Atmosfääri ja ookeani füüsika

Nii atmosfäär kui ookean on gravitatsiooniväljas paiknevad vedelikud, mistõttu mõlemad alluvad hüdrostaatilisele tasakaalule: igal sügavusel või kõrgusel kannab rõhk kogu tema kohal oleva aine kaalu. Kuna õhk on kokkusurutav ja allub ideaalse gaasi seadusele, tähendab see, et rõhk ja tihedus kahanevad kõrgusega ligikaudu eksponentsiaalselt — pooldudes umbes iga 5,5 km kohta —, mitte lineaarselt. Vesi on peaaegu kokkusurumatu, seega ookeani rõhk kasvab sügavusega hoopis peaaegu lineaarselt, umbes ühe atmosfääri võrra iga 10 meetri kohta.

Atmosfääri vertikaalne temperatuuristruktuur tuleneb sama füüsika teisest osast. Kui õhupakett tõuseb, liigub see madalama rõhuga piirkonda ja paisub; see paisumine teeb tööd ümbruse vastu, ning kuna tõusu ajaskaalal ei toimu peaaegu üldse soojusvahetust, väheneb paketi siseenergia — ja seega ka temperatuur. See adiabaatiline jahtumine, mitte kaugus soojalt maapinnalt, on põhjus, miks troposfäär läheb kõrgusega külmemaks, ning see on sama füüsika (termodünaamika esimene seadus rakendatuna paisuvale gaasile), mis kehtib iga adiabaatilise protsessi kohta.

Ookeanil pole rõhupõhise adiabaatilise jahtumise tegelikku vastet, kuna vesi peaaegu ei suru kokku, kuid see kujundab omal moel kihilise struktuuri seotud põhjusel: tiheduse tõttu. Päikesevalgus soojendab ainult pinnakihti ning aurustumine ja sademed muudavad pinna soolsust, mistõttu temperatuur ja soolsus koos loovad stabiilse tihedusgradiendi — soe, sageli vähem soolane vesi pinnal, mis lasub külmemal ja tihedamal veel all, koos järsu üleminekukihiga (termokliin) nende vahel. Sarnaselt atmosfääri kihistumisega ei sega see struktuur end iseenesest läbi; selle lõhkumiseks on vaja energiat — tuult, loodete jõudu või piisavalt tugevat tihedusevahet, et põhjustada ümberpööramist.