Ny modell kan förutse spridningen av föroreningar i Östersjön
Att veta hur ett spårämne sprider sig horisontellt i sjöar och hav har betydelse för att förutse utbredningen av bland annat föroreningar, närsalter och plankton. I en avhandling från Göteborgs universitet visar Signild Nerheim att samma mekanismer som påverkar strömmar orsakade av vinden även ger en effektiv spridningsmekanism i vattnets ytskikt.
Östersjön har typiskt väldigt svaga strömmar och inget tidvatten, vilket gör den mycket lämplig för studier av vinddrivna processer. Andra rörelser är helt enkelt försumbara. I dag används statistiska modeller för att kartlägga förutse spridningen av till exempel föroreningar i Östersjön och andra havsområden, vilka baseras på mätningar men som sällan har någon koppling till de processer som ligger bakom spridningen.
Vagn Walfrid Ekman, Sveriges främste oceanograf, lanserade för 100 år sedan en teori för vattenströmmar orsakade av vinden. Han visade att den vinddrivna transporten av vatten i ytskiktet är proportionell mot vindstyrkan, och modifieras av jordrotationen. I sin avhandling utvecklar Signild Nerheim teorin genom att visa att transporten av vatten påverkas av ändringar i densitet när havsytan tillförs eller förlorar värme och salt genom till exempel soluppvärmning, strålning eller nederbörd. När densiteten blir högre, det vill säga vattnet blir tyngre, ökar tjockleken av ytskiktet genom så kallad konvektion. Vindtransporten då blir större än vad Ekmans teori säger. Uppvärmning och/eller nederbörd ger lättare ytvatten, tunnare skikt och lägre transport än Ekmans teori.
Avhandlingen visar också att samma mekanismer som förändrar vindströmmen gör att ämnen sprider sig i ytskiktet, vilket aldrig tidigare uppmärksammats. Hur plankton, föroreningar och salter sprids kan alltså bero på vädret.
När vindströmmen är grund kommer den del av ett spårämne som finns i det övre skiktet följa med strömmen, medan den nedre delen av volymen stannar kvar. Detta gör att spårämnet sprids över en större area. När vindströmmen djupnar på grund av konvektion eller högre vindstyrka, blandas spårämnet med vattenmassorna under respektive över det gamla språngskiktet, volymen blir större, och koncentrationen avtar. Upprepade förändringar i vindströmmens djup ger en effektiv spridning. Både teoretiska resultat och en numerisk spårämnemodell ger samma spridningshastighet som observerats i Östersjön.
Signild Nerheim, Institutionen för geovetenskaper, disputerar för att avlägga filosofie doktorsexamen i oceanografi vid Göteborgs universitet. Avhandlingen har titeln: “Dynamics of and horizontal dispersion in the upper layers of the sea”.
Disputationen har ägt rum.
Kontaktinformation
Signild Nerheim
Institutionen för geovetenskaper
Göteborgs universitet
E-post: sine@oce.gu.se
Tel: 031-773 28 78
Mobiltfn: 070-660 6379
