6परतदार महासागर

गर्मियों के किसी दिन आप तट से तैरते हुए ऐसे पानी में निकलते हैं जो सुखद रूप से गरम है। फिर आप अपने पैर नीचे लटकाते हैं — और आपके पैरों को सतह से कोई दो मीटर नीचे ऐसा पानी मिलता है जो अचानक ठंडा है। समुद्र ऊपर से नीचे तक मिला हुआ नहीं है: वह परतों से बना है, ऊपर गरम और हल्की, नीचे ठंडी और घनी। खुले महासागर में यही परतबंदी किलोमीटरों नीचे तक पहुँचती है, और यही तय करती है कि समुद्र कहाँ मरुस्थल है और कहाँ जीवन से भरपूर। यह अध्याय महासागर को गहराई में देखता है: उसे कैसे मापा जाता है, उसका तापमान और उसकी लवणता नीचे की ओर कैसे बदलते हैं, परतें स्थिर क्यों हैं, और ठंडा गहरा जल कहाँ वापस सतह पर आता है।

पहले से ज्ञात

समुद्री जल में लवण घुले होते हैं: उसकी लवणता, औसतन प्रति किलोग्राम समुद्री जल में लगभग 35 ग्राम लवण, एक समुद्र से दूसरे समुद्र में बदलती है। पवनें सतही धाराओं और विशाल वृत्ताकार वलयों को चलाती हैं; ठंडे, खारे जल की गहरी धाराएँ महासागर के तल के अनुदिश धीरे-धीरे चलती हैं (पुस्तक 1, कक्षा 8)। घनत्व द्रव्यमान को आयतन से भाग देने पर मिलता है (भौतिकी की पुस्तकें)। पादप-प्लवक, यानी सूक्ष्म शैवाल, को प्रकाशसंश्लेषण द्वारा बढ़ने के लिए प्रकाश और खनिज पोषक तत्त्व चाहिए, और वे महासागर की बाक़ी खाद्य शृंखलाओं को भोजन देते हैं (जीव विज्ञान की पुस्तकें)।

6.1 महासागर को मापना

महासागर लगभग $362$ मिलियन $\mathrm{km}^{2}$ पर फैला है और औसतन $3682\,\mathrm{m}$ गहरा है: लगभग $1.33$ अरब $\mathrm{km}^{3}$ जल। इसका अधिकांश भाग प्रकाश की पहुँच से बहुत नीचे है, और इसे केवल उपकरण नीचे भेजकर ही मापा जा सकता है।

किसी जहाज़ से समुद्र-विज्ञानी एक केबल पर एक ढाँचा नीचे उतारते हैं, जिस पर लगे संवेदक जल की चालकता (जिससे उसकी लवणता परिकलित की जाती है), उसका तापमान और दाब (और इसलिए गहराई) मापते हैं; ढाँचे के चारों ओर बोतलों का एक घेरा होता है जिन्हें चुनी हुई गहराइयों पर बंद किया जाता है ताकि जल के नमूने वापस जहाज़ पर लाए जा सकें। वर्ष 2000 से रोबोटिक प्लवों के एक बेड़े ने कई मिलियन प्रोफ़ाइल जोड़े हैं: हर प्लव $1000\,\mathrm{m}$ की गहराई पर धाराओं के साथ बहता है, लगभग हर दस दिन में $2000\,\mathrm{m}$ तक डूबता है, फिर रास्ते में तापमान और लवणता मापते हुए सतह तक उठता है, और अपना प्रोफ़ाइल उपग्रह से भेज देता है।

आँकड़े: वर्ष 2026

अंतरराष्ट्रीय आर्गो तंत्र में लगभग 4000 सक्रिय प्लव हैं; उसका तीस लाखवाँ प्रोफ़ाइल जुलाई 2024 में एकत्र किया गया।

दशकों के मापनों पर औसत निकालने पर ये प्रोफ़ाइल महासागर का गहराई में एक चित्र देते हैं। इस अध्याय के प्रोफ़ाइल ऐसे ही औसत हैं, जो NOAA के राष्ट्रीय पर्यावरण सूचना केंद्र के विश्व महासागर एटलस 2023 से लिए गए हैं।

6.2 गहराई के साथ तापमान

सूर्य-प्रकाश महासागर को ऊपर से, उसकी सतही परत में, गरम करता है। पवन और लहरें इस गरम जल को लगभग एकसमान तापमान की एक परत में मथ देती हैं। उसके नीचे तापमान कुछ सौ मीटर में तेज़ी से गिरता है; और गहराई में वह धीरे-धीरे गिरकर उस ठंडे जल तक पहुँचता है जो महासागरीय द्रोणियों को भरता है।

