Veekogu termiline kihistumine
Et päikesekiirgus on veekogu peamine soojusallikas, siis võiks eeldada, et temperatuurijaotus on veekogus sarnane kiirguse jaotumisega (Joonis 53). Tegelikult on olukord vee omaduste tõttu pisut teistsugune. Pindmises 1-meetrises veekihis muutub soojuseks üle poole vette tunginud lühilainelisest kiirgusest (nähtava valguse neeldumine on palju väiksem). Kuna neeldumine suureneb sügavuti eksponentsiaalselt, jõuab sügavamale kui 2 m ka kõige puhtamas vees vähem kui veerand Päikese lühilainelisest kiirgusest.
|
Veest väljuv soojuskiirgus on veelgi enam veepinna fenomen, kuna soojust kiirgab vaid mõne sentimeetri paksune pindmine veekiht. Sügavamal tekkinud soojuskiirguse vesi neelab ning vesi ise on väga halva soojusjuhtivusega. Seega tekib meil olukord, kus pindmine veekiht saab pidevalt soojusenergiat juurde, kuid alumised mitte ning seetõttu peaks kiiresti tõusma ka pinnavee temperatuur. Samas toimub veemassis pidev segunemine. Erineva temperatuuriga (tihedusega) veekihtide läbisegamiseks on vaja seda suuremat energiat, mida suurem on kihtide temperatuuri erinevus ning võrdse temperatuurierinevuse korral seda rohkem energiat, mida kõrgem on temperatuur.
Samas toimub veemassis pidev segunemine. Erineva temperatuuriga (tihedusega) veekihtide läbisegamiseks on vaja seda suuremat energiat, mida suurem on kihtide temperatuuri erinevus ning võrdse temperatuurierinevuse korral seda rohkem energiat, mida kõrgem on temperatuur. Pinnakihi segunemise põhjused võib jaotada mehhaanilisteks ja konvektiivseteks. Mehhaaniline segamine tuule poolt on enamikus veekogudes peamine soojuse ümberjaotamise mehhanism (Joonis 54), moodustades 90 % kõigi vee segunemises osalevate protsesside energeetilisest väärtusest.
|
Konvektiivne vee segunemine võib tekkida mitmetel põhjustel, nagu
• pinnakihi vee öine jahtumine ja laskumine põhja suunas;
• vee pinnakihti jahutav külm vihm;
• pinnakihi jahtumine suurenenud aurumise korral.
Konvektiivse segunemise osatähtsus on vee soojenemise perioodil siiski väike ja tema ulatus ei küüni tavaliselt sügavamale kui 3 meetrit. Termilise kihistumise vaatlemist on otstarbekas vaadelda parasvöötme nn. dimiktiliste järvede näitel, kuna need on meile kogemuslikult kõige tuttavamad ning moodustavad järvede koguhulgast arvulise enamuse.
• pinnakihi vee öine jahtumine ja laskumine põhja suunas;
• vee pinnakihti jahutav külm vihm;
• pinnakihi jahtumine suurenenud aurumise korral.
Konvektiivse segunemise osatähtsus on vee soojenemise perioodil siiski väike ja tema ulatus ei küüni tavaliselt sügavamale kui 3 meetrit. Termilise kihistumise vaatlemist on otstarbekas vaadelda parasvöötme nn. dimiktiliste järvede näitel, kuna need on meile kogemuslikult kõige tuttavamad ning moodustavad järvede koguhulgast arvulise enamuse.
Jääst vabanemise momendil on kogu veemassi temperatuur ligikaudu +4°C. Sellel temperatuuril on termiline vastupanu vee läbisegunemisele kõige väiksem. Piisab nõrgast tuulest, et kogu veemass põhjani läbi segada. Kogu veemassi ühtlustunud temperatuuri alusel nimetatakse seda perioodi kevadiseks homotermiaks. Kui kevadel mõne päeva jooksul püsivad soojad ja vaiksed ilmad, soojeneb vee pinnakiht. Piisab paarikraadisest temperatuurierinevusest, et vältida veemassi edasist läbisegamist. Sellega lõpeb kevadine homotermia ja tekib suvine kihistumine e. stratifikatsioon, mille käigus kujuneb järves kolm kihti:
• pindmine ühtlaselt soe läbisegatud epilimnion; • külm ühtlase temperatuuriga seisev põhjakiht - hüpolimnion; • nende vahel suurima temperatuuri-muutusega kiht metalimnion. Peale suvist pööripäeva hakkavad kiirgushulgad vähenema ning pikad ja jahedad ööd soodustavad soojuse lahkumist veekogust. Temperatuur veesambas ühtlustub ja kujuneb välja sügisene homotermia - veekogu seguneb. Kui kogu veemass saavutab +4° temperatuuri, võib tsirkulatsioon lõppeda ja kiirel pinnakihi jahtumisel tekkida jää. Kohe pärast jääkaane moodustumist on jääga piirneva veekihi temperatuur 0°C, millele sügavuti järgneb temperatuurihüpe selle temperatuurini, mille juures viimati enne külmumist oli homotermia. Talve jooksul kujunevat kihistumist, kus põhjakihtides on t° kuni +4°C ja nende peal lasuvad külmemad veekihid, mille temperatuur ulatub 0°C-ni vahetult jää all, nimetatakse talviseks pöördkihistumiseks. |