SIFAT – SIFAT FIZIKAL AIR LAUT SIFAT MOLEKUL • Air ialah molekul kutub dan juga bertindak sebagai pelarut kutub. Ia dikatakan “kutub”, kerana terdapat cas elektrik positif dan negatif. Cas positif datang dari nukleus atom, manakala elektron membekalkan cas negatif. Pergerakan elektron akan menentukan kekutuban. Air ( H 2 O ) adalah kutub yang mempunyai bentuk molekul bengkok. Bentuk ini bermakna sebahagian besar daripada cas negatif daripada oksigen pada sisi molekul dan cas positif atom hidrogen adalah di sisi lain molekul. Ini adalah satu contoh kutub kovalen ikatan kimia . • Bentuk molekul air tidak linear kerana perbezaan dalam keelektronegatifan antara hidrogen dan oksigen. Nilai keelektronegatifan hidrogen 2.1, manakala keelektronegatifan oksigen ialah 3.5. Perbezaan nilai keelektronegatifan yang kecil bermaksud atom semakin besar dan akan membentuk satu ikatan kovalen. Sifat polar molekul air membolehkannya menarik molekul air yang lain untuk membentuk ikatan hidrogen.. Sifat ini juga yang menjadikannya membuat rantai seperti polimer. Air mempunyai muatan haba tertinggi dari semua cecair kecuali amonia Bagi menghasilkan rantai ini, tenaga yang berkaitan dengan kapasiti haba diperlukan. Rajah menunjukkan ikatan hidrogen • Lautan merupakan komponen yang sangat penting dalam menentukan iklim dunia kerana kapasiti haba yang tinggi diperolehi dari matahari. • Semasa air laut dipanaskan, aktiviti molekul meningkat dan pengembangan haba berlaku seterusnya ketumpatan air berkurang. Sifat air laut yang masin disebabkan oleh kuantiti ion terlarut yang banyak. • Kadar penyejatan air (proses cecair bertukar kepada wap) adalah tinggi. Semasa proses ini, molekul air mendapat tenaga yang cukup untuk terlepas dari permukaan air. Ia hanya berlaku pada permukaan cecair yang terdedah kepada haba pada sebarang suhu di bawah 100°C. Antara faktor yang mempengaruhi kadar penyejatan adalah luas permukaan, pergerakan udara dan suhu persekitaran. Haba pelakuran adalah jumlah tenaga yang diperlukan untuk menukar air dari pepejal menjadi cecair. Air sentiasa berubah keadaan dari cairan di lautan menjadi wap air di atmosfera dan ais di garis lintang kutub. Tenaga haba yang terlibat dalam perubahan keadaan ini adalah faktor cuaca dan sistem iklim global berubah. TEKANAN • Tekanan adalah daya normal per unit kawasan yang dikeluarkan oleh air (atau udara di atmosfera) di kedua sisi kawasan unit. Unit daya adalah (panjang jisim / masa2). Unit tekanan adalah (daya / panjang2) atau (jisim / [panjang masa2]). Unit tekanan dalam sentimeter-gram-saat (cgs) adalah dynes / cm2 dan dalam meterkilogram-saat (mks) adalah Newton / m2. Unit khas untuk tekanan adalah Pascal, di mana 1 Pa ¼ 1 N / m2. Tekanan atmosfera biasanya diukur dalam bar di mana 1 bar ¼ 106 dynes / cm2 ¼ 105 Pa. Tekanan laut biasanya diukur dalam decibars di mana 1 dbar ¼ 0.1 bar ¼ 105 dyne / cm2 ¼ 104 Pa. • Perbezaaan tekanan antara dua titik akan menghasilkan daya. Daya ini diarahkan dari kawasan yang mempunyai tekanan tinggi ke kawasan bertekanan rendah. Di lautan, daya graviti ke bawah kebanyakannya diimbangi oleh daya kecerunan tekanan ke atas; iaitu air tidak memecut