Циркуляционные системы в океане. Горизонтальная структура вод мирового океана Вертикальная структура мирового океана

(около 70 %), состоящая из целого ряда отдельных компонентов. Всякий разбор строения М.о. связан с компонентными частными структурами океана.

Гидрологическая структура МО.

Температурная стратификация. В 1928 г. Дефантом было сформулировано теоретическое положение о горизонтальном разделении МО на две толщи вод. Верхнюю часть – океаническую тропосферу, или «Тёплый океан» и океаническую стратосферу или «Холодный океан» Граница между ними проходит наклонно, варьируясь от практически вертикального до горизонтального положения. На экваторе граница находится на глубине около 1 км, в полярных широтах может проходить почти вертикально. Воды «теплого» океана легче полярных вод и располагаются на них как на жидком дне. Несмотря на то, что теплый океан имеется практически везде и, следовательно, граница между ним и холодным океаном имеет значительную протяженность, водообмен между ними происходит только в очень немногих местах, за счет поднятия глубинных вод (апвеллинга), или опускания теплых вод (даунвеллинга).

Геофизическая структура океана (наличие физических полей). Один из факторов ее наличия – термодинамический обмен между океаном и атмосферой. По мнению Шулейкина (1963) океан надо рассматривать как тепловую машину, работающую в меридиональном направлении. Экватор – нагреватель, а полюса – холодильники. За счет циркуляции атмосферы и океанических течений происходит постоянный отток тепла от экватора к полюсам. Экватор делит океаны а 2 части с частично обособленными системами течений , а материки делят М.о. на регионы. Таким образом океанографии подразделяют МО на 7 частей: 1) Северный Ледовитый, 2) Северная часть Атлантического, 3) Северная часть Индийского, 4) Северная часть Тихого, 5) Южная часть Атлантического, 6) Южная часть Тихого, 7) Южная часть Индийского.

В океане, как и везде в географической оболочке есть граничащие поверхности (океан/атмосфера, берег/океан, дно/водная масса, холодная/теплая ВМ, более соленая/менее соленая ВМ и т.д.). Установлено, что наибольшая активность протекания химических процессов происходит именно на пограничных поверхностях (Айзатулин, 1966). Вокруг каждой такой поверхности наблюдается повышенное поле химической активности и физических аномалий. МО делят на активные слои, толщина которых при приближении к границе, которая их порождает уменьшается вплоть до молекулярного, а химическая активность и количество свободной энергии максимально возрастает. Если происходит пересечение нескольких границ, то все процессы происходят еще более активно. Максимальная активность наблюдается на побережьях, на кромке льда, на океанических фронтах (ВМ разного происхождения и характеристик).

Наиболее активны:

1. экваториальная зона, где контактируют ВМ северной и южной частей океанов, закручивающиеся в противоположных направлениях (по или против часовой стрелки).
2. зоны контакта океанических вод с разной глубины. В районах апвеллинга к поверхности поднимаются воды стратосферы, в которых растворено большое количество минеральных веществ, являющихся пищей для растений. В районах даунвеллина ко дну океана опускаются богатые кислородом поверхностные воды. В подобных районах биомасса увеличивается в 2 раза.
3. районы гидротерм (подводных вулканов). Здесь формируются основанные на хемосинтезе «экологические оазисы». В них организмы существуют при температуре до +400ºС и солености до 300 ‰. Здесь обнаружены археобактерии гибнущие при +100ºС от переохлаждения и родственные существовавшим на Земле 3,8 млрд. лет назад, щетинковые черви – живущие в растворах напоминающих серную кислоту при температуре +260ºС.
4. устья рек.
5. проливы.
6. подводные пороги

Наименее активны центральные часть океанов удаленные от дна и берегов.

Биологическая структура.

До середины 60-х гг. бытовало мнение, что океан может прокормить человечество. Но оказалось, что только около 2% водных масс океана насыщено жизнью. В характеристике биологической структуры океана имеется несколько подходов.

1. Подход связан с выявлением скоплений жизни в океане. Здесь выделяется 4 статических скопления жизни: 2 пленки жизни поверхностная и придонная толщиной приблизительно по 100 м и 2 сгущения жизни: прибрежное и саргассово – скопление организмов в открытом океане, где дно не играет никакой роли, связанные с подъемами и опусканиями вод в океане, фронтальными зонами в океане,

2. Подход Зенкевича связан с выявлением симметрии в океане существует. Здесь существует 3 плоскости симметрии в явлениях биотической среды: экваториальная, 2 меридиональных проходящих соответственно по центру океана и по центру материка. По отношению к ним происходит изменение в биомассе от берега к центру океана биомасса уменьшается. Широтные пояса в океане выделяют по отношению к экватору.

   1. экваториальная зона протяженностью около 10 0 (от 5 0 с.ш. до 5 0 ю.ш.) – полоса богатая жизнью. Очень много видов при небольшой численности каждого. Рыбопромысел обычно не очень выгоден.
   2. субтропическо-тропические зоны (2) – зоны океанических пустынь. Обитает довольно много видов, фитопланктон активен круглогодично, но биопродуктивность очень низкая. Максимальное количество организмов обитает на коралловых рифах и в мангровых зарослях (прибрежные полузатопленные водой растительные формации).
   3. зоны умеренных широт (2 зоны) имеют наибольшую биопродуктивность. Видовое разнообразие по сравнению с экватором резко уменьшается, но количество особей одного вида резко увеличивается. Это районы активного рыбопромысла. 4) полярные зоны – районы с минимальной биомассой из-за того, что фотосинтез фитопланктона в зимнее время прекращается.

3. Экологическая классификация. Выделяют экологические группы живых организмов.

