Движение океана: градиент концентрации — Саша Райт

Полная версия урока: http://ed.ted.com/lessons/the-motion-of-the-ocean-the-concentration-gradient-sasha-wright

Непрерывное движение океанов представляет собой громадную и сложную систему, в которой задействовано много различных двигателей. Саша Райт объясняет физические явления, стоящие за одним из таких двигателей — градиентом концентрации, а также демонстрирует, каким образом наши океаны постоянно вовлечены во всемирную борьбу за пространство.

Урок — Саша Райт, мультипликация — Эндрю Фоурстер.

Если вы когда-либо плыли по зыби океана,

то знаете, что вода движется постоянно.

Посмотрев издалека, вы увидите,

что наша Земля на 71% покрыта водой,

которая течёт одним
громадным потоком по планете.

У этого пугающего мирового конвейера

много сложных двигателей,

но за всем этим стоит простой насос,

который и качает воду по всей земле.

Данный процесс называется
термохалинной циркуляцией

и управляется основным понятием —

градиентом концентрации.

Давайте на мгновение оставим океан

и представим, что находимся
в пустой комнате,

набитой, как сельди в бочке,
множеством роботов–пылесосов

в одном углу.

Одновременно включите их,

и машинки начнут двигаться,

ударяясь и отталкиваясь друг о друга,

пока равномерно не заполнят комнату.

Пылесосы двигались беспорядочно,

стремясь к месту баланса,

где концентрация вещества

распределена поровну.

Вот что происходит
при градиенте концентрации

по мере того, как вещества перемещаются

от высокой или сжатой концентрации

к низкой и более удобной.

Какое это имеет отношение к течениям
океана и термохалинной циркуляции?

«Термо» означает «температура»,

а «халин» означает «соль»,

так как в морской действительности

температура и солёность
вызывают перемещение

высоких концентраций к низким.

Давайте вернёмся назад в океан

и посмотрим, как это происходит.

Один щелчок,

и вы превратились в молекулу
поверхности воды

у побережья Нью-Йорка
с умеренным климатом

в окружении несметного числа
других молекул.

Здесь под воздействием солнечных лучей,
словно усилителей,

вы и другие молекулы воды

толкаетесь назад и вперёд,
отскакивая друг от друга,

как роботы–пылесосы.

Чем больше вы расплываетесь,

тем меньше концентрации
у водных молекул

на поверхности.

Двигаясь по инерции,

вы переходите от высокой
концентрации к низкой.

Давайте на мгновение отстранимся
от законов физики

и вообразим, что ваша
молекулярная сущность

способна глубоко погрузиться в воду.

На этой глубине холоднее,

и из-за относительного недостатка
солнечного тепла

молекулы воды становятся инертными,

могут находиться в довольно спокойном
состоянии при высоких концентрациях.

Здесь нет толкотни.

В поисках выхода

из своего стеснённого состояния

молекулы вскоре начинают
подниматься вверх

к более свободной обстановке
на поверхности.

Вот каким образом температура

приводит к перемещению молекул воды

от высокой до низкой концентрации,

то есть к балансу.

Но морская вода состоит
не только из молекул Н2О.

В ней также содержится
множество ионов соли.

Как и вы, эти «парни» горят желанием

завладеть просторной недвижимостью.

По мере того, как солнце нагревает море,

некоторые из ваших друзей–молекул воды

испаряются с водной поверхности,

увеличивая таким образом
норму соли относительно Н2О.

Стеснённые ионы соли, оставшись позади,

замечают, что внизу

молекулы соли наслаждаются
бóльшим пространством.

И начинается вторжение,

так как они тоже спускаются
вниз в толщу воды.

В районе полюсов

мы видим, как этот небольшой
локальный процесс

влияет на мировое движение.

В Арктике и Антарктике,

где льдины украшают поверхность воды,

разница между температурами

поверхностных и глубинных вод небольшая.

Вся вода очень холодная.

Но уровень солёности отличается.

В данном случае

именно это и вызывает процесс.

Здесь солнечные лучи растапливают
поверхностный лёд,

выбрасывая новую партию водных молекул

в море.

Это не только увеличивает схожесть

между вами и другими молекулами,

когда вы повторно соревнуетесь
за пространство.

Это, наоборот, разбавляет

концентрацию ионов соли.

Поэтому вы спускаетесь ниже,

скользя по градиенту концентрации

в поисках более благоприятных условий.

Однако, что касается ионов соли,

их низкая концентрация на поверхности

словно объявление

для шумных масс молекул соли внизу,

которые на него отвечают.

В районах умеренного климата и на полюсах

это инертное движение
по градиенту концентрации

может достичь движения потока.

Это отправной пункт

всемирного конвейера

под названием «термохалинная циркуляция».

Вот так простое понятие

становится механизмом,
лежащим в основе

одной из самых огромных

и важных систем на нашей планете.

Оглянувшись вокруг,

вы увидите, что это происходит повсюду.

Включите свет: оно здесь.

Градиенты концентрации управляют

течением тока,

позволяя сдавленным в одном
месте электронам

перейти в область низкой концентрации,

когда открыт канал.

Это вы и делаете, щёлкая выключателем.

Фактически сейчас некий градиент действует

внутри вас, когда вы вдыхаете
лёгкими воздух,

позволяя концентрату кислорода из воздуха

медленно выйти из лёгких

и попасть в кровоток.

Мы знаем, что мир полон

сложных физических проблем.

Но иногда первый шаг

к их осмыслению может быть простым.

При столкновении с величием

океанских течений,

или необходимости выяснить,
как течёт ток,

не паникуйте.

Понять суть происходящего можно просто,
словно щёлкнуть выключателем.