ke bawah. Tekanan cecair berkadar langsung dengan kedalaman.Oleh itu tekanan meningkat apabila kedalaman semakin meningkat. Keseimbangan gaya graviti ke bawah dan daya kecerunan tekanan ke atas, tanpa gerakan, disebut keseimbangan hidrostatik • Selain itu, tekanan juga berkadar terus dengan ketumpatan. Tekanan pada kedalaman tertentu bergantung pada jisim air yang terletak di atas kedalaman itu. Perubahan tekanan 1 dbar berlaku pada perubahan kedalaman kurang dari 1 m. Tekanan di lautan berbeza dari permukaan hingga 10,000 dbar (terdalam). Tekanan biasanya diukur bersama dengan sifat air laut yang lain seperti suhu, kemasinan, dan kelajuan arus. Kecerunan tekanan mendatar mendorong aliran horizontal di lautan. Untuk arus berskala besar, aliran mendatar jauh lebih kuat daripada aliran menegak. Perbezaan tekanan mendatar mendorong arus lautan berada pada urutan satu decibar sepanjang beratus-ratus atau ribuan kilometer. Ini jauh lebih kecil daripada kecerunan tekanan menegak, tetapi yang terakhir diimbangi oleh daya graviti bawah. Rajah menunjukkan perbandingan Tekanan (dbar) dan kedalaman (m) pada Standard kedalaman oseonografi menggunakan algoritma UNESCO (1983) Tekanan (dbar) Kedalaman (m) Perbezaan (%) 0 0 0 100 99 1 200 198 1 300 297 1 500 495 1 1000 990 1 1500 1453 1.1 2000 1975 1.3 3000 2956 1.5 4000 3932 1.7 5000 4904 1.9 6000 5872 2.1 Perbezaan peratus ¼ (tekanan kedalaman)/tekanan 100%. SIFAT TERMAL, SUHU, HABA DAN SUHU KEUPAYAAN • Suhu merupakan sifat fizikal air yang penting dan merupakan ukuran energi gerakan molekul. Pada suhu yang tinggi, kandungan tenaga atau haba juga lebih tinggi. Dalam oseanografi suhu (T) biasanya dinyatakan menggunakan skala Celsius (C), kecuali dalam pengiraan kandungan panas, suhu dinyatakan dalam unit Kelvin (K). Apabila kandungan haba adalah sifar (tidak ada aktiviti molekul), suhu adalah sifar mutlak pada skala Kelvin. Perubahan 1°C adalah sama dengan perubahan 1 K. Suhu 0°C sama dengan 273.16 K. Julat suhu di lautan adalah dari titik beku, iaitu sekitar 1.7°C (bergantung pada kemasinan), maksimum 30°C di lautan tropika. • Suhu bervariasi secara horizontal sesuai dengan garis lintang dan secara vertikal sesuai dengan kedalaman. Suhu laut berubah mengikut tempat dan waktu. • Pada musim panas, suhu laut lebih panas berbanding pada musim dingin. Penyebaran panas ini disebarkan oleh arus laut. Suhu di dalam laut bervariasi sesuai dengan kedalaman. Lapisan homogen merupakan lapisan paling panas kerana terkena cahaya matahari secara langsung dan digerakkan oleh angin. Lapisan termoklin merupakan lapisan di mana berlaku pengurangan suhu yang paling cepat secara vertikal. Lapisan ini terletak pada kedalaman 1000m hingga 1500m. Pengurangan suhu paling perlahan berlaku di lapisan paling dalam. Pada lapisan ini suhu air rendah, dingin dan hampir malar. Ra Rajah menunjukkan profil vertikal suhu air laut • Haba merupakan satu bentuk tenaga yang dikenali juga sebagai terma. Haba tertentu adalah sifat termodinamik air laut yang menyatakan bagaimana kandungan haba berubah dengan suhu. Haba tentu bergantung pada suhu, tekanan, dan kemasinan. Kandungan haba per unit isipadu, Q, dihitung