   1. планктон (от греч. Planktos – блуждающий), совокупность организмов, обитающих в толще воды и неспособных противостоять переносу течением. Состоит из бактерий, диатомовых и некоторых других водорослей (фитопланктон), простейших, некоторых кишечнополостных, моллюсков, ракообразных, икры и личинок рыб, личинок беспозвоночных (зоопланктон).
   2. нектон (от греч. nektos – плавающий), совокупность активно плавающих животных, обитающих в толще воды, способных противостоять течению и перемещаться на значительные расстояния. К нектону относятся кальмары, рыбы, морские змеи и черепахи, пингвины, киты, ластоногие и др.
   3. бентос (от греч. benthos – глубина), совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов. Часть из них передвигается по дну: морские звезды, крабы, морские ежи. Другие прикрепляются ко дну – кораллы, гребешки, водоросли. Некоторые рыбы плавают у дна или лежат на дне (скаты, камбала), могут закапываться в грунт.
   4. Выделяют и другие, более мелкие экологические группы организмов: плейстон – организмы, плавающие по поверхности; нейстон – организмы, которые прикрепляются к пленке воды сверху или снизу; гипонейстон – живут непосредственно под пленкой воды.

В строении географической оболочки МО выделяют несколько особенностей:

1. Единство МО
2. Внутри структуры МО выделяются круговые структуры.
3. Океан анизотропен, т.е. передает влияние граничащих поверхностей с разной скоростью в разных направлениях. Капля воды от поверхности Атлантического океана ко дну движется 1000 лет, а с востока на запад от 50 суток до 100 лет.
4. Океан имеет вертикальную и горизонтальную поясность, что приводит к формированию внутри океана внутренних границ более низкого ранга.
5. Значительные размеры МО сдвигают нижнюю границу ГО в нем до 11 км глубины.

Существуют значительные сложности анализа единой географической среды океана.

1. малая доступность для человека;
2. сложности в разработке техники для изучения океана;
3. малый отрезок времени в который океан изучается.

Водное пространство вне суши называется Мировым океаном . Воды Мирового океана занимают около 70,8 % площади поверхности нашей планеты (361 млн. км 2) и играют исключительно важную роль в развитии географической оболочки.

Мировой океан содержит 96,5 % вод гидросферы. Объем его вод равен 1 336 млн. км 3 . Средняя глубина равна 3711 м, максимальная – 11022 м. Преобладающие глубины от 3000 до 6000 м. На них приходится 78,9 % площади.

Температура поверхности воды от 0°С и ниже в полярных широтах до +32 °С в тропиках (Красное море). К придонным слоям она снижается до +1°С и ниже. Средняя соленость – около 35 ‰, максимальная – 42 ‰ (Красное море).

Мировой океан разделяется на океаны, моря, заливы, проливы.

Границы океанов не всегда и не везде проходят по берегам материков, нередко они проводятся весьма условно. Каждый океан обладает комплексом только ему присущих качеств. Для каждого из них характерна своя система течений, система приливов и отливов, специфическое распределение солености, свой температурный и ледовый режим, своя циркуляция с воздушными течениями, свои характер глубин и господствующие донные отложения. Выделяют Тихий (Великий), Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Иногда выделяют и Южный океан.

Море – значительная акватория океана, более или менее обособленная от него сушей или подводными поднятиями и отличающаяся своими природными условиями (глубина, рельеф дна, температура, соленость, волнение, течения, приливы, органическая жизнь).

В зависимости от характера контакта материков и океанов моря делятся на следующие три типа:

1.Средиземные моря: располагаются между двумя материками или находятся в поясах разлома земной коры; они характеризуются сильной изрезанностью береговой линии, резким перепадом глубин, сейсмичностью и вулканизмом (Саргассово море, Красное море, Средиземное море, Мраморное море и др.).

2. Внутренние моря : глубоко вдаются в сушу, располагаются внутри материков, между островами или материками или в пределах архипелага, значительно отделены от океана, характеризуются небольшими глубинами (Белое море, Балтийское море, Гудзоново море и др.).

3. Окраинные моря : располагаются по окраинам материков и больших островов, на материковых отмелях и склонах. Они широко открыты в сторону океана (Норвежское море, Карское море, Охотское море, Японское море, Желтое море и др.).

Географическое положение моря во многом определяет его гидрологический режим. Внутренние моря слабо связаны с океаном, поэтому соленость их воды, течения и приливы заметно отличаются от океанских. Режим окраинных морей в сущности океанический. Большая часть морей находится у северных материков, особенно у берегов Евразии.

Залив – часть океана или моря, вдающаяся в сушу, но имеющая свободный водообмен с остальной акваторией, слабо отличается от нее по природным особенностям и режиму. Не всегда уловима разница между морем и заливом. В принципе залив меньше моря; каждое море образует заливы, наоборот же не бывает. Исторически сложилось так, что в Старом свете и небольшие акватории, например Азовское и Мраморное, называются морями, а в Америке и Австралии, где названия давали европейские первооткрыватели, даже большие моря называются заливами – Гудзонов, Мексиканский. Иногда одинаковые акватории называются одна морем, другая – заливом (Аравийское море, Бенгальский залив).

В зависимости от происхождения, строения берега, формы и размеров заливы называются бухтами, фьордами, лиманами, лагунами:

Бухты (гавани) – заливы небольших размеров, защищенные от волнения и ветров выступающими в море мысами. Являются удобными для стоянки судов (Новороссийская, Севастопольская – Черное море, Золотой Рог – Японское море и др.).

Фьорды – узкие, глубокие, длинные заливы с выступающими, крутыми, скалистыми берегами и корытообразным профилем, часто от моря отделяются подводными порогами. Длина некоторых может доходить свыше 200 км, глубина – свыше 1000 м. Их происхождение связано с разломами и эрозионной деятельностью четвертичных ледников (побережье Норвегии, Гренландии, Чили).

Лиманы – мелководные, глубоко вдающиеся в сушу заливы с косами и пересыпями. Они образуются в расширенных устьях рек при опускании береговой суши (Днепровский, Днестровский лиманы в Черном море).