परिभाषा 6.1 (मिश्रित परत)

मिश्रित परत महासागर की वह सतही परत है, जिसे पवन और लहरें मथती हैं, और जिसमें तापमान और लवणता गहराई के साथ लगभग नहीं बदलते।

परिभाषा 6.2 (ताप-प्रवणता परत; लवण-प्रवणता परत; घनत्व-प्रवणता परत; गहन महासागर)

ताप-प्रवणता परत मिश्रित परत के नीचे की वह परत है जिसमें तापमान गहराई के साथ तेज़ी से गिरता है। जिस परत में लवणता गहराई के साथ तेज़ी से बदलती है, वह लवण-प्रवणता परत है; जिस परत में घनत्व गहराई के साथ तेज़ी से बढ़ता है, वह घनत्व-प्रवणता परत है। इनके नीचे गहन महासागर है, ठंडा और धीरे-धीरे बदलने वाला।

उष्णकटिबंधीय प्रशांत में मिश्रित परत $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है और लगभग $60\,\mathrm{m}$ मोटी है; $70\,\mathrm{m}$ और $300\,\mathrm{m}$ के बीच तापमान लगभग उन्नीस अंश गिरता है, और $1000\,\mathrm{m}$ पर वह घटकर $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ रह जाता है। उत्तरी अटलांटिक में सतह अधिक ठंडी है और गिरावट अधिक क्रमिक। आर्कटिक महासागर में पूरा स्तंभ $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ के दो अंशों के भीतर रहता है: वहाँ कहने लायक़ कोई गरम सतही परत नहीं है।

विधि 6.3 (महासागर का प्रोफ़ाइल पढ़ना)

1. अक्ष पहचानिए: गहराई नीचे की ओर बढ़ती है, मापी गई राशि ऊपर की ओर पढ़ी जाती है।
2. मिश्रित परत ऊपरी भाग है जहाँ वक्र लगभग ऊर्ध्वाधर है; उसकी गहराई वहाँ है जहाँ वक्र मुड़ना शुरू करता है (एक प्रचलित नियम: जहाँ तापमान अपने सतही मान से $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ नीचे गिर चुका हो)।
3. ताप-प्रवणता परत वहाँ है जहाँ वक्र क्षैतिज के सबसे निकट है: सबसे कम गहराई में सबसे बड़ा परिवर्तन।
4. नीचे गहरे मान पढ़िए और एक ही गहराई पर स्थलों की तुलना कीजिए।

मिश्रित परत ऋतुओं के साथ बदलती है। सर्दियों में सतह ऊष्मा खोती है, तूफ़ान समुद्र को मथते हैं, और मिश्रित परत गहरी हो जाती है; गर्मियों में सूर्य एक पतली सतही परत को गरम करता है जिसे मंद पवनें नीचे तक मिला नहीं पातीं, और सतह के पास एक मौसमी ताप-प्रवणता परत बन जाती है — वही ठंडा जल जो तैराक के पैरों को मिलता है।

6.3 लवणता और घनत्व

समुद्री जल का घनत्व उसके तापमान और उसकी लवणता पर निर्भर करता है। इसे अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत एक सूत्र से परिकलित किया जाता है, समुद्री जल का अवस्था समीकरण, जिसे प्रयोगशाला-मापनों पर समंजित किया गया है।

प्रतिज्ञप्ति 6.4 (समुद्री जल का घनत्व)

समुद्री जल का घनत्व उसकी लवणता के साथ बढ़ता है और उसका तापमान बढ़ने पर घटता है। सतह के दाब पर, लवणता 35 वाले समुद्री जल का घनत्व $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ और $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ है; $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर शुद्ध जल का घनत्व $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ है।

आरेख पर दो बातें दिखती हैं। लवणता की एक इकाई लगभग $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ जोड़ती है। एक अंश की तापवृद्धि $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर लगभग $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, $10{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, पर $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ के पास केवल $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ घटाती है: गरम समुद्रों में घनत्व को तापमान नियंत्रित करता है, ठंडे समुद्रों में लवणता।

