स्तरीकरण (पानी)

जल में स्तरीकरण किसी जल निकाय में घनत्व के आधार पर अपेक्षाकृत भिन्न और स्थिर परतों के निर्माण को दर्शाता है। यह सभी जल निकायों में उपस्थित होता है जहां गहराई के साथ स्थिर घनत्व भिन्नता होती है। स्तरीकरण जल के ऊर्ध्वाधर मिश्रण में एक बाधा है, जो गर्मी, कार्बन, ऑक्सीजन और पोषक तत्वों के आदान-प्रदान को प्रभावित करता है। खुले जल में हवा से होने वाला उभार और बहाव स्तरीकरण के माध्यम से विभिन्न परतों के मिश्रण को प्रेरित कर सकता है और क्रमशः घनीय ठंडे, पोषक तत्वों से भरपूर, या खारे जल के बढ़ने और हल्के गर्म या ताजे जल के डूबने को प्रेरित करता हैं। परतें जल के घनत्व पर आधारित होती हैं: जिससे जबरन मिश्रण की अनुपस्थिति में स्थिर स्तरीकरण में सघन जल हल्के जल के नीचे रहता है।

स्तरीकरण कई प्रकार के जल निकायों में होता है, जैसे महासागर, झीलें, मुहाना, बाढ़ वाली गुफाएँ, जलभृत और कुछ नदियाँ।

तंत्र
स्तरीकरण में प्रेरक शक्ति गुरुत्वाकर्षण है, जो स्थानीय घनत्व के आधार पर जल की आसन्न मात्राओं को क्रमबद्ध करता है और उन पर उछाल और वजन के आधार पर कार्य करता है। परिवेश की तुलना में कम घनत्व वाले जल की मात्रा में परिणामी उत्प्लावन बल होगा जो इसे ऊपर की ओर उठाएगा, और उच्च घनत्व वाली मात्रा को वजन द्वारा नीचे खींचा जाएगा जो आर्किमिडीज़ के सिद्धांत का पालन करते हुए परिणामी उत्प्लावन बल से अधिक होगा।प्रत्येक आयतन तब तक बढ़ेगा या डूबेगा जब तक कि वह या तो  विक्षोभ और प्रसार के माध्यम से परिवेश के घनत्व से मेल खाने के लिए अपने परिवेश के साथ मिश्रित न हो जाए, और इसकी गहराई तक न पहुँच जाए जहाँ उसका घनत्व परिवेश के समान हो, या शरीर की ऊपरी या निचली सीमा तक न पहुँच जाए। जल और तब तक फैलता है जब तक कि बल संतुलित नहीं हो जाये और जल अपनी न्यूनतम संभावित ऊर्जा तक नहीं पहुंच जाता।

जल का घनत्व, जिसे प्रति इकाई आयतन के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है, तापमान का एक कार्य ($$T$$), लवणता ($$S$$) और दबाव ($$p$$) (या समतुल्य गहराई)है और इसे $$\rho(S, T, p)$$ रूप में निरूपित किया जाता है दाब पर निर्भरता महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि जल लगभग पूरी तरह से असम्पीडित है। जल का तापमान 4°C से ऊपर वृद्धि करने से बढ़ता है और इसका घनत्व कम हो जाता है। जल जमने पर फैलता है और 4°C से नीचे तापमान में कमी से भी इसका विस्तार होता है और घनत्व में कमी आती है। लवणता में वृद्धि, घुले हुए ठोस पदार्थों का द्रव्यमान, घनत्व में वृद्धि करेगा।

स्तरीकरण में घनत्व एक निर्णायक कारक है। यह संभव है कि तापमान और लवणता के संयोजन से ऐसा घनत्व प्राप्त हो जो अलगाव में किसी एक के प्रभाव से कम या अधिक हो, इसलिए ऐसा हो सकता है कि गर्म खारे जल की एक परत ठंडी ताजी जल की सतह परत और एक परत के बीच में अंतर् से कम हो जाती है। जिससे यह अधिक ठंडी, अधिक खारी, अधिक गहरी परत का रूप ले लेती है।