Лагуны – вытянутые вдоль берега мелководные заливы с соленой или солоноватой водой, отделенные от моря косами, либо соединенные с морем узким проливом (хорошо развиты на побережье Мексиканского залива).

Губы – мелкие заливы, в которые обычно впадают крупные реки. Здесь вода сильно опреснена, по цвету резко отличается от воды прилегающего участка моря и имеет желтоватые и коричневатые оттенки (Пенжинская губа).

Проливы – относительно узкие водные пространства, соединяющие отдельные части Мирового океана и разделяющие участки суши. По характеру водообмена делятся на: проточные – течения направлены по всему поперечному сечению в одну сторону; обменные – воды движутся в противоположных направлениях. В них водообмен может происходить по вертикали (Босфор) или горизонтали (Лаперуза, Девисов).

Структурой Мирового океана называется его строение – вертикальная стратификация вод, горизонтальная (географическая) поясность, характер водных масс и океанических фронтов.

В вертикальном разрезе толща воды распадается на большие слои, аналогичны слоям атмосферы. Выделяются следующие четыре сферы (слоя):

Верхняя сфера формируется непосредственным обменом энергией и веществом с тропосферой. Она охватывает слой в 200–300 м мощности. Эта верхняя сфера характеризуется интенсивным перемешиванием, проникновением света и значительными колебаниями температуры.

Промежуточная сфера простирается до глубин 1500–2000 м; ее воды образуются из поверхностных вод при их опускании. При этом они охлаждаются и уплотняются, а затем перемешиваются в горизонтальных направлениях, преимущественно с зональной составляющей. Они выделяются в полярных областях повышенной температурой, в умеренных широтах и тропических областях пониженной или повышенной соленостью. Преобладают горизонтальные переносы водных масс.

Глубинная сфера не доходит до дна примерно на 1000 м. Этой сфере свойственна определенная однородность. Ее мощность составляет около 2000 м и она концентрирует более 50% всей воды Мирового океана.

Придонная сфера занимает самый нижний слой толщи океана и простирается на расстояние примерно 1000 м от дна. Воды этой сферы образуются в холодных поясах, в Арктике и Антарктике и перемещаются на огромных пространствах по глубоким котловинам и желобам, отличаются наиболее низкими температурами и наибольшей плотностью. Они воспринимают тепло из недр Земли и взаимодействуют с дном океана. Поэтому при своем движении они значительно трансформируются.

Водной массой называется сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана и обладающий в течение длительного времени почти постоянными физическими (температура, свет), химическими (газы) и биологическими (планктон) свойствами. Одна масса от другой отделяется океанским фронтом.

Выделяются следующие типы водных масс:

1.Экваториальные водные массы характеризуются самой высокой в открытом океане температурой, пониженной соленостью (до 34–32 ‰), минимальной плотностью, большим содержанием кислорода и фосфатов.

2.Тропические и субтропические водные массы создаются в областях тропических атмосферных антициклонов и характеризуются повышенной соленостью (до 37 ‰ и более) и большой прозрачностью, бедностью питательными солями и планктоном. В экологическом отношении они представляет собой океанские пустыни.

3.Умеренные водные массы располагаются в умеренных широтах и отличаются большой изменчивостью свойств как по географическим широтам, так и по сезонам года. Для умеренных водных масс характерен интенсивный обмен теплом и влагой с атмосферой.

4.Полярные водные массы Арктики и Антарктики характеризуются самой низкой температурой, наибольшей плотностью, повышенным содержанием кислорода. Воды Антарктики интенсивно погружаются в придонную сферу и снабжают ее кислородом.

Воды Мирового океана находятся в непрерывном движении и перемешивании. Волнения – колебательные движения воды, течения – поступательные. Главная причина волнений (волн) на поверхности – ветер при скорости более 1м/с. Волнение, вызванное ветром, с глубиной затухает. Глубже 200 м даже сильное волнение уже незаметно.При скорости ветра примерно 0,25 м/с образуется рябь. При усилении ветра вода испытывает не только трение, но и удары воздуха. Волны растут в высоту и длину, увеличивая период колебания и скорость. Рябь превращается в гравитационные волны. Величина волн зависит от скорости ветра и разгона. Максимальная высота в умеренных широтах (до 20 – 30 метров). Наименьшее волнение – в экваториальном поясе, повторяемость штилей 20 – 33 %.

Вследствие подводных землетрясений и извержений вулканов возникают сейсмические волны – цунами . Длина этих волн 200 – 300 метров, скорость – 700 – 800 км/час. Сейши (стоячие волны) возникают в результате резких изменений давления над водной поверхностью. Амплитуда 1 – 1,5 метра. Характерны для замкнутых морей и заливов.

Морские течения – это горизонтальные перемещения воды в виде широких потоков. Причиной поверхностных течений является ветер, глубинных – разная плотность воды. Теплые течения (Гольфстрим, Северо-Атлантическое) направляются из более низких широт в сторону более широких, холодные (Лабродорское, Перуанское) – наоборот. В тропических широтах у западных берегов материков пассаты сгоняют теплую воду и увлекают ее в западном направлении. На ее место поднимается из глубины холодная вода. Образуется 5 холодных течений: Канарское, Калифорнийское, Перуанское, Западно-Австралийское и Бенгельское. В южном полушарии в них вливаются холодные струи течения Западных Ветров. Теплые воды образуются движущимися параллельными пассатным течениям: Северное и Южное. В Индийском океане в северном полушарии – муссонное. У восточных берегов материков они разделяются на части, отклоняются к северу и югу и идут вдоль материков: на 40 – 50º с.ш. под влиянием западных ветров течения откланяются на восток и образуют теплые течения.

Приливно-отливные движения океанских вод возникают под воздействием сил притяжения Луны и Солнца. Самые высокие приливы наблюдаются в заливе Фанди (18 м). Различают приливы полусуточные, суточные и смешанные.