टिप्पणी 6.5

इस अध्याय के घनत्व सतह के दाब पर परिकलित किए गए हैं। ऊपर के जल का दाब समुद्री जल को थोड़ा संपीडित करता है, गहराई के प्रति किलोमीटर लगभग $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$; समुद्र-विज्ञानी जल राशियों की तुलना एक ही दाब पर करते हैं, ताकि केवल तापमान और लवणता का प्रभाव गिना जाए।

उष्णकटिबंधीय प्रशांत में घनत्व-प्रवणता परत ताप-प्रवणता परत से मेल खाती है। आर्कटिक महासागर में तापमान लगभग नहीं बदलता, पर लवणता सतह पर 28 से, जहाँ नदियाँ और पिघलती बर्फ़ उसे मीठा कर देती हैं, बढ़कर $500\,\mathrm{m}$ पर 34.8 हो जाती है: वहाँ लवण-प्रवणता परत ही घनत्व-प्रवणता परत है। हर स्थिति में घनत्व नीचे की ओर बढ़ता है।

परिभाषा 6.6 (स्तरीकरण)

महासागर स्तरित होता है जब उसका घनत्व गहराई के साथ बढ़ता है: हल्का जल घने जल के ऊपर परतों में टिका होता है।

स्तरित महासागर स्थिर होता है। घने जल में नीचे धकेला गया जल का एक पार्सल अपने परिवेश से हल्का होता है और तैरकर वापस ऊपर आ जाता है; ऊपर धकेला गया पार्सल वापस डूब जाता है। परतों को मिलाने के लिए पवन को इसके विरुद्ध कार्य करना पड़ता है, और घनत्व-प्रवणता परत जितनी प्रबल हो, यह उतना ही कठिन है: ताप-प्रवणता परत एक ढक्कन है जो सतह को गहन महासागर से अलग करता है। गहन महासागर उस जल से भरा है जो बहुत पहले ठंडे ध्रुवीय समुद्रों से डूबा था, जहाँ सतही जल इतना घना हो जाता है कि डूब जाए (पुस्तक 1, कक्षा 8)।

6.4 उत्स्रवण

परिभाषा 6.7 (उत्स्रवण)

उत्स्रवण सतही परत के नीचे से ठंडे जल का ऊपर उठना है, जो उस सतही जल का स्थान लेता है जिसे पवन दूर धकेल देती है। यह कुछ तटों के अनुदिश और खुले महासागर में होता है।

किसी तट के अनुदिश, किनारे के समांतर बहती पवन सतही जल को खींचती है; पृथ्वी के घूर्णन के कारण जल केवल पवन के पीछे नहीं चलता बल्कि उससे मुड़ जाता है, उत्तरी गोलार्ध में दाईं ओर और दक्षिणी गोलार्ध में बाईं ओर (यह कैसे होता है, यह विश्वविद्यालय के खंडों का विषय है)। पेरू के पास पवन किनारे के अनुदिश भूमध्य रेखा की ओर बहती है, और सतही जल समुद्र की ओर धकेल दिया जाता है; उसका स्थान लेने के लिए तट के पास ठंडा जल ऊपर उठता है। उत्स्रवण भूमध्य रेखा के अनुदिश भी होता है, जहाँ व्यापारिक पवनें सतही जल को दोनों ओर उससे दूर धकेलती हैं।

ऊपर उठने वाला जल केवल ठंडा नहीं होता। सूर्य-प्रकाशित सतही परत के नीचे, मृत प्लवकों के अवशेष, जो डूबते और सड़ते हैं, वे खनिज पोषक तत्त्व छोड़ते हैं जिनकी पादप-प्लवकों को आवश्यकता होती है। प्रकाश में वापस लाए जाने पर ये पोषक तत्त्व उत्स्रवण क्षेत्रों को महासागर का सबसे उत्पादक जल बना देते हैं, जहाँ सबसे समृद्ध मत्स्य-क्षेत्र होते हैं। जहाँ महासागर प्रबल रूप से स्तरित है और कुछ भी गहरे जल को ऊपर नहीं लाता, वहाँ सूर्य-प्रकाशित परत के पोषक तत्त्व समाप्त हो जाते हैं: उपोष्ण वलयों के केंद्र महासागर के मरुस्थल हैं।

6.5 अभ्यास

अभ्यास 6.1 ★

मिश्रित परत और ताप-प्रवणता परत की परिभाषा दीजिए। मिश्रित परत को क्या मथता है?

हल

हल — अभ्यास 6.1.

