核心概念
物理学
对流
温度
密度
引言
您可能知道海洋永远不会真正静止。但是您知道有一种叫做全球“海洋传送带”的东西，它将大量的水从一个海洋转移到另一个海洋吗？这些水流对于混合和输送营养物质和氧气至关重要，并在我们的气候中发挥着关键作用。这是因为它们在很长的距离上移动暖水和冷水，这会影响与海洋接壤的陆地的温度。例如，墨西哥湾流是从墨西哥湾流向北冰洋的一股大型洋流，使欧洲的气候更加温和。您知道是什么导致了“海洋传送带”吗？这很简单：水密度的差异。尝试一下这个活动来了解更多信息！
背景
海洋中存在大量的水运动。最明显的例子是水面上的波浪和涟漪，它们是由风产生的，或者是由于潮汐引起的洋流。然而，事实证明，水也可以在没有风或潮汐的情况下移动，这发生在深海中。这些水流是由温度和盐度差异引起的水密度变化而形成的，这一过程称为对流。
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物质的密度由其每单位体积的质量定义；例如，一升水的重量与一升油的重量不同。较轻的液体漂浮在较重的液体上，而较重的液体则沉入底部。水的密度随温度变化；加热时，它会膨胀，因此体积会增加。这意味着其每单位体积的质量将减少，并且密度会降低。因此，热水通常比冷水密度低。影响水密度的另一个因素是盐度，即海水中盐的含量。更多的盐使水更重，因此密度更高。
这两个因素，温度和盐度，是地球海洋传送带背后的主要驱动力，这是一个在深海中巨大的水循环系统，将水在全球范围内移动。洋流开始于北大西洋的北极附近，那里海洋表面被北极的温度冷却。随着海冰的形成，盐分会滞留在原地，那里的水变得更咸。这种水现在密度更高，将沉入海底。当表面水必须移动以代替下沉的水时，这会产生水流。深冷的的水一直移动到南极洲，然后到印度洋和太平洋。一旦水到达温暖的区域，它就会升温，密度降低并上升到表面。它最终会回到北大西洋，在那里整个循环再次开始。在此活动中，您将演示温度如何影响水的运动和水的密度，并在玻璃杯中创建自己的小洋流！
材料
两个透明的杯子，大小完全相同
一张旧 CD
三明治袋
剪刀
食用色素（任何颜色）
自来水
微波炉
冰块
温度计
用于处理水溢出的纸巾
成人助手
托盘
食盐（可选）
准备工作
用剪刀从三明治袋上剪下一条长条，其宽度足以完全覆盖 CD 中间的孔。
将托盘放在可以容忍水溢出的工作区域。
将两个杯子都装满自来水。
在一个杯子中加入冰块以冷却水。一旦水冷却，取出冰块，然后将杯子装满更多的自来水。
将另一个杯子放入微波炉中大约一分钟。（如果太热，请使其冷却至可以拿起杯子的程度。）
确保杯子装满水。
在热水中加入几滴食用色素。
将装有热水的杯子放入托盘中。
使用温度计测量热水和冷水的温度。
步骤
将从三明治袋剪下的塑料条放在 CD 上，使孔完全被堵住，并且一部分塑料条延伸到 CD 之外。
将 CD 放在冷杯的顶部，使塑料条朝向冷水。
然后拿起装有冷水和顶部有 CD 的杯子，然后慢慢地将其倒置，按住 CD 以避免溢出。您可能需要一位成人来帮助您完成此步骤。
将倒置的装有冷水的杯子放在装有热水的杯子的顶部，使 CD 将两个杯子隔开。一旦将两个杯子放在一起，会发生什么？您看到任何水混合了吗？
慢慢拉动延伸到 CD 之外的塑料条部分，然后取下整个条以露出 CD 的孔。当孔打开时会发生什么？您看到任何水运动吗？如果是，水向哪个方向移动？您能描述一下您的观察结果吗？
观察两个杯子大约 10 分钟。您是否看到顶部或底部杯子中发生任何变化？如果是，水如何变化？
10 分钟后，通过提起 CD 和上部杯子然后再次倒置，小心地再次将两个杯子分开。您可能需要请一位成人来帮助您完成此操作。
最后，再次测量两个杯子中的温度。温度改变了吗？如果是，如何改变？
将两个杯子中的水排入水槽，然后再次进行相同的测试，但是这次将装有热水的杯子放在装有冷水的杯子的顶部。（您应该有一位成人来帮助您完成此操作。）如果您这次移除塑料条，会发生什么？您看到相同的结果吗？有水运动发生吗？为什么？
10 分钟后，再次将两个杯子分开，然后测量每个杯子中的温度。温度改变了吗？如果是，改变了多少？
额外：在此活动中，您已证明温度差异会驱动水的运动。如果没有温度梯度会发生什么？重复相同的测试，但是这次不要加热或冷却杯子中的水 - 使它们保持相同的温度。当您移除塑料条时，您是否看到任何水运动发生？为什么？
额外：您能找到一种方法来演示盐度如何影响水的密度和水的运动吗？在一个杯子中加盐以产生盐度梯度，然后重复测试。含盐的水会漂浮还是下沉？您可以用盐度梯度产生水运动吗？
额外：不要演示热水如何漂浮在冷水之上，而要演示冷水如何沉入底部，然后将食用色素添加到冷水中而不是热水中。然后将冷水放在热水之上，反之亦然。您是否在两个方向上都看到水运动，还是仅在一个方向上看到？
额外：温度梯度如何影响水的混合？添加第三个测试，其中热水和冷水之间的温度差异与您之前的测试不同。如果热水和冷水之间的温度差异较大与较小，会发生什么变化？
观察和结果
您能否使您的水移动并漂浮和下沉？当您将食用色素添加到热水中并将冷水放在热水之上时，最初应该什么也没有发生，因为塑料条应该仍然覆盖着 CD 的孔，从而防止杯子之间的水混合。但是，一旦您移除了塑料条，染色的热水将通过 CD 孔射出并与上方的冷水混合。
这种水的运动是由对流驱动的：由于温度差异引起的水的运动。由于热水比冷水轻，并且想要膨胀，因此它会通过孔移动到上方的杯子中。大约 10 分钟后，混合应该几乎完成，并且两个杯子中水的颜色应该相似。同时，两个杯子中的温度应该发生了显着变化。刚开始时，您应该测量到较大的温度差。但是最后，两个温度应该相似。随着水的混合，发生了热交换，这意味着热水加热了冷水。如果您尝试了额外活动，并且两个杯子之间的温度差异较大或较小，您应该注意到当温度差较大时，水的混合会更快。当您根本没有温度梯度时，10 分钟内不会发生明显的混合。
如果您反转测试并且将热水放在冷水之上，则应该观察到水没有在杯子之间混合。这是因为热水比冷水轻或密度较低，这就是为什么它想留在顶部的原因。含盐水与不含盐的水也是如此。含盐水始终会沉入底部，因为它比不含盐的水密度高 - 正如它在真实海洋中所做的那样！
清理
将水槽中的所有水排干并清理任何溢出物。
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