Uvod u fiziku moraUvod u fiziku mora(fizi(fiziččku oceanografiju)ku oceanografiju)

Ivica VilibićInstitut za oceanografiju i ribarstvo, Split

vilibic@izor.hr

Oceanography

• The study of the ocean, embracing and integrating all knowledge pertaining to the ocean's physical boundaries, the chemistry and physics of sea water, and marine biology. www.weather.com/glossary/o.html

• The scientific study and exploration of the oceans and seas in all their aspects, including all processes in the oceans and interactions and relations with Earth. www.reefed.edu.au/glossary/o.html

• Oceanography is the study of the deep sea and shallow coastal oceans: their biology, chemistry, geology and physics together make oceanography a richly interdisciplinary science.

Oceanographers and Oceans

• Oceanographers aim their work at both practical problems and basic scientific discovery

• Oceans :

– provide threats;– a bountiful diversity of food– are the reservoir of our water supply– most of the heat and carbon of the climate system– are the source of roughly ½ the respired oxygen of

the biosphere,– contain most of the remaining undiscovered natural

pharmaceuticals

A Young Science

• Although oceanography is a relatively young science

• It is the natural setting to ask fundamental questions about the development of life, and the behavior (or misbehavior) of global climate

Some Facts

• The oceans cover 7/10 of the Earth's surface.• Together with the atmosphere and the 'fresh-

water' sphere they make up 'fluid' Earth. • Much of the biomass...the mass of living plants

and animals...lives in the oceans, far more than on land!

• Very roughly ½ of the primary production of oxygen from photosynthesis, by all life on Earth, occurs in the sea. Roughly ½ of that occurs in the productive, shallow ocean near land.

Povijest oceanografije

Early Ocean Explorers• The ancient Greeks

began to explore outside the Mediterranean about 900-700 B.C.

• The Greek name for river, okeanos evolved into the word ocean, used today to describe the world seas

• James Cook created the early extensive maps during his voyages of the Pacific Ocean. He included: ocean depth, prevailing winds, surface currents, and water temperature

• Ben Franklin charted the Gulf Stream in 1769• Matthew Maury, “Father of Modern Oceanography”

published a book entitled “The Physical Geography of the Sea”. His knowledge reduced travel times by as much as a month

Hydrography

• Charles Darwin sailed on the HMS Beagle from 1831-1836

• He collected a variety of marine organisms• Edward Forbes, one of the leading marine

biologist of that time, believed the oceans could be divided vertically into zones. He suggested no life existed below 1800 feet

Challenger Expedition

• Voyage lasted from 1872-1876, 3 ½ years• Ocean depth measurements were taken at 361 locations• Maximum depth of 12,300 feet deep in the Mariana trench

was recorded• Water samples analyzed for temperature and chemistry• It was shown that relative abundance of major component

ions of seawater remains constant• 4,417 new species of marine of new organisms were

discovered• Deep currents were investigated• It took 20 years to catalogue the collected data

Fridijog Nansen: Led the Arctic voyage of the Norwegian ship Fram, 1893-96, which proved the non-existence of an Arctic continent; drifted in ice pack for 4 years

The Meteor Expedition (1925-1927)

• German scientists performed the real test of the dynamic method on the Meteor expedition in the Atlantic. This expedition was conceived of by a German naval officer, Captain Fritz Spiess to create an opportunity for a German navy vessel to visit foreign ports (prohibited by the treaty at the end of World War I) in the capacity of an ocean research vessel. Captain Spiess had served both prior to and during the war as a hydrographer in the German navy. He realized that to be successful he must find a recognized German scientist to be the “father” of the expedition.