मिश्रित परत महासागर की वह सतही परत है जिसमें तापमान और लवणता गहराई के साथ लगभग नहीं बदलते; ताप-प्रवणता परत उसके नीचे की वह परत है जिसमें तापमान गहराई के साथ तेज़ी से गिरता है। पवन और लहरें मिश्रित परत को मथती हैं (सर्दियों में सतह का ठंडा होना भी इसमें सहायता करता है)।

अभ्यास 6.2 ★

उत्स्रवण की परिभाषा दीजिए। उत्स्रवण क्षेत्रों का जल जीवन से समृद्ध क्यों होता है?

हल

हल — अभ्यास 6.2.

उत्स्रवण सतही परत के नीचे से ठंडे जल का ऊपर उठना है, जो पवन द्वारा दूर धकेले गए सतही जल का स्थान लेता है। ऊपर उठता जल खनिज पोषक तत्त्वों को सूर्य-प्रकाशित परत में लाता है, जहाँ पादप-प्लवक बढ़ने के लिए उनका उपयोग करते हैं; पादप-प्लवक बाक़ी खाद्य शृंखला को भोजन देते हैं।

अभ्यास 6.3 ★

तीनों स्थलों के तापमान-प्रोफ़ाइलों की सहायता से उष्णकटिबंधीय प्रशांत और आर्कटिक महासागर में सतह पर और $1000\,\mathrm{m}$ पर तापमान बताइए।

हल

हल — अभ्यास 6.3.

उष्णकटिबंधीय प्रशांत: सतह पर लगभग $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ और $1000\,\mathrm{m}$ पर $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$। आर्कटिक महासागर: सतह पर लगभग $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ और $1000\,\mathrm{m}$ पर $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ के निकट।

अभ्यास 6.4 ★

कौन अधिक घना है, $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर लवणता 35 का समुद्री जल या $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर? एक ही तापमान पर लवणता 35 का समुद्री जल या शुद्ध जल? अध्याय के मानों का उपयोग कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 6.4.

$0{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, जबकि $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$)। समुद्री जल: $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर शुद्ध जल का घनत्व $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ है, लवणता 35 वाले समुद्री जल का लगभग $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (आरेख पर पढ़ा गया)।

अभ्यास 6.5 ★

समझाइए कि प्रोफ़ाइल-मापी प्लव महासागर का प्रोफ़ाइल कैसे मापता है, और जहाँ जहाज़ कम ही जाते हैं वहाँ प्लव उपयोगी क्यों हैं।

हल

हल — अभ्यास 6.5.

प्लव $1000\,\mathrm{m}$ पर बहता है, $2000\,\mathrm{m}$ तक डूबता है, फिर रास्ते में तापमान, लवणता (चालकता से) और दाब मापते हुए सतह तक उठता है; सतह पर वह अपना प्रोफ़ाइल उपग्रह से भेजता है और फिर डूब जाता है। प्लव धाराओं के साथ पूरे महासागर में बहते हैं और वर्षों तक, हर ऋतु में, जहाज़ों के मार्गों से दूर काम करते हैं।

अभ्यास 6.6 ★★

महासागर $361.84$ मिलियन $\mathrm{km}^{2}$ पर फैला है और उसकी माध्य गहराई $3682\,\mathrm{m}$ है। उसका आयतन घन किलोमीटर में परिकलित कीजिए। ऊपरी $100\,\mathrm{m}$ उसकी गहराई का कितना अंश है?

हल

हल — अभ्यास 6.6.

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$, लगभग $1.33$ अरब घन किलोमीटर। $100/3682 \approx 0.027$: माध्य गहराई के $3\,\%$ से कम।

अभ्यास 6.7 ★★

अगस्त के उत्तरी अटलांटिक प्रोफ़ाइल में तापमान सतह पर $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$, $15\,\mathrm{m}$ पर $22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, $20\,\mathrm{m}$ पर $21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ और $50\,\mathrm{m}$ पर $17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ है। विधि के नियम की सहायता से मिश्रित परत की गहराई का अनुमान लगाइए। $20\,\mathrm{m}$ और $50\,\mathrm{m}$ के बीच तापमान गिरने की औसत दर, अंश प्रति मीटर में, क्या है?

हल

हल — अभ्यास 6.7.

