Densitetsgradient

Densitetsgradient, or density gradient, er den romlige variasjonen av tetthet i et medium. Den beskrives matematisk som gradienten til tettheten, ∇ρ, og peker i retningen der tettheten øker mest. Mengden av denne gradienten angir hvor raskt tettheten endrer seg per lengdeenhet.

Årsaker til dens tetthetsvariasjon er forandringer i temperatur, sammensetning (for eksempel salinitet, oppløste stoffer) og trykk. I væsker og gasser fører slike variasjoner til stratifikasjon, der lag med forskjellig tetthet ligger over hverandre. Dette gjelder i atmosfæren, i havvann og i mange biologiske og industrielle systemer. Tetthetsgradienter kan dermed påvirke strømninger, grensesjikt og bølger, og de gir opphav til buoyant krefter som driver konveksjon og interne bølger.

Stabilitet og dynamikk i stratifiserte medier knyttes ofte til Brunt–Väisälä-frekvensen, et mål på hvor raskt små vertikale forstyrrelser vil oscilliere i et tetthetsgradientfelt. Positive gradienter som gir stabil stratifikasjon fører vanligvis til begrensede vertikale bevegelser, mens brudd eller små endringer kan fremkalle konveksjon eller bølger.

Praktiske anvendelser inkluderer densitetsgradient sentrifugering, der molekyler eller celler separeres etter tetthet ved hjelp av et kontrollert tetthetsfelt, og hav- eller atmosfæriske studier som undersøker lagdeling og transport. I naturen er pycnoclines, grenseflater med sterke tetthetsgradienter, sentrale for vannmasser og energioverføring.