Ekmanin spiraali

Ekmanin spiraali. Punaisella on merkitty yläpuolisen vesikerroksen virtaussuuntaa, keltaisella Coriolisvoimaa ja vaaleanpunaisella vesikerroksen todellista virtaussuuntaa.

Ekmanin spiraali viittaa virtausten tai tuulten rakenteeseen rajakerroksessa eli nesteen tai kaasun rajapinnan lähellä. Siinä virtauksen suunta muuttuu spiraalinomaisesti, kun liikutaan rajapinnasta poispäin. Ilmiö on nimetty ruotsalaisen oseanografin Vagn Walfrid Ekmanin mukaan. Pintavirtausten poikkeamat huomasi ensimmäisen kerran norjalainen oseanografi Fridtjof Nansen 1890-luvulla havaitessaan, että ajelehtiva vene kulki tuulen suunnasta oikealle.

Ekmanin spiraali on seurausta kitkasta ja Coriolis-ilmiöstä, joka kääntää pohjoisella pallonpuoliskolla virtauksia liikesuuntansa nähden oikealle ja eteläisellä vasemmalle. Kun siis tuuli puhaltaa valtameren pinnalle pohjoisella pallonpuoliskolla, pinnan virtaus kääntyy tuulen suunnasta noin 45 astetta oikealle (todellisuudessa vain 20-30 astetta). Kitkan vuoksi pintavesi saa myös alemmat vesikerrokset liikkeelle, ja alapuolella oleva vesi kääntyy aina yläpuolella olevaa enemmän oikealle. Pintavirtauksenkin nopeus on vain muutamia prosentteja tuulen nopeudesta, ja syvemmälle mentäessä virtauksen nopeus edelleen pienenee.

Klassinen Ekmanin spiraali on havaittu merijään alla, mutta sitä ei ole löydetty avomeriolosuhteissa. Tämä johtuu pinta-aaltojen häiritsevästä vaikutuksesta ja valtameren pintakerroksen turbulenttisesta sekoittumisesta. Jonkinasteista kiertymistä havaitaan usein. Ns. Ekman-syvyydellä virtauksen suunta on kiertynyt 180° eli virtaus on pintavirtauksen kanssa vastakkaissuuntainen. Tyypillinen Ekman-syvyys meressä on muutamia kymmeniä metrejä. Ilmakehän rajakerroksessa Ekmanin spiraali on tyypillinen, ja sen voimakkuus riippuu stabiilisuudesta ja alustan rosoisuudesta.

Aiheesta muualla

• AMS Glossary, mathematical description