Также для динамики вод характерно вертикальное перемешивание: в зонах конвергенции – погружение вод, в зонах дивергенции – аппвелинг.

Дно океанов и морей покрыто осадочными отложениями, которые называются морскими осадками , грунтами и илами . По механическому составудонные отложения классифицируют на: грубообломочные осадочные породы или псефиты (глыбы, валуны, галечники, гравий), песчаные породы или псаммиты (пески крупные, средние, мелкие), алевритовые породы или алевриты (0,1 – 0,01 мм) и глинистые горные породы или пеллиты .

По вещественному составу среди донных отложений различают слабоизвестковистые (содержание извести 10–30 %), известковистые (30–50 %), сильноизвестковистые (более 50 %), слабокремнистые (содержание кремния 10–30 %), кремнистые (30–50 %) и сильнокремнистые (более 50 %) отложения. По генезису выделяют терригенные, биогенные, вулканогенные, полигенные и аутигенные отложения.

Терригенные осадки приносятся с суши реками, ветром, ледниками, прибоем, приливами и отливами в виде продуктов разрушения горных пород. Близ берега они представлены валунами, дальше галькой, песками, наконец, алевритами и глинами. Они покрывают примерно 25 % дна Мирового океана, залегают преимущественно на шельфе и материковом склоне. Особую разновидность терригенных отложений составляют айсберговые отложения, которые отличаются низким содержанием извести, органического углерода, плохой сортировкой и разнообразным гранулометрическим составом. Они образуются из осадочного материала, выпадающего на океаническое дно при таянии айсбергов. Они наиболее характерны для антарктических вод Мирового океана. Выделяются также терригенные отложения Северного Ледовитого океана, образующиеся из осадочного материала, приносимого реками, айсбергами, речными льдами. Большей частью терригенный состав имеют и турбидиты – осадки мутьевых потоков. Они типичны для материкового склона и материкового подножия.

Биогенные осадки образуются непосредственно в океанах и морях в результате отмирания различных морских организмов, главным образом планктонных, и выпадения в осадок их нерастворимых остатков. Биогенные отложения по вещественному составу делятся на кремнистые и известковые.

Кремнистые осадки состоят из остатков диатомовых водорослей, радиолярий и кремневых губок. Диатомовые осадки широко распространены в южных частях Тихого, Индийского и Атлантического океанов в виде сплошного пояса вокруг Антарктиды; в северной части Тихого океана, в Беринговом и Охотском морях, но здесь в них высока примесь терригенного материала. Отдельные пятна диатомовых илов обнаружены на больших глубинах (более 5000 м) в тропических поясах Тихого океана. Диатомово-радиоляриевые отложения наиболее распространены в тропических широтах Тихого и Индийского океанов, кремнево-губковые встречаются на шельфе Антарктиды, Охотском море.

Известковые отложения , как и кремнистые, делятся на ряд видов. Наиболее широко развиты фораминиферово-кокколитовые и фораминиферовые илы, распространенные главным образом в тропических и субтропических частях океанов, особенно в Атлантике. Типичный фораминиферовый ил содержит до 99% извести. Значительную часть таких илов составляют раковины планктонных фораминифер, а также кокколитофорид – раковины планктонных известковых водорослей. При существенной примеси в донных осадках раковин планктонных моллюсков птеропод образуются птероподово-фораминиферовые отложения. Большие их участки встречаются в экваториальной Атлантике, а также в Средиземном, Карибском морях, в районе Багамских островов, в западной части Тихого океана и других районах Мирового океана.

Кораллово-водорослевые отложения занимают экваториальные и тропические мелководья западной части Тихого океана, покрывают дно на севере Индийского океана, в Красном и Карибском морях, ракушечные карбонатные отложения – прибрежные зоны морей умеренных и субтропических поясов.

Пирокластические, или вулканогенные, осадки образуются в результате поступления в Мировой океан продуктов вулканических извержений. Обычно это туфы или туфобрекчии, реже – неконсолидированные пески, алевриты, реже осадки глубинных, сильносоленых и высокотемпературных подводных источников. Так, у их выходов в Красном море формируются сильножелезистые осадки с высоким содержанием свинца и других цветных металлов.

К полигенным осадкам относится один тип донных отложений – глубоководная красная глина – осадок пелитового состава коричневого или коричнево-красного цвета. Такая окраска обусловлена высоким содержанием оксидов железа и марганца. Глубоководные красные глины распространены в абиссальных котловинах океанов на глубинах более 4500 м. Наиболее значительные площади они занимают в Тихом океане.

Аутигенные, или хемогенные, осадки образуются в результате химического либо биохимического выпадения тех или иных солей из морской воды. К ним относится оолитовые отложения, глауконитовые пески и илы и железомарганцевые конкреции.

Оолиты – мельчайшие шарики извести, встречаются в теплых водах Каспийского и Аральского морей, Персидского залива, в районе Багамских островов.

Глауконитовые пески и илы – осадки различного состава с заметной примесью глауконита. Наибольшее распространение имеют на шельфе и материковом склоне у атлантического побережья США, Португалии, Аргентины, на подводной окраине Африки, у южного берега Австралии и в некоторых других районах.

Железомарганцевые конкреции – стяжения гидроксидов железа и марганца с примесью других соединений, в первую очередь кобальта, меди, никеля. Встречаются как включения в глубоководных красных глинах и местами, особенно в Тихом океане, образуют большие скопления.

Более трети всей площади дна Мирового океана занято глубоководной красной глиной и примерно такую же площадь распространения имеют фораминиферовые осадки. Скорость накопления осадков определяется толщиной слоя осадков, отложившихся на дне за 1000 лет (в некоторых районах 0,1–0,3 мм за тысячу лет, в устьях рек, переходных зонах и желобах – сотни миллиметров за тысячу лет).