पाइक्नोक्लाइन जल के शरीर में एक परत है जहां घनत्व में परिवर्तन अन्य परतों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक होता है। पाइक्नोक्लाइन की मोटाई हर जगह स्थिर नहीं होती है और विभिन्न प्रकार के चर पर निर्भर करती है। 1960 और 2018 के बीच, ऊपरी महासागर स्तरीकरण प्रति दशक 0.7-1.2% के बीच बढ़ा। इसका मतलब यह है कि महासागरों में परतों के घनत्व में अंतर बढ़ जाता है, जिससे बड़े मिश्रण अवरोध और अन्य प्रभाव पैदा होते हैं। स्तरीकरण में घनत्व निर्णायक कारक है। तापमान और लवणता के संयोजन के लिए यह संभव है कि घनत्व में परिणाम हो जो अलगाव में किसी एक के प्रभाव से कम या अधिक हो, इसलिए ऐसा हो सकता है कि गर्म खारे पानी की एक परत ठंडे ताजे सतह की परत और एक के बीच में हो। अधिक ठंडी अधिक लवणीय गहरी परत।

जैसे पाइक्नोक्लाइन गहराई के साथ घनत्व में बड़े बदलाव वाली एक परत है, उसी तरह की परतों को तापमान, थर्मोकलाइन और लवणता, हेलोकलाइन में बड़े बदलाव के लिए परिभाषित किया जा सकता है। चूँकि घनत्व तापमान और लवणता दोनों कारको पर निर्भर करता है,अतः पाइकोनो-, थर्मो- और हैलोक्लाइन का आकार समान होता है।

मिश्रण
मिश्रण स्तरीकरण का विघटन है। एक बार जब जल शरीर की स्तरीकरण स्थिर स्थिति में पहुंच जाता है, और कोई बाहरी बल या ऊर्जा लागू नहीं होती है, तो यह धीरे-धीरे प्रसार द्वारा मिश्रण का रूप लेगा जब तक कि घनत्व, तापमान और संरचना में एकरूपता न हो जाए, केवल संपीड़न के साधारण प्रभाव के कारण भिन्नता होती है। यह प्रायः प्रकृति में उपस्थित नहीं होता है, जहां संतुलन बनाए रखने या बिगाड़ने के लिए कई तरह के बाहरी प्रभाव होते हैं।इनमें सूर्य से ऊष्मा का निविष्ट सम्मिलित है, जो ऊपरी आयतन को गर्म करता है, जिससे यह थोड़ा विस्तारित होता है और इसका घनत्व कम हो जाता है, इसलिए यह स्तरीकरण को बढ़ाता या स्थिर करता है। नीचे से गर्मी का निविष्ट जैसा कि टेक्टोनिक प्लेट के फैलने से होता है और ज्वालामुखीय प्रभाव एक दुर्गम प्रभाव है, जिससे गर्म जल बढ़ जाता है, लेकिन ये प्रायः स्थानीय प्रभाव होते हैं और हवा के प्रभाव, गर्मी की हानि और मुक्त सतह से वाष्पीकरण और परिवर्तनों की तुलना में धाराओं की दिशा कम प्रसारित होती है।हवा में हवा की लहरें और हवा की धाराएं उत्पन्न करने और सतह पर वाष्पीकरण बढ़ाने का प्रभाव अधिक होता है, जिसका शीतलन प्रभाव अधिक होता जाता है और विलेय पदार्थों पर ध्यान केंद्रित करने वाला प्रभाव उत्पन्न होने लगता है, जिससे लवणता बढ़ती है, जिससे दोनों घनत्व में वृद्धि होती है। तरंगों की गति से जल में कुछ कतरनी पैदा होती है, जिससे सतही जल में मिश्रण बढ़ जाता है, साथ ही धाराओं का विकास भी होता है। अक्षांशों के बीच जल का बड़े पैमाने पर संचलन कोरिओलिस बलों से प्रभावित होता है, जो वर्तमान दिशा में गति प्रदान करता है,और भूमि द्रव्यमान या अन्य स्थलाकृतिक अवरोध की ओर या उससे दूर जाने से कमी या अधिकता हो सकती है जो स्थानीय स्तर पर समुद्र के स्तर को कम या बढ़ा देती है, जिससे क्षतिपूर्ति के लिए ऊपर और नीचे की ओर हलचल होती है। ये समुद्र में प्रमुख उभार धाराओं के विचलन से जुड़े हैं जो इसे गहरे जल की सतह पर लाते हैं। उथल-पुथल कम से कम पांच प्रकार की होती है: तटीय उभार, समुद्र के अंदरूनी हिस्से में बड़े पैमाने पर हवा से होने वाला उभार, भंवरों से जुड़ा उभार,स्थलाकृतिक रूप से संबंधित उत्थान, और समुद्र के आंतरिक भाग में व्यापक-विस्तारित उत्थान। अधोप्रवाह समुद्र के प्रति-चक्रवात क्षेत्रों में भी होती है जहां गर्म छल्ले दक्षिणावर्त घूमते हैं, जिससे सतह का अभिसरण होता है। जब ये सतही जल एकत्रित होता हैं, तो सतही जल नीचे की ओर धकेल दिया जाता है ये मिश्रण प्रभाव स्तरीकरण को अस्थिर और कम करते हैं

