概念と仕組み
同じ体積の物質を比較した場合、より大きな質量を持つ物質の方が、より高い密度を持つ。通常の海水範囲内において、冷却と塩分濃度の増加は、一般的に密度を増加させる。
異なる水温と塩分の組み合わせによって、同じ密度を作り出すことができる。より密度が高い水が沈むという性質は、海洋における分層と循環を理解するための手がかりとなる。
関係式と成立条件
温度・塩分図の等高線は、同じ密度を持つ点の線で結ぶ線です。温度のみが変化する実験と、温度と塩分が両方変化する実験を区別します。
この実験は、限られた温度と塩分範囲における線形近似を表しています。しかし、実際の海水方程式は、圧力や非線形効果を含んでおり、混合による変化は複雑です。
仮想実験で読み取る変化
冷たいまたは塩分の水が重いです。 T-Sチャートの同じ線上では密度が同じです。
水温0～30℃・塩分30～40g/kgの表層海水を線形状態方程式で近似します。圧力・非線形性・混合による密度変化は省略します。カラーインクパスは概念的な流れであり、流速や混合時間を予測しません。
重要な関係式と記号
ρ ≈ 1027·[1 − 1.7×10⁻⁴(T−10) + 7.6×10⁻⁴(S−35)] kg/m³
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| ρ | 海水密度 | kg/m³ |
| T | 水温 | °C |
| S | 質量基準の塩分 | g/kg |
例で確かめる
同じ水温で塩分だけ高くなった水の密度は？
この線形近似では、水温が低いか塩分が高いほど密度が大きくなります。 2つの変数を一緒に変更すると、お互いの効果が相殺される可能性があります。
よくある誤解
- 単に、ある水域が別の水域よりも暖かいという事実だけでは、両水域の密度を常に正確に比較することはできません。