fizička oceanografija - vježbe -...

Fizička oceanografija -vježbe

Biologija i ekologija mora

Na vježbama ćemo obraditi: 1. Metode određivanja slanosti mora 2. Mjerenje temperature mora 3. Određivanje tlaka i gustoće mora4. Metode određivanja optičkih svojstava5. Metode mjerenja i obrade morskih struja6. Metode mjerenja i obrade mareografskih podataka7. Mjerenje površinskih valova8. Korištenje satelitskih mjerenja u fizičkoj oceanografiji 9. Grafički prikazi podataka u fizičkoj oceanografiji 10. Krstarenje istraživačkim brodom i mjerenje hidrografskom sondom 11. Obrada i analiza podataka prikupljenih tijekom krstarenja 12. Određivanje karakteristika vodenih masa na temelju T-S dijagrama13. Klasična metoda dinamičkog računa – proračun geostrofičkih struja14. Posjet oceanografskom muzeju na Hrvatskom Hidrografskom Institutu15. Seminari

Uzimanje uzoraka mora

Cilj: uzimanje uzorke mora sa različitih dubinaKoristimo se crpcima

Nansenovi crpciNiskinovi crpci

Rozeta s Niskinovim crpcima

Nansenov crpac

Uzimanje uzoraka mora – Nansenovcrpac

1. Spustimo otvoreni crpac na željenu dubinu

2. Crpac je otvoren na gornjem i donjem kraju i kroz njega slobodno struji voda

3. Pustimo uteg niz žicu4. Uteg udari u kvačicu i oslobodi crpac5. Crpac se prevrne i zatvori –u njemu

ostane morska voda sa željene dubine

Problemi: u crpac stane mala količina vode, mjerenja su samo na određenim dubinama – možemo propustiti nešto zanimljivo.

Uzimanje uzoraka mora – Niskinovcrpac

1. Spustimo otvoreni Niskinov crpac do željene dubine

2. Morska voda slobodno struji kroz crpac3. Pošaljemo električni signal koji otpusti

elastičnu vrpcu kojem su vezani gornji i donji poklopac crpac (ili ponovo uteg)

4. Crpac se zatvori – izvučemo ga na površinu

Prednosti u odnosu na Nansenov crpac:Niskinov crpac je učvršćen na žicu na oba kraja

pa može podnijeti veću težinu morske vode: Niskinovi crpci su mnogo veći on Nansenovih.

Na jednoj rozeti se može kombinirati više Niskinovih crpaca.

Mane: Mjerenja nisu kontinuirana

Uzimanje uzoraka mora

Provodi se na oceanografskim krstarenjimaWOCE World Ocean Circulation Experiment – desetogodišnji eksperiment (1990-1998) za određivanje svojstava svjetskih mora.

WOCE plan krstarenja

SalinitetRazne definicije:

Ukupna količina otopljenih tvari u [g] u 1 [kg] morske vode.Ukupna količina otopljenih tvari u gramima sadržana u 1 kg morske vode kada su svi karbonati pretvoreni u okside, brom i jod su zamijenjeni klorom i sva organska materija je oksidirana. Definicije na temelju kloriniteta(Cl - masa srebra potrebna da se potroše halogenidi u 0.3285234 kg morske vode).

0.013Sr2+

100 %34.482Ukupno:

0.380K+

0.400Ca2+

1.272Mg2+

30.6 %10.556Na+

Kationi

0.001F-

0.026H2BO3-

0.065Br-

0.140HCO3-

2.649SO42-

55 %18.980Cl-

Maseni udioSrednja vrijednost

Anioni

Dittmarovo pravilo (1884): neovisno o apsolutnoj koncentraciji relativni omjeri makrokonstituenata u svjetskim morima su konstantni.

Salinitet - zadaciZadatak 1.Popunite treći stupac tablice na prethodnoj stranici, tj. odredite

masene udijele pojedinih makrokonstituenata u morskoj vodi. Zadatak 2.Neka je izmjereni salinitet morske vode 36. Koliko ima grama Na+,

a koliko Cl- u 2.5 kg morske vode? Zadatak 3.U 1 kg morske vode ima 0.42 g kalija. Koliki je salinitet?

Kemijske metode određivanja saliniteta – kemijska titracija

Analizira se 15 cm3 morske vode Koristi se otopine od 186 g AgNO3 u 500 g destilirane vode

AgNO3+NaCl NaNO3 + AgCl

2AgNO3+K2CrO4 Ag2CrO4+2KNO3

crveni prah

Na temelju utrošenog srebrenog nitrata određuje se klorinitet (Cl):Polovica volumena (u cm3) utrošenog AgNO3 jednaka je klorinitetu (Cl)

Iz kloriniteta se računa salinitet

S=0.03+1.805*Cl

Točnost metode je 0.02

bijeli prah

Salinitet - zadaciZadatak 4.Klorinitet morske vode je 19 g. Koliki je salinitet? Zadatak 5.Salinitet morske vode određen je kemijskom titracijom. Utrošeno je

40 cm3 AgNO3. Koliki je salinitet?

