasiolekuvõrrandi kaudu

TRe VV

kus aV RR 609.1 on veeauru erikonstant jaaR 287.05 J·kg-1·K-1 on kuiva õhu erikonstant.

Iga temperatuuri jaoks leidub maksimaalne, ainulttemperatuurist sõltuv nn. küllastav aururõhk semille korral aur hakkab kondenseeruma.

adiabaatiline temperatuuri gradient(adiabatic lapse rate)

dpcg

zdTd

= 9.8 K km-1

tõustes õhk jahtub rõhu kahanemise tõttu...

Tõusvaid õhuvoolusid ning sademeid tekitavad:1) maapinna reljeef (mäed)2) konvektsioon (tiheduslik tõusmine) erineva soojenemise tõttu3) tuulte konvergents (horisontaalne kokkuvoolamine)4) frondid

Sademete moodustumine

Keskmine aastane sademete hulk (cm)

Aurumine

walawam qqUcE 10

veekogu kohal kg m-2 s-1

10U - tuule kiirus 10 m kõrgusel

Vq - eriniiskus, veeauru suhteline kontsentratsioon ,

kus V on veeauru tihedus on niiske õhu (veeaur + kuiv õhk) tihedus15.1lawc - empiiriline nn Daltoni koefitsient

a - õhu tihedus

Vabast veest toimuvat aurumist nimetataksepotentsiaalseks aurumiseks Ep, midamõõdetakse meteojaamade aurumistankides.

Võrreldes vaba veepinnaga on maismaaltaurumine väiksem.

Parasvöötme metsades moodustabaurumine E kuivadel aastatel 25%potentsiaalsest aurumisest Epning märgadel aastatel 35%.

Aurumist mõjutab tugevalt põllumajandusning muu maakasutus. Põldudel ja rohumaadelon aurumine väiksem kui metsas, seetõttumetsastumine suurendab aurumist ningvähendab äravoolu.

ühik: ruumala/pindala/aeg = pikkus/aeg

Sademete ja aurumise vahe P-E

ühik: ruumala/pindala/aeg = pikkus/aeg

Käivitajaks on sademete ja aurumise

vahe P-E

Äravoolu moodustumine valgalas

ühik: ruumala/aeg

valgala veehulga

muutus dtdV

sademed Pq aurumine Eq

äravool Q

äravool põhjavette Qg

gqq QQEPdtdV

APPq AEEq

Ühesuguse P-E korral on äravool võrdeline valgala pindalaga A

Peipsi järve valgala

väljavool Narva jõest

vee viibeaeg 2-3 aastat

Ainevahetus ja viibeaeg: “vanni” näidesissevool Qin (m3/s)

kontsentratsioon Cin (kg/m3)

sisendvoog Fin = Cin Qin (kg/s) või ainevoog ilma vooluta

aine mass M = C V

ViibeaegTr = M/ Fin

statsionaarne olekM = const Fin= Fout

väljavool Qout (m3/s)

kontsentratsioon Cout (kg/m3)

väljundvoog Fout = Cout Qout (kg/s) või ainevoog ilma vooluta

allikas

neel

ainevoog ilma vooluta: näiteks atmosfäärist, settesse

outin FFdt

dM

Mere veevahetus, Knudseni bilanss

Tiheduse sõltuvus temperatuurist erinevate soolsuste korral

995

1000

1005

1010

1015

1020

0 5 10 15 20 25Temperatuur

Tihe

dus

S=0

S=5

S=10

S=15

S=20

S=25

Tiheduse sõltuvus soolsusest erinevate temperatuuride korral

995

1000

1005

1010

1015

1020

0 5 10 15 20 25Soolsus

Tihe

dus T=0

T=5

T=10

T=15

T=20

T=25

pST ,,

Puhta (mageda) vee suurim tihedus 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 on normaalrõhu ( p760 mm Hg = 1013.25 mb =1013.25 hPa) korral temperatuuril 4oC (joonis 1.4). Läänemere mõõdukalt soolasel veel 75S PSU ( promilli)on maksimaalne tihedus temperatuuril 2-2.50C. Soolase vee jäätumistemperatuur on väiksem kui magedal veel.Ookeanis soolsusel 35 PSU võib vesi olla vedelas olekus temperatuuridel –1.50C.