В распределении в Мировом океане донных отложений ярко проявляется закон широтной географической зональности. Так, в тропических и умеренных поясах дно океана до глубины 4500–5000 м покрыто биогенными известковыми отложениями, глубже – красными глинами. Субполярные пояса занимает кремнистый биогенный материал, а полярные – айсберговые отложения. Вертикальная зональность находит выражение в смене карбонатных осадков на больших глубинах красными глинами.

Структурой Мирового океана называется его строение – вертикальная стратификация вод, горизонтальная (географическая) поясность, характер водных масс и океанических фронтов.

Вертикальная стратификация Мирового океана. В вертикальном разрезе толща воды распадается на большие слои, аналогичны слоям атмосферы. Их также называют сферами. Выделяются следующие четыре сферы (слоя):

Верхняя сфера формируется непосредственным обменом энергией и веществом с тропосферой в форме микроциркуляционных систем. Она охватывает слой в 200-300 м мощности. Эта верхняя сфера характеризуется интенсивным перемешиванием, проникновением света и значительными колебаниями температуры.

Верхняя сфера распадается на следующие частные слои:

а) самый верхний слой толщиной в несколько десятков сантиметров;

б) слой воздействия ветра глубиной 10-40 см; он участвует в волнении, реагирует на погоду;

в) слой скачка температур, в котором она резко падает от верхнего нагретого к нижнему, не затронутому волнением и не прогретому слою;

г) слой проникновения сезонной циркуляции и изменчивости температур.

Океанские течения обычно захватывают водные массы только верхней сферы.

Промежуточная сфера простирается до глубин 1 500 – 2000 м; ее воды образуются из поверхностных вод при их опускании. При этом они охлаждаются и уплотняются, а затем перемешиваются в горизонтальных направлениях, преимущественно с зональной составляющей. Преобладают горизонтальные переносы водных масс.

Глубинная сфера не доходит до дна примерно на 1 000 м. Этой сфере свойственна определенная однородность. Ее мощность составляет около 2 000 м и она концентрирует более 50 % всей воды Мирового океана.

Придонная сфера занимает самый нижний слой толщи океана и простирается на расстояние примерно 1 000 м от дна. Воды этой сферы образуются в холодных поясах, в Арктике и Антарктике и перемещаются на огромных пространствах по глубоким котловинам и желобам. Они воспринимают тепло из недр Земли и взаимодействуют с дном океана. Поэтому при своем движении они значительно трансформируются.

Водные массы и океанские фронты верхней сферы океана. Водной массой называется сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана и обладающий в течение длительного времени почти постоянными физическими (температура, свет), химическими (газы) и биологическими (планктон) свойствами. Водная масса перемещается как единое целое. Одна масса от другой отделяется океанским фронтом.

Выделяются следующие типы водных масс:

1. Экваториальные водные массы ограничены экваториальным и субэкваториальным фронтами. Они характеризуются самой высокой в открытом океане температурой, пониженной соленостью (до 34-32 ‰), минимальной плотностью, большим содержанием кислорода и фосфатов.

2. Тропические и субтропические водные массы создаются в областях тропических атмосферных антициклонов и ограничены со стороны умеренных поясов тропическим северным и тропическим южным фронтами, а субтропические – северным умеренным и северным южным фронтами. Они характеризуются повышенной соленостью (до 37 ‰ и более), большой прозрачностью, бедностью питательными солями и планктоном. В экологическом отношении тропические водные массы представляет собой океанские пустыни.

3. Умеренные водные массы располагаются в умеренных широтах и ограничены со стороны полюсов арктическим и антарктическим фронтами. Они отличаются большой изменчивостью свойств как по географическим широтам, так и по сезонам года. Для умеренных водных масс характерен интенсивный обмен теплом и влагой с атмосферой.

4. Полярные водные массы Арктики и Антарктики характеризуются самой низкой температурой, наибольшей плотностью, повышенным содержанием кислорода. Воды Антарктики интенсивно погружаются в придонную сферу и снабжают ее кислородом.

Океанские течения. В соответствии с зональным распределением солнечной энергии по поверхности планеты как в океане, так и в атмосфере создаются однотипные и генетически связанные циркуляционные системы. Старое положение о том, что океанские течения вызываются исключительно ветрами, не подтверждается новейшими научными исследованиями. Перемещение и водных, и воздушных масс определяется общей для атмосферы и гидросферы зональностью: неравномерным нагреванием и охлаждением поверхности Земли. От этого в одних районах возникают восходящие токи и убыль массы, в других – нисходящие токи и увеличение массы (воздуха или воды). Таким образом рождается импульс движения. Перенос масс – приспособление их к полю силы тяжести, стремление к равномерному распределению.

Большинство макроциркуляционных систем держится весь год. Только в северной части Индийского океана течения меняются вслед за муссонами.

Всего на Земле имеется 10 крупных циркуляционных систем:

1) Североатлантическая (Азорская) система;

2) Северотихоокеанская (Гавайская) система;

3) Южноатлантическая система;

4) Южнотихоокеанская система;

5) Ижноиндийская система;

6) Экваториальная система;

7) Атлантическая (Исландская) система;

8) Тихоокеанская (Алеутская) система;

9) Индийская муссонная система;

10) Антарктическая и Арктическая система.

Главные циркуляционные системы совпадают с центрами действия атмосферы. Эта общность носит генетический характер.

Поверхностное течение отклоняется от направления ветра на угол до 45 0 вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Так, пассатные течения идут с востока на запад, пассаты же дуют с северо-востока в Северном полушарии и с юго-востока в Южном полушарии. Верхний слой может следовать за ветром. Однако каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево) от направления движения вышележащего слоя. Скорость течения при этом уменьшается. На некоторой глубине течение принимает противоположное направление, что практически означает его прекращение. Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах не более 300 м.