Fizikalne metode određivanja saliniteta

Fizikalne metode određivanja saliniteta se temelje na mjerenju otpornosti i vodljivosti morske vode. Fizikalne metode dijele se na:

Konduktivne metode (Wheatsonov most) (konduktivni salinometar s elektrodnim senzorima)Induktivne metode (induktivni salinometar s bezelektrodnim senzorima)

Fizikalne metode određivanja saliniteta –konduktivne metode - Wheatsonov most

Mijenjamo varijabilni otpor o dok sustav ne dođe u ravnotežu. Kada je sustav u ravnoteži galvanometrom (žicom na kojoj se nalazi) struja prestane teći. U ravnotežnom stanju je:

Od tud lako odredimo b – otpor morske vode nepoznatog saliniteta

a – normalna morska voda (salinitet = 35)b – uzorak nepoznatog salinitetac, d – poznati otporio – potenciometar (promjenjivi otpor)k – klizni kontaktI – izvor strujet – galvanometar – mjeri struju

Wheatsonov most

dcboa /)/( =+

Fizikalne metode određivanja saliniteta –konduktivne metode - Wheatsonov most

Formule za određivanje saliniteta kad je poznat konduktivitet (C)

SRRRRRS

tt

ttt

Δ++−++−=

2/52

2/32/1

*7081.2*0261.7*0941.14*3851.25*1692.00080.0

)0,,(/)0,,( tKClCtSCRt =

( )( )

2/522/3

2/1

*0144.0*636.0*0375.0

*0066.0*0056.00005.0150162.01

15

ttt

tt

RRR

RRt

tS

−+−

−−+⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

−=Δ

422 ≤≤ Sza

Fizikalne metode određivanja saliniteta –induktivne metode

Induktivni salinometar se sastoji od dvije zavojnice, primarne i sekundarne. Kroz primarnu zavojnicu teče struja, te se generira izmjenično magnetsko polje. Magnetsko polje generira struju u morskoj vodi nepoznatog saliniteta, čiji su nosioci ioni u morskoj vodi. Struja je jača što je u morskoj vodi više iona, odnosno što je salinitet veći. Struja inducirana u morskoj vodi stvara promjenjivo magnetsko polje u sekundarnoj zavojnici U sekundarnoj zavojnici se generira elektromotorna sila.Inducirani napon u sekundarnoj zavojnici proporcionalan je salinitetu morske vode.

Primarna zavojnica

Sekundarnazavojnica

Morska voda

CTD sonda (Conductivity, Temperature, Density –vodljivost, temperatura, gustoća)

CTD sonda • Moguća kontinuirana mjerenja saliniteta i temperature• Moguće dodavanje drugih senzora• Mjere se parametri električne vodljivosti iz kojih se preračunava salinitet• Potrebna je kalibracija sonde

Mjerenja koja “odašilje” CTD sonda

CTD sonda (Conductivity, Temperature, Density – vodljivost, temperatura, gustoća)

Određivanje saliniteta

Ovisnost o dubini (depth)

Ovisnost o temperaturi (temp)

Ovisnost o vodljivosti (cond)

Mjerenje temperatureRazlikuju se mjerenja površinske i dubinske temperature. Mjerenja površinske temperature:- Zaštićeni termometar- SatelitiMjerenja temperature po dubini:- Obrtni termometar- Batitermograf- CTD Sonda- TermistoriMjerenja temperature po dubini mogu biti pojedinačna (mjerimo

temperaturu samo na nekim dubinama) ili kontinuirana (mjerimo temperaturu na svim dubinama od površine pa do neke dubine).

Mjerenje površinske temperature

Zaštićeni termometar1. Termometar se spusti ispod površine mora2. More kroz rupice uđu u spremnik3. Termometar se ostavi neko vrijeme pod površinom4. Termometar se izvadi. 5. Očita se temperatura – van mora spremnik služi

kao zaštita: termometar je zaštićen od promjena temperature zbog drugačije temperature zraka ili zbog naglih naleta vjetra.


Satelitska mjerenja površinske temperatureSateliti imaju senzore za infracrveno zračenje – iz očitanog infracrvenog zračenja određuje se površinska temperatura

Dobra globalna pokrivenosta) siječanj

b) srpanj

c) razlika b) i a).


Satelitska mjerenja površinske temperatureMoguće praćenje morskih struja


Satelitska mjerenja površinske temperatureUočavanje i analiza zanimljivih situacija

06/07/2006

26/07/2006Izuzetno toplo morepogodovalo “invaziji”meduza u ljeto 2006.

