بخشی از مقاله
چکیده
چرخه جهانی کربن با برقراری تعادل بین جو، اقیانوس و خشکی نقش بسیار مهمی در آبوهوای کره زمین دارد. در حالیکه اقیانوس با جذب دیاکسید کربن موجود در هوا سبب کاهش غلظت آن در جو میشود. بهنوعی جذب کربن دیاکسید توسط اقیانوس مفید است. اما افزایش غلظت کربن دیاکسید در اقیانوس اثرهای مخربی را نیز به همراه دارد که میتوان به اسیدی شدن آب دریا و برهم خوردن نظم زیستی در اقیانوس و به خطر افتادن زندگی موجودات زنده در آب اشاره کرد. به همین دلیل مطالعه و بررسی چرخه کربنی اقیانوسی و عوامل تأثیرگذار بر آن از اهمیت فراوانی برخوردار است.
در این پژوهش تأثیر مشخصههای فیزیکی لایه آمیخته اقیانوسی بر چرخه کربنی بررسی میشود که بهطور خاص چگونگی تأثیر تغییرات فصلی و جریانهای متلاطم بر این چرخه و تفاوت میزان تأثیر این دو عامل فیزیکی بر چرخه کربن در دریای عمان بررسی میشود. در بیشتر محاسبهها از اثر تلاطم که به عنوان جمله غیرخطی در معادلات حرکت لایه آمیخته اضافه میشود، چشمپوشی میشود. با شبیهسازی در این پژوهش نشان داده خواهد شد که صرفنظر کردن از این عامل، تفاوت زیادی در محاسبهها ایجاد میکند.
در این پژوهش از مدل PALM که در مؤسسه هواشناسی لایبنیتس در دانشگاه هانوفر آلمان تدوین شده است، استفاده می-شود. برای دستیابی به نتایج دقیقتر و کاربردیتر، حالت جفتشده جوی-اقیانوسی مدل بهکار گرفته شده است. منطقه مورد مطالعه در این مقاله، دریای عمان است که دادههای مورد نیاز برای شبیهسازی حرکت کربن دیاکسید در این منطقه از وبسایت مرکز تجزیهوتحلیل اطلاعات دیاکسید کربن، CDIAC، استخراج شده است. دریای عمان که تحت تأثیر بادهای موسمی مونسون قرار دارد، منطقهای است که در آن تلاطم بهخوبی شکل میگیرد و با توجه به اطلاعات بهدست آمده، میتوان اثر جریانهای تلاطمی را در این منطقه شبیهسازی کرد.
در این پژوهش به طور خاص تأثیر جریان تلاطمی در نظر گرفته شد. پس از شبیهسازی حرکت و پخش دیاکسید کربن در لایه آمیخته اقیانوسی، نتایج نشان میدهد که اگرچه جمله غیرخطی تلاطم نسبت به جملات دیگر در معادلات حرکت کوچک است، ولی در درازمدت اثر قابل توجهی در پخش دیاکسید کربن و تسریع تهنشینی آن دارد . نتیجه گرفته میشود که جریانهای متلاطم عامل اصلی پخش دیاکسید کربن در لایه آمیخته و انتقال آن از سطح دریا به اعماق اقیانوس است.
واژههای کلیدی: چرخه کربن، لایه آمیخته اقیانوسی، جریانهای متلاطم، مدل PALM، دریای عمان
-1 مقدمه
چرخه جهانی کربن یکی از عوامل تعیین کننده شرایط آبوهوای کره زمین است و ساختار اصلی آن را تشکیل میدهد. تبادل کربن بین جو، خشکی و اقیانوس باعث ایجاد تعادل بین این سه مخزن ذخیره کربن میشود. اما بهواسطه افزایش قابلتوجه در غلظت جهانی دیاکسید کربن، خطرات زیادی زندگی بشر را تهدید میکند. آلودگی هوا، نابودی لایه اوزون و اسیدی شدن آب دریا از عوارض افزایش غلظت ترکیبات کربنی است . - Archer, 2010 -
انتقال دیاکسید کربن از جو به اقیانوس به عوامل مختلفی مانند دمای سطح آب دریا و اختلاف فشار جزئی دیاکسید کربن بین جو و اقیانوس بستگی دارد. بهطوری که هرچه دمای سطح آب دریا کمتر باشد، جذب دیاکسید کربن توسط آب دریا بیشتر میشود. حلالیت دیاکسید کربن در آبهای سرد نیز بیشتر شده و با ملکولهای عناصر دیگر سریعتر واکنش میدهد . - Liss and Johnson, 2014 -
بررسی حرکت دیاکسید کربن از سطح اقیانوس تا عمق لایه آمیخته و همچنین تهنشینی آن در اعماق اقیانوس میتواند به پیدا کردن راهکارهای مناسبی جهت کنترل غلظت کربن در آب دریا منجر شود و از اسیدی شدن آن جلوگیری کرد. از این رو شبیهسازی پخش دیاکسید کربن در اقیانوس و بررسی اثر عوامل فیزیکی نظیر جریانهای متلاطم بر آن، به دستیابی به این راهکارها کمک بزرگی میکند.
وزش باد بر سطح دریا و تنش باد باعث انتقال انرژی و تکانه از جو به اقیانوس شده، سطح دریا را متلاطم کرده و جریانهای تلاطمی را ایجاد میکنند. تلاطم موجب ایجاد جریانهای سطحی نامنظم شده و دریا را آشفته میکند و باعث تشکیل ادیهای موجود در سطح دریا میشود. آمیختگی در لایه سطحی اقیانوس که توسط وزش باد بر سطح دریا ایجاد میشود، به دلیل آشفتگی سطح دریا و وجود ادیها، سرعت و شدت بیشتری پیدا میکند. در نتیجه در فصلهایی که شدت باد بیشتر است، آمیختگی لایه سطحی دریا بیشتر شده و ضمن اینکه عمق لایه آمیخته را افزایش میدهد، به انتقال دیاکسید کربن از سطح دریا به اعماق اقیانوس سرعت میبخشد . - Pond and Pickard, 2007 -
بروستروم - 2004 - 1 در این زمینه دینامیک چرخه کربنی و ارتباط آن با دمای لایه آمیخته را بررسی کرد. وی برای انجام تحقیقات خود از مدل گردش عمومی استفاده کرده است . - Brostrom, 2004 - همچنین لوی2 - 2013 - انتقال کربن از سطح دریا تا اعماق اقیانوس را با استفاده از مدلهای NEMO3 و LIM24 را شبیه-سازی کرد . - Levy et al, 2013 - بهمنظور هموار کردن راههای دستیابی به راهکارهای مفید کنترل چرخه کربنی در اقیانوس، یکی از اهداف این پژوهش شبیهسازی پخش دیاکسید کربن در لایه آمیخته با استفاده از دادههای استخراج شده از وبسایت مرکز تجزیه و تحلیل اطلاعات دیاکسید کربن، CDIAC5، با استفاده ازمدل موازیشده شبیهسازی ادیهای بزرگ، PALM6، است. هدف دیگر بررسی تأثیر جریانهای متلاطم بر حرکت دیاکسید کربن در لایه آمیخته اقیانوسی است.
پس از شبیهسازیها، مشخص شد که تلاطم که بهعنوان یک جمله غیرخطی در بیشتر محاسبهها در نظر گرفته نمیشود، نقش بهسزایی را در پخش کربن، تهنشینی آن در لایه آمیخته و همچنین انتقال دیاکسید کربن از لایه آمیخته به اعماق اقیانوس ایفا میکند.