В географической оболочке как системе более высокого, чем океаносфера, уровня – океанские течения – это не только потоки воды, но и полосы переноса воздушных масс, направления обмена веществом и энергией, пути миграции животных и растений.

Тропические антициклонические системы океанских течений самые крупные. Они простираются от одного берега океана до другого на 6-7 тыс. км в Атлантическом океане и 14-15 тыс. км в Тихом океане, а по меридиану от экватора до 40 ° широты, на 4-5 тыс. км. Устойчивые и мощные течения, особенно в Северном полушарии, в основном замкнутые.

Как и в тропических атмосферных антициклонах, движение воды идет по часовой стрелке в Северном и против часовой стрелки в Южном полушарии. От восточных берегов океанов (западных берегов материка) поверхностная вода относится к экватору, на ее место поднимается из глубины (дивергенция) и компенсационно поступает из умеренных широт холодная. Так образуются холодные течения:

Канарское холодное течение;

Калифорнийское холодное течение;

Перуанское холодное течение;

Бенгельское холодное течение;

Западноавстралийское холодное течение и др.

Скорость течений относительно небольшая и составляет около 10 см/сек.

Струи компенсационных течений вливаются в Северное и Южное Пассатные (Экваториальные) теплые течения. Скорость этих течений достаточно большая: 25-50 см/сек на тропической периферии и до 150-200 см/сек близ экватора.

Подходя к берегам материков, пассатные течения, естественно, отклоняются. Образуются крупные сточные течения:

Бразильское течение;

Гвианское течение;

Антильское течение;

Восточноавстралийское течение;

Мадагаскарское течение и др.

Скорость этих течений составляет около 75-100 см/сек.

Благодаря отклоняющему действию вращения Земли центр антициклонической системы течений смещен к западу относительно центра атмосферного антициклона. Поэтому перенос водных масс в умеренные широты сосредоточен в узких полосах у западных берегов океанов.

Гвианское и Антильское течения омывают Антильские острова и большая часть воды заходит в Мексиканский залив. Из него начинается стоковое течение Гольфстрим. Начальный его участок во Флоридском проливе называется Флоридским течением , глубина которого составляет около 700 м, ширина - 75 км, мощность - 25 млн. м 3 /сек. Температура воды здесь достигает 26 0 С. Достигнув средних широт, водные массы частично возвращаются в эту же систему у западных берегов материков, частично вовлекаются в циклонические системы умеренного пояса.

Экваториальная система представлена Экваториальным противотечением. Экваториальное противотечение образуется как компенсационное между Пассатными течениями.

Циклонические системы умеренных широт различны в Северном и Южном полушариях и зависят от расположения материков. Северные циклонические системы – Исландская и Алеутская – весьма обширны: с запада на восток они протягиваются на 5-6 тыс. км и с севера на юг около 2 тыс. км. Система циркуляции в Северной Атлантике начинается теплым Североатлантическим течением. За ним нередко сохраняется название начального Гольфстрима . Однако собственно Гольфстрим как стоковое течение продолжается не далее Нью-Фаундлендской банки. Начиная от 40 0 с.ш. водные массы вовлекаются в циркуляцию умеренных широт и под действием западного переноса и кориолисовой силы от Берегов Америки направляются к Европе. Благодаря активному водообмену с Северным Ледовитым океаном, Североатлантическое течение проникает в полярные широты, где циклоническая деятельность формирует несколько круговоротов-течений Ирмингера, Норвежское, Шпицбергенское, Нордкапское .

Гольфстримом в узком смысле называется стоковое течение от Мексиканского залива до 40 0 с.ш., в широком смысле – система течений в северной Атлантике и западной части Северного Ледовитого океана.

Второй круговорот находится у северо-восточных берегов Америки и включает течения Восточногренландское и Лабрадорское . Они выносят в Атлантический океан основную массу арктических вод и льдов.

Циркуляция северной части Тихого океана аналогична северо-атлантической, но отличается от нее меньшим водообменном с Северным Ледовитым океаном. Стоковое течение Куросио переходит в Северотихоокеанское , идущее к Северо-Западной Америке. Очень часто эта система течений называется Куросио.

В Северный Ледовитый океан проникает относительно небольшая (36 тыс. км 3) масса океанской воды. Холодные течения Алеутское, Камчатское и Ойясио образуются из холодных вод Тихого океана вне связи с Ледовитым.

Циркумполярная антарктическая система Южного океана соответственно океаничности Южного полушария представлена одним течением Западных ветров . Это самое мощное течение в Мировом океане. Оно охватывает Землю сплошным кольцом в поясе от 35-40 до 50-60 0 ю.ш. Ширина его около 2 000 км, мощность 185-215 км3/сек, скорость 25-30 см/сек. В значительной степени это течение определяет самостоятельность Южного океана.

Циркумполярное течение Западных ветров незамкнутое: от него отходят ветви, вливающиеся в Перуанское, Бенгельское, Западноавстралийское течения, а с юга, от Антарктиды, в него впадают прибрежные антарктические течения – из морей Уэдделла и Росса.

Арктическая система в циркуляции вод Мирового океана занимает особое место из-за конфигурации Северного Ледовитого океана. Генетически она соответствует Арктическому барическому максимуму и ложбине Исландского минимума. Главное течение здесь – Западное арктическое . Оно перемещает воды и льды с востока на запад по всему Северному Ледовитому океану к проливу Нансена (между Шпицбергеном и Гренландией). Дальше оно продолжается Восточногренландским и Лабрадорским . На востоке в Чукотском море от Западного арктического течения отделяется Полярное течение , идущее через полюс к Гренландии и далее - в пролив Нансена.

Циркуляция вод Мирового океана диссимметрична относительно экватора. Диссимметрия течений пока не получила должного научного объяснения. Причина ее, вероятно, заключается в том, что к северу от экватора господствует меридиональный перенос, а в Южном полушарии – зональный. Объясняется это также положением и формой материков.