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, जो $15\,\mathrm{m}$ पर पहुँचता है: मिश्रित परत लगभग $15\,\mathrm{m}$ गहरी है। $20\,\mathrm{m}$ और $50\,\mathrm{m}$ के बीच: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ प्रति मीटर।

अभ्यास 6.8 ★★

उसी उत्तरी अटलांटिक स्थल पर सतह फ़रवरी में $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ और अगस्त में $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है, जबकि $300\,\mathrm{m}$ पर वह दोनों महीनों में $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है। समझाइए कि गहरा जल ऋतुओं का अनुसरण क्यों नहीं करता, और सर्दियों की मिश्रित परत गर्मियों की परत से कहीं अधिक गहरी क्यों होती है।

हल

हल — अभ्यास 6.8.

सूर्य केवल सतही परत को गरम करता है, और मौसमी गरम होना और ठंडा होना केवल मिश्रित परत में फैलता है: ताप-प्रवणता परत के नीचे का जल इनसे कटा रहता है। सर्दियों में सतह ठंडी होती है, अधिक घनी होकर नीचे के जल में डूबती है, और तूफ़ान समुद्र को मथते हैं: मिश्रण गहराई तक जाता है। गर्मियों में सूर्य एक हल्की सतही परत को गरम करता है जो ठंडे जल पर तैरती है; मंद पवनें उसे नीचे नहीं धकेल पातीं, और मिश्रित परत पतली रहती है।

अभ्यास 6.9 ★★

$10{}^{\circ}\mathrm{C}$ के पास लवणता की एक इकाई घनत्व में $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ जोड़ती है और एक अंश की तापवृद्धि $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ घटाती है। कितने अंश की तापवृद्धि लवणता की एक इकाई को निष्प्रभावी कर देती है? यही प्रश्न $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ के पास हल कीजिए, जहाँ एक अंश केवल $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ घटाता है। ध्रुवीय समुद्रों के लिए आप क्या निष्कर्ष निकालते हैं?

हल

हल — अभ्यास 6.9.

$10{}^{\circ}\mathrm{C}$ के पास $0.78/0.18 \approx 4.3$ अंश; $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ के पास $0.78/0.06 = 13$ अंश। ठंडे ध्रुवीय समुद्रों में घनत्व के लिए लवणता के छोटे परिवर्तन तापमान के परिवर्तनों से कहीं अधिक मायने रखते हैं: वहाँ परतबंदी को लवणता नियंत्रित करती है।

अभ्यास 6.10 ★★

आर्कटिक महासागर में सतह का जल $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है और उसकी लवणता 28.1 है, और $200\,\mathrm{m}$ पर जल $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर है और उसकी लवणता 33.3 है। उनके घनत्व $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ और $1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ हैं। गहरे जल को क्या अधिक घना बनाता है? उनके बीच की परत का नाम बताइए।

हल

हल — अभ्यास 6.10.

तापमान एक-सा है: गहरा जल इसलिए अधिक घना है कि वह अधिक खारा है (33.3, जबकि 28.1)। उनके बीच की परत, जहाँ लवणता गहराई के साथ तेज़ी से बदलती है, एक लवण-प्रवणता परत है; यहाँ वह घनत्व-प्रवणता परत भी है।

अभ्यास 6.11 ★★

किसी लहर द्वारा नीचे धकेले गए सतही जल के एक पार्सल की सहायता से समझाइए कि स्तरित महासागर स्थिर क्यों होता है।

हल

हल — अभ्यास 6.11.

नीचे धकेले जाने पर पार्सल अपना तापमान और लवणता, और इसलिए अपना घनत्व, बनाए रखता है। घने जल से घिरा होने पर वह अपने द्वारा हटाए गए जल से हल्का होता है: उत्प्लावन उसे वापस उसके अपने तल तक धकेल देता है। ऊपर धकेला गया पार्सल अपने नए परिवेश से अधिक घना होगा और वापस डूब जाएगा। परतें स्थिर हैं।

अभ्यास 6.12 ★★★

$0{}^{\circ}\mathrm{C}$ पर लवणता 35 वाले एक लीटर समुद्री जल को $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ तक गरम किया जाता है। अध्याय के घनत्वों की सहायता से उसका द्रव्यमान परिकलित कीजिए, फिर उसका नया आयतन। वह कितने मिलीलीटर फैला है? महासागर की $700\,\mathrm{m}$ मोटी एक परत उसी अनुपात में गरम होती है: उसकी मोटाई कितनी बढ़ती है? (यह महासागर के वास्तविक तापन का एक बहुत बढ़ा-चढ़ाकर लिया गया रूप है, जिसका उपयोग यहाँ केवल प्रभाव दिखाने के लिए किया गया है।)

हल

हल — अभ्यास 6.12.

