การไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทร

เนื้อเรื่อง

การไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทร

น้ำเป็นของไหลเช่นเดียวกับอากาศ การไหลเวียนของกระแสน้ำในมหาสมุทรจึงมีลักษณะคล้ายการไหลเวียนของกระแสลมในบรรยากาศ หากแต่การไหลเวียนของกระแสน้ำมีอุปสรรคขวางกั้น เนื่องจากหนึ่งในสามของพื้นผิวโลกเป็นแผ่นดิน ดังนั้นการไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทรจึงไม่ปรากฏรูปแบบที่ชัดเจนเหมือนดังกระแสลม

ข้อแตกต่างอีกประการหนึ่ง

น้ำทะเลในมหาสมุทรมีความเค็มไม่เท่ากัน น้ำทะเลที่เค็มกว่ามีความหนาแน่นสูงจะเคลื่อนไปแทนที่น้ำทะเลที่มีความหนาแน่นต่ำ เราจึงแบ่งการไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทรเป็น 2 ประเภทคือ กระแสน้ำบริเวณพื้นผิว (Surface currents) และกระแสน้ำลึก (Deep currents)

การไหลเวียนของกระแสน้ำบริเวณพื้นผิวมหาสมุทร

กระแสน้ำพื้นผิวมหาสมุทรเกิดขึ้นเนื่องจากความฝืดของอากาศกับผิวน้ำในมหาสมุทร กระแสลมเคลื่อนที่ด้วยความแตกต่างของพลังงานจากดวงอาทิตย์ซึ่งอากาศสะสมไว้ พลังงานจากอากาศถ่ายทอดลงสู่ผิวน้ำอีกทีหนึ่ง กระแสลมพัดพาให้กระแสน้ำเคลื่อนที่ไปในทางเดียวกัน

ภาพที่ 1 อิทธิพลของกระแสลมต่อกระแสน้ำในมหาสมุทร

ภาพที่ 1 แสดงให้เห็นว่า

ลมสินค้าตะวันออกบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตร มีอิทธิพลพัดให้น้ำในมหาสมุทรเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตก และลมตะวันตกในบริเวณใกล้ขั้วโลก มีอิทธิพลพัดให้น้ำในมหาสมุทรเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออก การไหลของน้ำในมหาสมุทรเคลื่อนที่เป็นรูปวงเวียน ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้

ทรงกลมของโลกทำให้น้ำในมหาสมุทรมีอุณหภูมิแตกต่างกัน

พลังงานจากดวงอาทิตย์ตกกระทบบริเวณศูนย์สูตรมากกว่าขั้วโลก น้ำทะเลบริเวณเส้นศูนย์สูตรมีอุณหภูมิสูงจึงไหลไปทางขั้วโลก ในขณะที่น้ำทะเลบริเวณขั้วโลกมีอุณหภูมิต่ำกว่าไหลเข้ามาแทนที่ (ภาพที่ 2)

เนื่องจากน้ำมีคุณสมบัติในการเก็บความร้อนได้ดีกว่าพื้นดินกล่าว คือ

ใช้เวลาในการสะสมความร้อน และเย็นตัวลงนานกว่าพื้นดิน ดังนั้นกระแสน้ำพบพื้นผิวมหาสมุทรจึงพัดพาพลังงานความร้อนไปด้วยเป็นระยะทางไกล ทำให้เกิดผลกระทบต่อภูมิอากาศ และระบบนิเวศบนพื้นที่ชายฝั่งเป็นอย่างยิ่ง

อย่างก็ตาม อิทธิพลของกระแสลมส่งผลกระทบกระแสน้ำในมหาสมุทร

เพียงความลึก 1 กิโลเมตรเท่านั้น นั่นหมายถึง การไหลเวียนของกระแสน้ำผิวพื้น มีอิทธิพลต่อน้ำในมหาสมุทรประมาณร้อยละ 10

ภาพที่ 2 กระแสน้ำพื้นผิวมหาสมุทร

การไหลเวียนของกระแสน้ำลึกในมหาสมุทร

น้ำทะเลมีรสเค็ม เนื่องจากมีเกลือซึ่งประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆ ปะปนอยู่ในรูปของสารละลาย ในน้ำทะเล 1 ลิตร (1,000 กรัม) มีเกลืออยู่ 35 กรัม ในบริเวณที่น้ำทะเลอุณหภูมิสูง เช่น ใจกลางมหาสมุทรบริเวณเส้นศูนย์สูตร แสงแดดมีความเข้มสูง ทำให้น้ำในมหาสมุทรระเหยเป็นไอน้ำ ทิ้งแร่ธาตุที่ตกค้างไว้ในจนน้ำทะเลมีความเข้มของเกลือมาก