Во внутренних морях циркуляция воды всегда индивидуальна.

54. Воды суши. Виды вод суши

Атмосферные осадки после выпадения их на поверхности материков и островов делятся на четыре неравных и изменчивых части: одна испаряется и переносится дальше вглубь континента атмосферным стоком; вторая просачивается в почву и в грунт и на некоторое время задерживается в виде почвенной и подземной воды, стекающей в реки и в моря в форме грунтового стока; третья в ручьях и в реках стекает в моря и океаны, образуя поверхностный сток; четвертая превращается в горные или материковые ледники, которые тают и стекают в океан. Соответственно этому на суше выделяют четыре типа скопления воды: подземные воды, реки, озера и ледники.

55. Сток вод с суши. Величины, характеризующие сток. Факторы стока

Стекание дождевой и талой воды небольшими струйками по склонам называется плоскостным или склоновым стоком. Струи склонового стока собираются в ручьи и реки, образуя русловой , или линейный , называемым речным , сток . Грунтовые воды стекают в реки в виде грунтового или подземного стока.

Полный речной сток R образуется из поверхностного S и подземного U: R = S + U . (см. табл. 1). Полный речной сток равен 38800 км 3 , поверхностный сток – 26900 км 3 , подземный сток – 11900 км 3 , ледниковый сток (2500-3000 км 3)и сток подземных вод прямо в моря вдоль береговой линии 2000-4000 км 3 .

Таблица 1 – Водный баланс суши без полярных ледников

Поверхностный сток зависит от погоды. Он неустойчивый, временный, почву питает слабо, часто нуждается в регулировании (пруды, водохранилища).

Грунтовый сток возникает в грунтах. Во влажное время года грунт принимает избыток воды на поверхности и в реках, а в сухие месяцы грунтовые воды питают реки. Они обеспечивают постоянство течения воды в реках и нормальный водный режим почвы.

Общий объем и соотношение поверхностного и подземного стока меняются по зонам и регионам. В одних частях материков рек много и они полноводные, густота речной сети большая, в других – речная сеть редкая, реки маловодные или пересыхают вообще.

Густота речной сети и многоводность рек – функция стока или водного баланса территории. Сток в целом определяется физико-географическими условиями местности, на учете которых и основан гидролого-географический метод изучения вод суши.

Величины, характеризующие сток. Сток с суши измеряется следующими величинами: слоем стока, модулем стока, коэффициентом стока и объемом стока.

Наиболее наглядно сток выражен слоем , который измеряется в мм. Например, на Кольском полуострове слой стока равен 382 мм.

Модуль стока – количество воды в литрах, стекающее с 1 км 2 в секунду. Например, в бассейне Невы модуль стока равен 9, на Кольском полуострове – 8, а в Нижнем Поволжье – 1 л/км 2 х с.

Коэффициент стока – показывает, какая доля (%) атмосферных осадков стекает в реки (остальная испаряется). Например, на Кольском полуострове К= 60%, в Калмыкии только 2 %. Для всей суши средний многолетний коэффициент стока (К) равен 35%. Другими словами, 35 % годовой суммы осадков стекает в моря и океаны.

Объем стекающей воды измеряется в кубических километрах. На Кольском полуострове в год осадки приносят 92,6 км 3 воды, а стекает 55,2 км 3 .

Сток зависит от климата, характера почвенного покрова, рельефа, растительности, выветривания, наличия озер и других факторов.

Зависимость стока от климата. Роль климата в гидрологиче­ском режиме суши огромна: чем больше осадков и меньше испа­рение, тем больше сток, и наоборот. При увлажнении больше 100 % сток следует за количеством осадков независимо от вели­чины испарения. При увлажнении меньше 100 % сток уменьшается вслед за испарением.

Однако роль климата не следует переоценивать в ущерб влия­нию других факторов. Если признать климатические факторы решающими, а остальные малозначащими, то мы лишимся возможности регулировать сток.

Зависимость стока от почвенного покрова. Почва и грунты впитывают и накапливают (аккумулируют) влагу. Почвенный покров преобразует атмосферные осадки в эле­мент водного режима и служит средой, в которой формируется речной сток. Если инфильтрационные свойства и водопроницае­мость почвогрунтов невелики, то в них мало попадает воды, боль­ше расходуется на испарение и поверхностный сток. Хорошо обра­ботанная почва в метровом слое может запасать до 200 мм осад­ков, а потом медленно отдавать их растениям и рекам.

Зависимость стока от рельефа. Нужно различать значение для стока макро-, мезо- и микрорельефа.

Уже с незначительных возвышенностей сток больше, чем с при­легающих к ним равнин. Так, на Валдайской возвышенности мо­дуль стока 12, а на соседних равнинах только 6 м/км 2 /с. Еще боль­ший сток в горах. На северном склоне Кавказа он достигает 50, а в западном Закавказье – 75 л/км 2 /с. Если на пустынных равни­нах Средней Азии стока нет, то в Памиро-Алае и Тянь-Шане он достигает 25 и 50 л/км 2 /с. В целом гидрологический режим и вод­ный баланс горных стран иной, чем равнин.

В равнинах проявляется действие на сток мезо- и микрорелье­фа. Они перераспределяют сток и влияют на его темп. На плоских участках равнин сток медленный, почвогрунты насыщены влагой, возможно заболачивание. На склонах плоскостный сток превращается в линейный. Возникают овраги и речные долины. Они в свою очередь ускоряют сток и дренируют местность.

Долины и другие понижения в рельефе, в которых скапливается вода, снабжают грунт водой. Это особенно существенно в зонах недостаточного увлажнения, где почво-грунты не промачиваются и грунтовые воды образуются только при питании за счет речных долин.