महासागर
महासागर स्तरीकरण, घनत्व के आधार पर महासागर के जल को क्षैतिज परतों में प्राकृतिक रूप से अलग करना है, और यह सभी महासागरीय घाटियों में होता है। सघन जल हल्के जल के नीचे है, जो एक स्थिर स्तरीकरण का प्रतिनिधित्व करता है। पाइक्नोक्लाइन वह परत है जहां घनत्व में परिवर्तन की दर सबसे अधिक होती है।महासागर स्तरीकरण प्रायः स्थिर होता है क्योंकि गर्म जल ठंडे जल की तुलना में कम सघन होता है, और अधिकांश ताप सूर्य से उत्पन्न होता है, जो सीधे केवल सतह परत को प्रभावित करता है। हवा से प्रेरित यांत्रिक मिश्रण से स्तरीकरण कम हो जाता है, लेकिन संवहन (गर्म जल  का बढ़ना, ठंडे जल का डूबना) द्वारा प्रबलित होता है। स्तरीकृत परतें जल के मिश्रण में बाधा के रूप में कार्य प्रदान करती हैं, जो गर्मी, कार्बन, ऑक्सीजन और अन्य पोषक तत्वों के आदान-प्रदान को प्रभावित करती हैं।सतह मिश्रित परत महासागर की सबसे ऊपरी परत है सतह मिश्रित परत समुद्र की सबसे ऊपरी परत है और यांत्रिक (हवा) और तापीय (संवहन) प्रभाव से अच्छी तरह मिश्रित होती है।

हवा के कारण सतही जल ज़मीन से दूर और उसकी ओर बढ़ने के कारण, उन क्षेत्रों में स्तरीकरण को तोड़ते हुए ऊपर की ओर और नीचे की ओर बहाव को उत्पन्न कर सकता है, जहां ठंडे पोषक तत्वों से भरपूर जल ऊपर उठता है और गर्म जल डूब जाता है, जिससे क्रमशः सतह और नीचे का जल आपस में मिल जाता है।थर्मोकलाइन की मोटाई हर जगह स्थिर नहीं होती है और विभिन्न प्रकार के चर पर निर्भर करती है।

1960 और 2018 के बीच, जलवायु परिवर्तन के कारण ऊपरी महासागर स्तरीकरण में प्रति दशक 0.7-1.2% की वृद्धि हुई।इसका मतलब यह है कि महासागरों में परतों के घनत्व में अंतर बढ़ता है, जिससे बड़े मिश्रण अवरोध और अन्य प्रभाव होते हैं। [स्पष्टीकरण की आवश्यकता] वैश्विक ऊपरी-महासागर स्तरीकरण ने 2022 में अपनी बढ़ती प्रवृत्ति को जारी रखा है।1960 के बाद से दक्षिणी महासागरों (30° दक्षिण के दक्षिण) में स्तरीकरण की सबसे प्रबल दर का अनुभव हुआ, इसके बाद प्रशांत, अटलांटिक और हिंद महासागरों का स्थान स्थिर रहा।बढ़ता स्तरीकरण मुख्य रूप से समुद्र के तापमान में परिवर्तन से प्रभावित होता है;और इसकी लवणता केवल स्थानीय स्तर पर भूमिका निभाती है।

ज्वारनदमुख

 * जल परिसंचरण के आधार पर वर्गीकरण
 * नदी के मुहाने पर जल का संचार, ऊर्ध्वाधर मिश्रण और स्तरीकरण