Što proučavafizička oceanografija

Područje istraživanja fizičke oceanografije

Istraživanje svojstava morske vodea) Salinitet b) Temperatura c) Tlakd) Gustoća e) Razdijeljenost na vodene masef) Morske strujeg) Razina mora h) Optička svojstva mora

Istraživanje gibanja u moruFizikalne zakonitosti i jednadžbe

Praktična primjena znanja iz područja fizičke oceanografije

Ovladavanje i ublažavanje djelovanja prirodnih pojava (uspori, tsunamiji, klimatske promjene, ...)Iskorištavanje resursa mora - voda, sol, ribolov, marikultura - iskorištavanje energije morskih doba - plovidba - odlaganje otpada (za odabir najpovoljnije lokacije treba poznavati cirkulaciju i razdiobu fizikalnih svojstava)

Parametrifizičke oceanografije

Temperatura i salinitet

Temperatura je fizikalna veličina kojom se izražava toplinsko stanje neke tvari.

Salinitet je količina otopljene tvari u gramima koji se nalaze u kilogramu morske vode, kad su svi karbonati pretvoreni u

okside, brom i jod zamijenjeni klorom, te sva organska materija oksidirana.

Jadran

Morske struje Geostrofičke struje

Vjetrovne struje

Jadran

Razina mora Plimotvorna sila

Jadran

Plimni signal se moPlimni signal se možže prognozirati vrlo precizno!e prognozirati vrlo precizno!

SplitSplit

Uspori (“storm surge”)

seši

Površinski valovi

Mjerni instrumenti Razina mora

Mjerenja razine moraMjerenja razine mora

srednja razina morasrednja razina mora

apsolutni maksimum od 1955.apsolutni maksimum od 1955.

Morske struje

07-Mar-2008 00UTC

Površinski valovi

Termohalini parametri

Daljinska mjerenja –satelitska oceanografija

Jednadžbe gibanja

Rubni uvjeti

Numerički modeli

Neki procesi koje proučavafizička oceanografija

Tsunamiji

Tsunami (“tsun” – luka, “ami” – val) su valovi izrazito velike valne duljine i perioda, koji nastaju zbog naglih pomaka vodenih masa.

Za razliku od vjetrovnih valova, tsunamizahvaća cjelokupni morski stupac, te su mu stoga svojstva određena topografijom morskog dna – tzv. valovi plitkog mora.

Brzina širenja = (g*H)1/2, H – dubina mora » u oceanima brzina aviona (720 km/h na 4000 m dubine), na šelfuusporava (110 km/h na 100 m dubine).

Valna duljina tsunamija na otvorenom moru je cca 400-600 km, a period 0.5-1 h.

Santorin, Grčka, 1650 BC

Jadran

Unutarnji valovi – baroklina dinamika

Unutarnji plimni valovi

Posljedica: Posljedica: U jednom danu temperatura u U jednom danu temperatura u sloju sloju termoklinetermokline momožže oscilirati i do 8e oscilirati i do 8ooC.C.

Q:Q: Da li to mogu podnijeti Da li to mogu podnijeti bentoskebentoske biljke i biljke i žživotinje na lastovskim podmorskim liticama?ivotinje na lastovskim podmorskim liticama?

Mjerenja kod Čiova

Unutarnji Kelvinovi valovi

Rezonantni procesi

Meteorološki tsunamiji

tlak zraka

vjetar

3.95

3.60

3.85

4.42

4.63

4.95

5.50

Vrijeme (UTC) maksimumau tlaku zraka

meteotsunami, meteotsunami, BalearicBalearic IslandsIslands, 15 June 2006, 15 June 2006

Mezoskalni procesi

Vodene mase

Duboka konvekcija –nastajanje dubokih voda

Razina svjetskih mora, pa tako i Jadrana, je porasla oko 120 m nRazina svjetskih mora, pa tako i Jadrana, je porasla oko 120 m nakon zadnjeg akon zadnjeg ledenog doba.ledenog doba.

Posljedica Posljedica –– iskopine rimskih luka na Jadranu se nalaze 1iskopine rimskih luka na Jadranu se nalaze 1--3 m ispod mora3 m ispod moraProcjena porasta razine Jadrana u zadnjih 2000 godina = Procjena porasta razine Jadrana u zadnjih 2000 godina = 4 do 11 cm/100 god4 do 11 cm/100 god..