द्रव्यमान: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$। नया आयतन: $1.0281/1023.3 \approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$, लगभग $1004.7\,\mathrm{mL}$: वह लगभग $4.7\,\mathrm{mL}$, यानी $0.47\,\%$, फैला है। $700\,\mathrm{m}$ की परत $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$ मोटी हो जाएगी।

अभ्यास 6.13 ★★★

उष्णकटिबंधीय प्रशांत में घनत्व $50\,\mathrm{m}$ पर $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ और $200\,\mathrm{m}$ पर $1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ है; फ़रवरी में उत्तरी अटलांटिक में ऊपरी $150\,\mathrm{m}$ में तापमान लगभग नहीं बदलता। दोनों में से किसमें तूफ़ान के लिए जल को $150\,\mathrm{m}$ तक मथना अधिक आसान होगा? समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 6.13.

फ़रवरी में उत्तरी अटलांटिक में। वहाँ ऊपरी $150\,\mathrm{m}$ का तापमान लगभग एक-सा है, इसलिए घनत्व भी लगभग एक-सा: उसे मथने में थोड़ी ही ऊर्जा लगती है। उष्णकटिबंधीय प्रशांत में $50\,\mathrm{m}$ और $200\,\mathrm{m}$ के बीच घनत्व $1026.0 - 1021.6 = 4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ बढ़ता है: एक प्रबल घनत्व-प्रवणता परत, और तूफ़ान को हल्के जल को कहीं अधिक घने जल में नीचे धकेलना पड़ता।

अभ्यास 6.14 ★★★

पर्णहरित के मानचित्र पर किसी भी तट से दूर खुले महासागर में उच्च पर्णहरित के दो क्षेत्र, और बहुत कम पर्णहरित का एक बड़ा क्षेत्र खोजिए। अध्याय की सहायता से हर एक को समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 6.14.

तटों से दूर उच्च पर्णहरित: प्रशांत में (और अटलांटिक में) भूमध्य रेखा के अनुदिश की पट्टी, जहाँ व्यापारिक पवनें उत्स्रवण चलाती हैं; और उच्च अक्षांश, जैसे उत्तरी अटलांटिक, जहाँ सर्दियों की मिश्रित परत गहराई तक पहुँचती है और पोषक तत्त्वों को ऊपर लाती है। बहुत कम पर्णहरित: प्रबल रूप से स्तरित उपोष्ण वलयों के केंद्र, जहाँ कुछ भी गहरे जल को ऊपर नहीं लाता और सूर्य-प्रकाशित परत के पोषक तत्त्व समाप्त हो चुके हैं।

अभ्यास 6.15 ★★★

मान लीजिए कि एक प्लव छह घंटों में $1000\,\mathrm{m}$ से $2000\,\mathrm{m}$ तक डूबता है, फिर दस घंटों में सतह तक उठता है। हर चरण में उसकी औसत ऊर्ध्वाधर चाल सेंटीमीटर प्रति सेकंड में परिकलित कीजिए। यदि वह उठते समय हर $2\,\mathrm{s}$ पर मापन करे, तो एक प्रोफ़ाइल में कितने मापन होते हैं, और औसतन दो मापनों के बीच कितनी गहराई का अंतर होता है?

हल

हल — अभ्यास 6.15.

डूबना: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, लगभग $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$। उठना: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, लगभग $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$। $36\,000/2 = 18\,000$ मापन, जिनके बीच औसतन $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$ का अंतर है।

6.6 समस्या: पेरू के पास एक मापन

समस्या 6.1

सप्ताहांत समस्या — दक्षिण प्रशांत के दो प्रोफ़ाइल

तालिका दक्षिण प्रशांत के दो स्थानों पर औसत तापमान और लवणता, और सतह के दाब पर परिकलित घनत्व देती है: पेरू के पास ($13.5{}^{\circ}$ दक्षिण, $77.5{}^{\circ}$ पश्चिम) और उपोष्ण वलय के बीच में ($20.5{}^{\circ}$ दक्षिण, $110.5{}^{\circ}$ पश्चिम)।