झीलें
झील स्तरीकरण, प्रायः जल के तापमान के कारण घनत्व भिन्नता के कारण उष्मीय स्तरीकरण का एक रूप है, गर्म मौसम के दौरान और कभी-कभी जम जाने पर जल की अलग और विशिष्ट परतों का निर्माण होता है। प्रायः स्तरीकृत झीलें तीन अलग-अलग परतें दिखाती हैं, एपिलिमनियन जिसमें शीर्ष गर्म परत होती है, थर्मोकलाइन (या मेटालिमनियन): मध्य परत, जो पूरे दिन गहराई बदल सकती है, और झील के तल तक फैली हुई ठंडी हाइपोलिमनियन।

झीलों का उष्मीय स्तरीकरण झील में अलग-अलग गहराई पर तापमान में भिन्नता के कारण जल निकाय के कुछ हिस्सों को मिश्रण से ऊर्ध्वाधर रूप से अलग करना है, और यह तापमान के साथ जल के घनत्व में भिन्नता के कारण होता है। ठंडा जल समान लवणता वाले गर्म जल की तुलना में सघन होता है, और एपिलिमनियन में प्रायः जल होता है जो हाइपोलिमनियन के जल जितना घना नहीं होता है। यद्यपि, मीठे जल के लिए अधिकतम घनत्व का तापमान 4 डिग्री सेल्सियस है। समशीतोष्ण क्षेत्रों में जहां झील का जल पूरे मौसम में गर्म और ठंडा होता है, वहां पलटाव का एक चक्रीय क्रम होता है जो साल-दर-साल दोहराया जाता है क्योंकि झील के शीर्ष पर जल ठंडा होता है और डूब जाता है (स्थिर और अस्थिर स्तरीकरण देखें)। उदाहरण के लिए, डिमिक्टिक झीलों में वसंत और पतझड़ के दौरान झील का जल पलट जाता है। यह प्रक्रिया गहरे जल में अधिक धीरे-धीरे होती है और परिणामस्वरूप, एक उष्मीय बार बन सकता है। यदि जल का स्तरीकरण लंबे समय तक रहता है, तो झील अंशमिश्रित  होती है।

उथली झीलों में, एपिलिमनियन, मेटालिमनियन और हाइपोलिमनियन में स्तरीकरण प्रायः नहीं होता है, क्योंकि हवा या शीतलन के कारण पूरे वर्ष नियमित मिश्रण होता है। इन झीलों को विविध तापी कहा जाता है। ऐसी कोई निश्चित गहराई नहीं है जो विविध तापी और स्तरीकृत झीलों को अलग करती हो, क्योंकि गहराई के अलावा, यह गंदगी, झील की सतह क्षेत्र और जलवायु से भी प्रभावित होती है। झील मिश्रण शासन (उदाहरण के लिए पॉलीमिक्टिक, डिमिक्टिक, मेरोमिक्टिक) अधिकांश वर्षों में होने वाले झील स्तरीकरण के वार्षिक क्रम का वर्णन करता है। यद्यपि अल्पकालिक घटनाएँ झील के स्तरीकरण को भी प्रभावित कर सकती हैं। गर्मी की लहरें अन्यथा मिश्रित, उथली झीलों में स्तरीकरण की अवधि का कारण बन सकती हैं, जबकि तूफान या बड़ी नदी के बहाव जैसी मिश्रित घटनाएं, स्तरीकरण को तोड़ सकती हैं। हाल के शोध से पता चलता है कि मौसमी रूप से बर्फ से ढकी   द्‍विपर्यासी झीलों को उनके शीतकालीन स्तरीकरण के अनुसार "क्रायो स्तरीकृत" या "रंगीन" के रूप में वर्णित किया जा सकता है। क्रायोस्ट्रेटिफाइड झीलें बर्फ की सतह के पास विपरीत स्तरीकरण प्रदर्शित करती हैं और उनकी गहराई का औसत तापमान 4 डिग्री सेल्सियस के करीब होता है, जबकि क्रायोमिक्टिक झीलों में बर्फ के नीचे कोई थर्मोकलाइन नहीं होती है और उनकी गहराई का औसत सर्दियों का तापमान 0 डिग्री सेल्सियस के करीब होता है।