Mjerenja površinske temperature

Satelitska mjerenja površinske temperature - sažetakPrednosti:

Globalna pokrivenost Mjerenja svaki dan

Mane:Isključivo površinska mjerenjaNa točnost mjerenja utječe količina vlaga u zraku –mjerenja je potrebno korigirati Oblaci sprečavaju mjerenja

Mjerenja temperature po dubini

Obrtni termometar

( )( ) ( ) ( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++−+

+−=Δ

Δ+=

KVTtT

KVTtTT

TTT

00 **1***

T – temperatura na dubini mjerenjaT* - temperatura očitana na obrtnom termometru na palubit – temperatura sredine u kojoj se provodi očitavanjeV0 – volumen žive u cijevi ispod nulte linije K – recipročna vrijednost koeficijenta relativne termičke ekspanzije žive u staklu

Točnost ~ 0.010C

Termometar se spušta u more u uspravnoj poziciji i tada funkcionira kao obični živin termometar. Na željenoj dubini termometar se okrene za 1800 pri čemu se stupac žive prekine u točki suženja. Živa iznad točke suženja otječe u suprotan kraj cijevi gdje se na skali očitava temperatura. Termometar se vadi na površinu gdje se očitajetemperatura na obrtnum termometru i na običnom termometru. Provodi se korekcija temperature (živa se malo proširi prilikom izvlačenja zbog porasta temperature).

Uspravnapozicija

Obrnutapozicija

Korekcija temperature:

Obrtni termometar

Običnitermometar

Mjerenja temperature po dubini - zadaci

Obrtni termometarZadatak 6.Temperatura je izmjerena obrtnim termometrom na dubini od 50 m.

Temperatura očitana na obrtnom temperaturu na palubi iznosi 18oC, temperatura zraka na palubi iznosi 25 oC. Volumen žive u cijevi ispod nulte linije je 118, a K je 6140. Kolika je temperatura na dubini od 50 m?

Zadatak 7.Temperatura je izmjerena obrtnim termometrom na dubini od 50 m.

Temperatura očitana na obrtnom temperaturu na palubi iznosi 11oC, temperatura zraka na palubi iznosi 5 oC. Volumen žive u cijevi ispod nulte linije je 118, a K je 6140. Kolika je temperatura na dubini od 50 m?


Batitermograf – instrument koji daje kontinuirani profil temperature s dubinom. Točnost: T ~ 0.2 0C, h ~ 2 m.

Shematski prikaz batitermografa

E – tanka spiralna cijev s aksilenom(C8H10) – na aksilen utječe promjena temperature. Kako se mijenja temperatura aksilena tako se mijenja tlak kojim aksilen pritiska Bourdanovu cijev DD – Bourdanova cijev: Promjena tlaka savija Bourdanovu cijev i dolazi do pomicanja pisaljke C. C – pisaljka – ostavlja trag na začađenoj staklenoj pločici BB – začađena staklena pločicaA – senzor tlaka: kako tlak raste (spuštanjem po dubini) A se sužava i pomiče pločicu B ulijevo

Prvi instrument za kontinuirana mjerenja temperature po dubini.


Otporni termometriElektrični otpor morske vode ovisi o njenoj temperaturi:

Moguća mjerenja pomoću Wheatsonovog mosta i LCR strujnog kruga (L – zavojnica, C – kondenzator, RT – termistor) kod kojeg frekvencija oscilacija ovisi o otporu, a otpor o temperaturi.

Nikal) - (Ni 0066.0bakar) -(Cu 0043.0

platina) -(Pt 0039.0...)1(

10

10

10

32

−

−

−

=

=

=

++++=

CaCaCa

cTbTaTRR

Mjerenja temperature po dubini – XBT(EXpendable BathyThermograph)

Automatsko lansiranje

Ručno lansiranje

-XBT se lansira u more pištoljem za lansiranje za koji je zakačen tankom bakrenom žicom.- XBT tone konstantnom brzinom pri čemu bakrenom žicom odašilje podatke o temperaturi.- kad se odmota do kraja, bakrena žica se prekida, a XBT tone (instrument za jednokratnu upotrebu). -Mjerenja XBTom mogu se provoditi na redovnim putničkim/teretnim linijama.


Termistori – temperaturni senzori s memorijom koji se ostave u moru određeno vrijeme. Mogu biti pojedinačni, i u tom slučaju se učvrste za morsko dno ili obalu, ili više njih može biti u termistorskom lancu koji je na dnu usidren, a na površini je privezan za plutaču – dobije se kontinuirani vremenski niz mjerenja.

TERMISTORI

BIŠEVO SUŠAC

LASTOVO

Pojedinačni termistori koji su bili učvršćeni uz obalu (ispod mora) Biševa, Sušca i Lastova od ožujka do rujna 2006. godine.


Termistori Princip sidrenja

Termistorski lanac


CTD sonda • Moguća kontinuirana mjerenja saliniteta i temperature• Moguće dodavanje drugih senzora• Mjere se parametri električne vodljivosti iz kojih se preračunava temperatura• Potrebna je kalibracija sonde

Mjerenja koja “odašilje” CTD sonda

Mjerenja temperature po dubini –Argo sonde

Princip rada

Globalna raspodjela

fizička oceanografija - vježbe -...

Documents