	पेरू के पास			वलय
गहराई ($\mathrm{m}$)	${}^{\circ}\mathrm{C}$	लवणता	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$	${}^{\circ}\mathrm{C}$	लवणता	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$
0	19.0	35.08	1025.08	24.0	36.41	1024.71
25	17.4	35.06	1025.47	23.9	36.39	1024.73
50	15.8	35.03	1025.83	23.6	36.38	1024.80
100	13.7	34.93	1026.20	22.6	36.27	1025.02
200	12.4	34.89	1026.44	20.3	35.80	1025.30
300	11.1	34.80	1026.62	14.4	34.76	1025.92
500	7.9	34.60	1026.97	7.1	34.39	1026.92

भाग I — प्रोफ़ाइल पढ़ना।

1. सतह पर कौन-सा स्थल अधिक गरम है, और कितना?
2. कौन-सा स्थल भूमध्य रेखा से अधिक दूर है? क्या सतही तापमान का अंतर वैसा ही है जैसा आप केवल अक्षांशों से अपेक्षा करते?
3. विधि के नियम की सहायता से वलय में मिश्रित परत की गहराई का अनुमान लगाइए।
4. क्या पेरू के पास कोई मिश्रित परत है? ऊपरी $100\,\mathrm{m}$ का वर्णन कीजिए।
5. वलय में किन गहराइयों के बीच तापमान सबसे तेज़ी से गिरता है? दर बताइए, अंश प्रति सौ मीटर में।
6. मोटे तौर पर, हर स्थल पर $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ का जल किस गहराई पर है?

भाग II — घनत्व।

7. जाँचिए कि दोनों स्थलों पर घनत्व गहराई के साथ बढ़ता है। यह उनकी स्थिरता के बारे में आपको क्या बताता है?
8. वलय में सतही जल पेरू के पास की तुलना में अधिक खारा है। इससे वह अधिक घना होना चाहिए या हल्का? क्या वह अधिक घना है?
9. समझाइए कि दोनों प्रभावों में से कौन जीतता है।
10. पेरू के पास सतह से $200\,\mathrm{m}$ तक घनत्व में वृद्धि परिकलित कीजिए।
11. वलय में यही वृद्धि परिकलित कीजिए।

भाग III — स्तरीकरण की तुलना।

12. वलय में ऊपरी $500\,\mathrm{m}$ की घनत्व-वृद्धि का अधिकांश भाग कहाँ मिलता है: $200\,\mathrm{m}$ के ऊपर या नीचे?
13. पेरू के पास यह कहाँ मिलता है?
14. $500\,\mathrm{m}$ पर दोनों स्थलों की तुलना कीजिए। यह दोनों के नीचे के गहरे जल के बारे में क्या संकेत देता है?
15. कुछ वाक्यों में समझाइए कि पेरू के पास ताप-प्रवणता परत को सतह की ओर कैसे उठा दिया गया है।
16. पादप-प्लवक ऊपर के कुछ दसियों मीटर में रहते हैं। किस स्थल पर ताप-प्रवणता परत के नीचे का पोषक-समृद्ध जल पवन के मथने की पहुँच में है? समझाइए।

भाग IV — पेरू का जल उत्पादक क्यों है।

17. यदि किनारे के अनुदिश पवन महीनों तक बहना बंद कर दे, तो पेरू के पास सतही जल कैसा होगा?
18. पर्णहरित के मानचित्र की सहायता से दोनों स्थलों की तुलना कीजिए।
19. समझाइए कि सूर्य-प्रकाश से भरा होने के बावजूद वलय को महासागर का मरुस्थल क्यों कहा जाता है।
20. पेरू के पास और वलय में सतह से $200\,\mathrm{m}$ तक की घनत्व-वृद्धियों का अनुपात परिकलित कीजिए, और बताइए कि यह क्या दिखाता है।

हल

हल — समस्या 6.1.

1. वलय, $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ से।

2. वलय ($20.5{}^{\circ}$ दक्षिण, जबकि $13.5{}^{\circ}$ दक्षिण)। भूमध्य रेखा से अधिक दूर होने के कारण उसे अधिक ठंडा होना चाहिए: केवल अक्षांश यह नहीं समझा सकते कि वह $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ अधिक गरम क्यों है।

3. $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, जो $50\,\mathrm{m}$ (23.6) और $100\,\mathrm{m}$ (22.6) के बीच, लगभग $50 + 50 \times 0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$ पर पहुँचता है।

4. नहीं: तापमान सतह से ही लगातार गिरता है, पहले $25\,\mathrm{m}$ में $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ और पहले $100\,\mathrm{m}$ में $5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$; ताप-प्रवणता परत सतह से ही शुरू होती है।