แต่ในที่หนาวเย็นที่บริเวณขั้วโลก แสงแดดตกกระทำพื้นผิวโลกเป็นมุมเฉียง พลังงานที่ตกกระทบน้อย

ปริมาณการระเหยของน้ำทะเลย่อมน้อยตามไปด้วย ความเข้มของเกลือจึงไม่มาก ในบริเวณใกล้ปากแม่น้ำ ความเข้มของเกลือจะน้อยเนื่องจาก อิทธิพลของน้ำจืดจากแม่น้ำลำคลอง ทำให้น้ำทะเลเจือจาง

ตารางที่ 1 ประจุเกลือในน้ำทะเล

• คลอไรด์ (Cl-) 54.3%
• โซเดียม (Na+) 30.2%
• ซัลเฟต (SO4++) 7.6%
• แมกนีเซียม (Mg++) 3.7 %
• แคลเซียม (Ca++) 1.2%
• โปแตสเซียม (K+) 1.1%
• ประจุอื่นๆ 1.9%

เกลือในทะเลและมหาสมุทรมีกำเนิดมาจากแร่ธาตุบนพื้นโลก

น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดี น้ำฝนละลายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศทำให้มีฤทธิ์เป็นกรดอ่อนๆ น้ำที่อยู่บนพื้นโลกละลายแร่ธาตุในหินและดิน และไหลรวมกันเป็นแม่น้ำลำธาร ไปสะสมกันในมหาสมุทร

สารละลายเกลือเหล่านี้อยู่ในประจุของแร่ธาตุที่สำคัญได้แก่

• ประจุโซเดียม (Na+) และ
• ประจุคลอไรด์ (Cl-)

เมื่อน้ำระเหยออกไป ประจุเหล่านี้รวมตัวกันเป็นสารประกอบ ได้แก่

• เกลือแกง (NaCl)

ภาพที่ 2 กระแสน้ำพื้นผิวมหาสมุทร

น้ำทะเลในแต่ละส่วนของโลกมีความเค็มไม่เท่ากันและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน

น้ำทะเลที่มีความหนาแน่นสูงย่อมไหลไปแทนที่น้ำทะเลที่มีความหนาแน่นต่ำ การหมุนเวียนของกระแสน้ำลึกมี ปัจจัยที่สำคัญ 2 ประการคือ

• ความร้อน (Thermo) และ
• เกลือ (Haline)

เราเรียกการไหลเวียนในลักษณะนี้ว่า “เทอร์โมฮาลีน” (Thermohaline)

วงจรการไหลเวียนของกระแสน้ำลึกในมหาสมุทร

มีชื่อเรียกว่า “แถบสายพานยักษ์” (Great conveyor belt) น้ำทะเลความหนาแน่นสูงอุณหภูมิต่ำจมตัวลงสู่ท้องมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือไหลลึกลงทางใต้ แล้วเลี้ยวไปทางตะวันออก ขณะที่มันไหลผ่านมหาสมุทรอินเดียอุณหภูมิจะสูงขึ้น และลอยตัวขึ้นทางตอนเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิก (ภาพที่ 3)

น้ำทะเลความหนาแน่นต่ำอุณหภูมิสูงจากมหาสมุทรแปซิฟิก

ไหลวกกลับผ่านมหาสมุทรอินเดียลงมาทางมหาสมุทรแอตแลนติกใต้ แล้วไหลย้อนมาทางมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือ กระแสน้ำมีความเค็มมากขึ้นเนื่องจากการระเหยของน้ำประกอบกับการเดินทางเข้าใกล้ขั้วโลกทำให้อุณหภูมิต่ำลง จนจมตัวลงอีกครั้งเป็นการครบรอบวงจร ใช้เวลาประมาณ 500 – 2,000 ปี การไหลเวียนเช่นนี้ส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศในระยะยาว อาทิเช่น ยุคน้ำแข็งเล็ก ในยุโรปเมื่อคริสต์ศตวรรษที่ 17 อิทธิพลของการไหลเวียนแบบเทอร์โมฮาลีน มีอิทธิพลต่อน้ำในมหาสมุทรประมาณร้อยละ 90

ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ Lesa โครงการเรียนรู้เรื่องวิทยาศาตร์โลกและอวกาศ
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต