Термоклин и тропопауза
В вышине неба и в глубине моря есть загадочные слои, которые называются тропопаузой и термоклином (слоем скачка).
Сквозь тропопаузу вверх не проходит влага. Это означает, что все облака под тропопаузой, а над ней облаков нет.
Вот так грозовое облако растекается по тропопаузе
Под тропопаузой скапливается влага и пыль, из-за чего видимость горизонта для пилотов самолетов ухудшается, - это один из признаков близости самолета к тропопаузе.
Над тропопаузой небо становится чернее, через него вполне хорошо просвечивает космос, земная поверхность внизу тоже хорошо видна. А находясь под тропопаузой, мы не видим черноту космоса, днем небо для нас голубое и не прозрачное.
В водоемах термогалоклин отделяет слой перемешиваемой ветрами и волнами и солнечным нагревом воды от глубинной холодной воды (в море еще и более насыщенной солями). Термогалоклин - это слой, в котором быстро меняется температура и соленость (а значит и плотность) воды. Слой градиента. От этого слоя отражаются сигналы эхолотов, на нем могут лежать подводные лодки и рыбы, около него скапливается органика, которой питаются морские животные. Под ним подводные лодки могут укрываться от обнаружения противником.
У экватора термопауза находится выше (16-18 км), чем над полярными областями (8-10 км). Термогалоклины в воде также на северах ближе к поверхности воды, чем в экваториальных областях.
Объясняется всё это довольно просто: есть перемешиваемый внешними воздействиями слой воздуха и воды. В основном все перемешивания обусловлены солнечной энергией. Её на экваторе больше, поэтому слой перемешиваемой воды и слой перемешиваемого воздуха толще, соответственно, высота тропопаузы на экваторе выше, а термогалоклин в море залегает глубже. Чем ближе к полярным областям, тем тоньше перемешиваемый ветрами-волнами слой, поэтому тропопауза ниже, а термогалоклин - ближе к поверхности водоемов.
Граница раздела между двумя областями с разной насыщенностью (неважно чем - влагой, кислородом, солью, теплом) устойчива, всякие там мелкие молекулы/атомы её не преодолевают. Вообще, те атомы/молекулы, которые оказались на границе раздела двух сред, деформируются, то есть, связи между ними становятся удлиненными. А это означает, что с одной стороны там есть пустоты/полости, в которые охотно внедряются атомы покрупнее, и эта область оказывается насыщена всякими примесями, с другой стороны нормальным молекулам, чтобы внедриться в этот слой или миновать его, нужна дополнительная энергия сверх обычной. Почему? А потому что всякие внедрившиеся примеси формируют еще более отчетливую границу, интервал, который мешает кристаллической структуре прорастать/распространяться сквозь этот нарушенный слой.
То, что единая кристаллическая структура воды нарушается на пограничном слое (термогалоклине), подтверждается таким феноменом, как "мертвая вода". Мертвая вода - это слой опресненной и более теплой воды на слое более холодной и соленой воды. Когда судно с винтами пытается пройти по такой двуслойной воде, оно как будто застревает в верхнем слое, как будто тащит его весь с собой, или, наоборот, весь слой удерживает судно на месте. Фактически это указывает на единство структуры опресненного слоя (он пытается весь идти вместе с судном) и на отсутствие связи с нижележащим слоем более плотным слоем. Образуется что-то вроде солитона.
Click to viewСолитон возникает из-за отсутствия связи между стенками бетона и водой (энергия не передаётся) и из-за наличия внутренней связи в массе воды (по воде энергия передаётся).
Звук от эхолота не передается дальше термогалоклина, так как сплошность кристалла воды на границе двух слоев прерывается.
Эта граница сохраняет сама себя. В океанах термоклин существует без изменений годами. В атмосфере тропопауза сдвигается, поднимаясь над антициклонами, опускаясь над циклонами, искривляясь над атмосферными фронтами, но в целом оставаясь примерно на одном уровне.
В связи с тем, что связи между атомами на границе раздела растянуты/деформированы, эта граница далеко не так эластична, как вещество основного кристалла и пытается всё время сократиться, то есть, становится упругой. Это называется поверхностным натяжением.
Поверхностное натяжение дает такие чудные эффекты как несмешиваемость морей и океанов.
Галоклин Тихого и Атлантического океанов
Галоклин Северного и Балтийского морей
А также даёт зеркальность границы раздела и рефракцию (если смотреть из более плотного слоя в направлении менее плотного).
В воде, как и в тропопаузе, изображение отражается от границы раздела изнутри, а в глубине от более плотного слоя воды отражается звук.
Поэтому наш взгляд не проникает за тропопаузу и за термоклин не проник бы, если бы мог его достигнуть. Зато тропопауза вполне прозрачна, если смотреть из стратосферы вниз, и вода прозрачна, если смотреть сквозь нее на дно.
И так же, как рыбы спокойно преодолевают термогалоклин, самолеты без помех преодолевают тропопаузу.
Еще по теме: Слой скачка и звуковой канал