5. $200\,\mathrm{m}$ और $300\,\mathrm{m}$ के बीच: $20.3 - 14.4 = 5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ प्रति सौ मीटर।

6. पेरू के पास, $50\,\mathrm{m}$ और $100\,\mathrm{m}$ के बीच: अंतर्वेशन से लगभग $70\,\mathrm{m}$ (पूरा प्रोफ़ाइल $65\,\mathrm{m}$ देता है)। वलय में, $200\,\mathrm{m}$ और $300\,\mathrm{m}$ के बीच: लगभग $200 + 100 \times 5.3/5.9 \approx 290\,\mathrm{m}$।

7. हाँ, दोनों स्तंभों के हर तल पर: हल्का जल घने जल के ऊपर टिका है, और दोनों स्तंभ स्थिर हैं।

8. अधिक खारा जल अधिक घना होना चाहिए; फिर भी वलय का सतही जल हल्का है: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, जबकि $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$।

9. वलय का जल लगभग 1.3 इकाई अधिक खारा है, जो लगभग $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ जोड़ता है; वह $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ अधिक गरम है, जो इन तापमानों पर लगभग $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ घटाता है। तापमान जीतता है।

10. $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$।

11. $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$।

12. सतह से $500\,\mathrm{m}$ तक घनत्व $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ बढ़ता है, जिसमें से केवल $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ $200\,\mathrm{m}$ के ऊपर: इसका अधिकांश भाग, $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, $200\,\mathrm{m}$ के नीचे है, $200\,\mathrm{m}$ और $500\,\mathrm{m}$ के बीच की ताप-प्रवणता परत में।

13. पेरू के पास सतह से $500\,\mathrm{m}$ तक घनत्व $1026.97 - 1025.08 = 1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ बढ़ता है, जिसमें से $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ ऊपरी $200\,\mathrm{m}$ में: इसका अधिकांश भाग सतह के पास है।

14. $500\,\mathrm{m}$ पर दोनों स्थल लगभग एक जैसे हैं ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ और $7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ और $1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): दोनों के नीचे वही ठंडा जल है; अंतर यह है कि वह सतह के कितने पास आता है।

15. किनारे के अनुदिश भूमध्य रेखा की ओर बहती पवन सतही जल को समुद्र की ओर धकेलती है; उसका स्थान लेने के लिए नीचे का जल तट के पास ऊपर उठता है। ताप-प्रवणता परत का ठंडा जल ऊपर खिंच आता है, इसलिए ताप-प्रवणता परत तट की ओर ऊपर झुकती है और लगभग सतह तक पहुँच जाती है।

16. पेरू के पास: ताप-प्रवणता परत के नीचे से आया $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ से $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ का जल ऊपरी $100\,\mathrm{m}$ के भीतर है, पवन के मथने और प्रकाश दोनों की पहुँच में। वलय में वह $250\,\mathrm{m}$ से नीचे है, एक गरम, हल्की परत के नीचे जिसे पवन उतनी गहराई तक नहीं मथ सकती।

17. उत्स्रवण रुक जाता: सतही जल धूप में गरम होता, ऊपर एक गरम हल्की परत बन जाती, और सूर्य-प्रकाशित परत को पोषक तत्त्वों की आपूर्ति घटती जाती।

18. पेरू का तट हल्के नीले से पीला है (बहुत पर्णहरित); दक्षिण प्रशांत वलय का मध्य भाग मानचित्र के सबसे गहरे नीले क्षेत्रों में है (बहुत कम)।

19. पादप-प्लवकों को प्रकाश के साथ-साथ पोषक तत्त्व भी चाहिए। वलय में प्रबल स्तरीकरण गहरे, पोषक-समृद्ध जल को सूर्य-प्रकाशित परत से बहुत नीचे रखता है, और सतही परत के पोषक तत्त्व बहुत पहले समाप्त हो चुके हैं।

20. $1.36/0.59 \approx 2.3$: ऊपरी $200\,\mathrm{m}$ में घनत्व-वृद्धि पेरू के पास वलय की तुलना में लगभग 2.3 गुना अधिक है। घनत्व-प्रवणता परत, अपने नीचे के ठंडे, पोषक-समृद्ध जल के साथ, पेरू के पास ऊपरी $200\,\mathrm{m}$ में उठा दी गई है, जबकि वलय में वह अधिक गहराई पर, $200\,\mathrm{m}$ के नीचे, है।