Merevee tihedus

…liikumiste ajamastaap > tundvertikaalne rõhugradiendi jõud = raskusjõud ruumiühiku kohta

gdzdp

Rõhkude vahe sügavuste 2z ja 1z vahel, const

1212

2

1

zzgzpzpdzdzdpz

z

Rõhk sügavusel h ( hz 1 ),veetaseme hälve 02z

hgpp 0

kus 0p - atmosfäärirõhk

Tiheduse vahemik 1000-1025 kg m-3

1 m sügavust 1 dbar rõhu järgi

Hüdrostaatiline tasakaal

Hüdrostaatiline stabiilsus

kontsentratsioonibasseinid:aurumine domineerib

lahejenemisbasseinid:magevee voog domineerib

nagu Vahemeri nagu Läänemeri

Läänemere Läänemere

kontseptsioonid:kontseptsioonid:

• tohutu estuaarsuuremastaabilised protsessidvahetus basseinide vahel• suur järvtuuletsirkulatsioonpinna- ja siselainedtermokliini evolutsioon• väike ookeanfrondidmesomastaapsed keerisedtermohaliinsed efektid ja peenstruktuur

tüüpiline soolsuse lõige

Süsteem meri-atmosfäär-maismaa

E,P - aurumine ja sademed mere ja maismaa kohal,W - mere kohal mõjuv tuulepinge,H - soojusvahetus mere ja maismaa kohal, kaasaarvatud kiirgus,R - mageda vee juurdevool maismaalt jõgede kaudu,L - atmosfääri külgvahetus kaugemate piirkondadega,Qout - merevee väljavool ookeani,Qin - ookeani vee juurdevool,Qup - soolasema kihi vertikaalne tõus ookeani vee

juurdevoolu tõttu,Qent - magedama kihi kaasahaare soolasemasse kihti

(entrainment) halokliini sügavuse tasakaalustamiseks,M - vertikaalne difusioonilaadne segunemine

soolasema ja magedama kihi vahel.

Euroopa merede valgalad

Eutrofeerumise efektid:• massilised vetikate vohamised• hapnikupuudus• elustiku degradeerumine

Toitainete liigne koormus eutrofeerumine

Lämmastiku koormus Fosfori koormus

Fütoplanktoni kasv on limiteeritud kas N või P poolt

Sinivetikad võivad fikseerida N õhust, kasv on limiteeritud P poolt mis võib pärineda setetest kui hapnikutingimused on halvad

Talvised toitainete kontsentratsioonid pinnakihid

näitavad toitainete varu järgmiseks produktiivseks sesooniks

EEA, 1999

Väetiste kasutaminevs talvised toitained

P

NNehring et al

Keskkonnakaitse: eutrofeerumine ja planktoni vohamine

august 1999

Sinivetikate vohamine 1982-1993

M. Kahru et al., 1994. Ambio

Päevased sinivetikate kogumid2002

2003

Sinivetikate vohamine viimastel aastatel (nt suvi 2002) on tingitud

tugeva stratifikatsiooni korral tekib merepõhja lähedal hapnikudefitsiit

selle tagajärjel vabaneb settest fosforit koguses, mis võib ületada maismaalt pärineva koguse sinivetikad fikserivad lämmastikku õhust, seega vohamist piirab fosfori kättesaadavus

sinivetikate vohamiseks on vajalik kõrge merevee temperatuur

tuulevaiksed ilmad soodustavad pinnakogumite teket

Põhjalähedased hapnikutingimused

Compiled by SMHI

2002

Laevaliiklus

Kalandus

Trendid:

Merendus Eestis:

101 sadamat, incl 31 kaubaveoks

68% reisijateveost

sadamad ja nende kliendid annavad 15-20 % of SKT-st

tööstusturg

uuringute turg

Õlitransport sadamates

NAO indeks:Islandil ja Gibraltaris mõõdetud õhurõhkude vahe

NAO : Põhja-Atlandi võnkumine

Kliimamuutused

Rekonstruktsioon Prognoos

Data from IOC-WMO 2001

Läänemere regioonis prognoositakse sademete ja jõgede vooluhulga kasvu…..

Kas soolsus kahaneb niivõrd, et Läänemeri muutub magedaks järveks?