Razina svjetskih mora u zadnjih 100 godina je porasla Razina svjetskih mora u zadnjih 100 godina je porasla 1515--20 cm20 cm –– porast se porast se ubrzava zbog utjecaja ubrzava zbog utjecaja ččovjeka.ovjeka.

Klimatske promjene

Ubrzan rast razine mora u zadnjih petnaestak Ubrzan rast razine mora u zadnjih petnaestak godina, oko godina, oko 3030--35 cm/100 god35 cm/100 god..

ZaZaššto?to?

Prema izvjePrema izvješšćću IPCCu IPCC--a (2007), najvea (2007), najvećći i doprinos 1993doprinos 1993--2003 ima 2003 ima steristeriččkoko šširenje irenje oceana zbog zagrijavanja.oceana zbog zagrijavanja.No prema najnovijim istraNo prema najnovijim istražživanjima, ivanjima, otapanje ledenjaka otapanje ledenjaka ćće preuzeti e preuzeti dominantnu ulogu u porastu razine dominantnu ulogu u porastu razine mora.mora.

Ledenjak Ledenjak JacobshavenJacobshaven, , najvenajvećći ledenjak na i ledenjak na

GreenlanduGreenlandu

Klimatske projekcijeKlimatske projekcije

UsrednjeniUsrednjeni regionalni modeli daju porast temperature regionalni modeli daju porast temperature zraka oko 4zraka oko 4ooC zimi i 5C zimi i 5ooC ljeti, te pad oborina ljeti.C ljeti, te pad oborina ljeti.

GiorgiGiorgi et al., 2009et al., 2009

Klimatske projekcijeKlimatske projekcije

Globalna razina mora bi trebala porasti Globalna razina mora bi trebala porasti 3030--40 cm40 cm do do 2100 (IPC2100 (IPCC, C, 2007). M2007). Međutimeđutim, , najnovija opanajnovija opažžanja i istraanja i istražživanja topljenja ivanja topljenja ledenjaka bitno poveledenjaka bitno poveććavaju ove procjene, avaju ove procjene,

pa je neslupa je neslužžbena procjena porasta bena procjena porasta izreizreččena na konferenciji ena na konferenciji ““MOCA09 MOCA09 OurOur

changingchanging planetplanet”” oko 1 m ili vioko 1 m ili višše.e.

Klimatske projekcijeKlimatske projekcije

Primjeri primjene fizičke oceanografije

Poplavljivanje obalnih područja-“acqua alta”, “plimni val”, tsunamiji, uragani, porast razine mora, …

- gdje će štete biti najveće- da li je moguće ublažiti štete- cost/benefit analize

COASTAL STORM SURGE FLOODING OF 18 TO 22 FEET ABOVE NORMAL TIDE LEVELS...LOCALLY AS HIGH AS 28 FEET...ALONG WITH LARGE AND DANGEROUS BATTERING WAVES...CAN BE EXPECTED NEAR AND TO THE EAST OF WHERE THE CENTER MAKES LANDFALL. SOME LEVEES IN THE GREATER NEW ORLEANS AREA COULD BE OVERTOPPED. SIGNIFICANT STORM SURGE FLOODING WILL OCCUR ELSEWHERE ALONG THE CENTRAL AND NORTHEASTERN GULF OF MEXICO COAST.Hurricane Katrina advisory,18 h prije udara

ŠŠibenikibenik

TrogirTrogirVodiceVodice

ZadarZadar Stari Grad (Hvar)Stari Grad (Hvar)

ŠŠibenikibenik Božić, Nova godina 2010.

Promjena svojstava mora i utjecaj na živi svijet- migracije organizama, invazivne i tropske vrste, cvjetanje mora, anoksija-hipoksija, dostupnost i unos hranjivih soli, …

Havarije i akcidentne situacije na moru- predviđanje trajektorija, spašavanje na moru, širenje naftnih mrlja, sigurnost plovidbe, prognoza opasnih uvjeta na moru, …

And that’s all, folks!

AnyAny questionsquestions ??????