dari suhu yang diukur menggunakan Q ¼ rcpT di mana T adalah suhu dalam darjah Kelvin, r adalah ketumpatan air laut, dan cp adalah haba air laut tertentu. Unit haba mks adalah Joules, iaitu unit tenaga. Kadar perubahan masa haba dinyatakan dalam Watt, di mana 1 W ¼ 1 J / saat. Aliran haba melalui permukaan ditakrifkan sebagai jumlah tenaga yang melalui (saat) Perubahan haba yang dikira ialah 152 W. Fluks haba melalui luas permukaan 1 m2 dengan itu kira-kira 152 W / m2. • Kejadian bayu darat pada waktu malam dikatkan dengan kapasiti haba. Lautan yang panas dengan perlahan disebabkan oleh cahaya matahari pada waktu siang menjadi lambat sejuk pada malam hari kerana kapasiti haba yang tinggi. Udara panas dari lautan akan naik ke altitud lebih tinggi meninggalkan ruang dan akan dipenuhi oleh udara sejuk yang akan meluru dari daratan. • Suhu keupayaan didefinisikan sebagai suhu yang akan dimiliki ’parcel’ air jika dipindahkan secara kebetulan ke tekanan lain. Kesan ini harus dipertimbangkan ketika air berubah kedalamanan. Peningkatan tekanan menyebabkan ’parcel’ air yang dimampatkan sedikit. Ini meningkatkan suhu dalam ’parcel’air jika berlaku tanpa pertukaran haba dengan air di sekitarnya (pemadatan adiabatik). Sebaliknya jika ’parcel’ini dipindahkan dari tekanan yang lebih tinggi ke lebih rendah, ia mengembang dan suhunya menurun. Perubahan suhu ini tidak berkaitan dengan permukaan atau sumber haba yang dalam. Kadar selang adiabatik atau kecerunan suhu adiabatik adalah perubahan suhu per unit perubahan tekanan untuk penggantian adiabatik dari ’parcel’air. KEMASINAN DAN KEKONDUKSIAN • Kemasinan didefinisikan sebagai jumlah zat yang larut (gram) di dalam satu kilogram air laut ketika semua karbonat telah diubah menjadi oksida, bromin dan sodium digantikan oleh klorin, dan semua bahan organik teroksida sepenuhnya. Dua komponen utama air laut adalah air dan garam. Kepekatan bahan terlarut berbeza dari satu tempat ke tempat lain. Rajah menunjukkan hubungan kemasinan, suhu dan kekonduksian terhadap kedalaman Rajah menunjukkan hubungan kemasinan, suhu dan kekonduksian terhadap tekanan. • Kekonduksian elektrik sangat bergantung pada suhu, tetapi dengan jumlah kecil kerana kandungan ion atau kemasinan. Oleh itu suhu mesti dikawal atau diukur dengan sangat tepat semasa pengukuran konduktiviti untuk menentukan kemasinan praktikal. KETUMPATAN • Ketumpatan air laut adalah penting kerana ia menentukan kedalaman di mana ‘parcel’ air akan menetap dalam keseimbangan paling padat di atas dan paling padat di bahagian bawah. Ketumpatan, biasanya dilambangkan ρ, adalah jumlah jisim per unit isipadu dan dinyatakan dalam kilogram per meter padu (kg / m3). Julat suhu lautan menghasilkan variasi ketumpatan lautan daripada julat kemasinannya. Air laut adalah lebih tumpat daripada air tawar dan air tulen (ketumpatan 1.0 g/ml @ 4 °C (39 °F)) kerana garam terlarut menambah jisim tanpa menyumbang secara ketara kepada isi padu. Ketumpatan air laut permukaan antara kira-kira 1020 ke 1029 kg/m3, bergantung kepada suhu dan kemasinan. Dalam di bawah lautan, di bawah tekanan tinggi, air laut boleh mencapai ketumpatan 1050 kg/m3 atau lebih tinggi.