Влияние растительности на сток. Растения увеличивают испарение (транспирация) и осушают тем самым местность. Вме­сте с тем они уменьшают нагревание почвы и на 50-70% сокра­щают испарение с нее. Лесная подстилка обладает большой влагоемкостью и повышенной водопроницаемостью. Она увеличивает инфильтрацию осадков в грунт и этим регулирует сток. Раститель­ность содействует накоплению снега и замедляет его таянье, по­этому в грунт просачивается воды больше, чем с поверхности. С другой стороны, часть дождя задерживается листвой и испаряется, не достигнув почвы. Расти­тельный покров противодействует эрозии, замедляет сток и пере­водит его из поверхностного в подземный. Растительность поддер­живает влажность воздуха и этим усиливает внутриматериковые влагообороты и увеличивает количество осадков. Она влияет на влагооборот путем изменения почвы и ее водоприемных свойств.

Влияние растительности различно в разных зонах. В. В. Доку­чаев (1892) считал, что степные леса - надежные и верные регуляторы водного режима степной зоны. В таежной зоне леса осушают местность путем большего, чем на полях, испарения. В степях лесные полосы содействуют накопле­нию влаги путем снегозадержания и уменьшения стока и испаре­ния с почвы.

Различно влияние на сток болот в зонах избыточного и недо­статочного увлажнения. В лесной зоне они являются регулятора­ми стока. В лесостепи и степях их влияние отрицательное, они всасывают поверхностные и грунтовые воды и испаряют их в атмосферу.

Кора выветривания и сток. Песчаные и галечные отложения аккумулируют воду. Нередко по ним фильтруются потоки из отдаленных мест, например, в пустынях с гор. На массивно-кристаллических породах вся поверхностная вода стекает; на щитах подземные воды циркулируют только в трещинах.

Значение озер для регулирования стока. Одним из наиболее мощных регуляторов стока являются крупные проточные озера. Большие озерно-речные системы, подобные Невской или Святого Лаврентия, имеют весьма зарегулированный сток и этим су­щественно отличаются от всех остальных речных систем.

Комплекс физико-географических факторов стока. Все перечисленные выше факторы действуют сово­купно, влияя один на другой в целостной системе географической оболочки, определяют валовое увлажнение территории . Так называется та часть атмосферных осадков, которая за вычетом быстро стекающего поверхностного стока просачивается в почву и аккумулируется в почвенном покрове и в грунте, а за­тем медленно расходуется. Очевидно, что именно валовое увлаж­нение имеет наибольшее биологическое (произрастание растений) и сельскохозяйственное (земледелие) значение. Это наиболее существенная часть водного баланса.

Горизонтальный и вертикальный переносы масс воды в океан осуществляются циркуляционными системами различных размеров. Принято делить их на микро-, мезо- и макроциркуляционные. Обращение воды обычно происходит в форме системы вихрей, ко торые могут быть циклоническими (масса воды движется против хода часовой стрелки и поднимается) и антициклоническим (с движением воды по ходу часовой стрелки и вниз). Движения обоих родов соответствуют атмосферным и порождаются волновыми фронтальными возмущениями. Цикло-антициклоническая деятельность в тропосфере продолжается вниз, в океаносфере локализована она, как увидим ниже, в соответствии с атмосферными фронтами и центрами действия атмосферы.

При постоянном перемещении водных масс в одних местах он сходятся, в других расходятся. Сходимость называется конвергенцией, расходимость - дивергенцией. При конвергенции вода скапливается, уровень океана повышается, увеличивается давлени и плотность воды и она опускается. При дивергенции (наприме расхождении течений) происходит понижение уровня и под глубинной воды.

Схождения и расхождения могут быть между движущей водной массой (например, течением) и берегом. Если в результате действия силы Кориолиса течение подходит к берегу, возникает конвергенция и вода опускается. При удалении течения от берега наблюдается дивергенция, в результате которой поднимается глубинная вода.

Наконец, и вертикальная и горизонтальная циркуляция вызывается разностью плотностей волы. В среднем на поверхности она равна 1,02474; с увеличением солености и с понижением температуры воды она повышается, с понижением солености и потеплением- падает (вспомним, что 1%о=1 кг солей на 1 т воды).

Микроциркуляционные системы в океане имеют форму вихрей циклонического и антициклонического характера диаметром от 200 м до 30 км (Степанов, 1974). Образуются они обычно вдоль волновых возмущений фронта, в глубину проникают на 30-40 м. местами до 150 м и существуют несколько суток.

Мезоциркуляционные системы представляют собой круговороты воды также цикло- и антициклонического характера диаметром от 50 до 200 км и глубиной обычно 200-300 м, иногда до 1000 м. Они возникают на изгибах или меандрах фронтов. Замкнутые круговороты воды формируются и вне связи с фронтами. Их могут вызвать ветер, неровности океанского дна или конфигурация берегов.

Макроциркуляционные системы - это квазистационарные системы планетарного обмена вод, обычно называемые океанскими течениями. Они рассматриваются ниже.

Структура Мирового океана. Структурой Мирового океана называется его строение - вертикальная стратификация вод, горизонтальная (географическая) поясность, характер водных масс и океанских фронтов.

В процессе планетарного обмена веществами и энергией в атмо- и гидросфере формируются свойства вод Мирового океана. Энергия движения воды, приходящая с солнечной радиацией, в океан поступает сверху. Естественно поэтому, что в вертикальном разрезе толща воды распадается на большие слои, аналогичные слоям атмосферы; их надо также называть сферами.

Так как в геологическое время океан изменялся (а в планетарном обмене всегда соблюдается динамическое равновесие), то, очевидно, что и стратификация океана и горизонтальная циркуляция воды (течения) в каждую геологическую эпоху имели определенные черты.

Причины, нарушающие равновесие: Течения Приливы и отливы Изменение атмосферного давления Ветер Береговая линия Сток воды с суши

Мировой океан – система сообщающихся сосудов. Но их уровень не всегда и не везде одинаков: на одной широте выше у западных берегов; на одном меридиане повышается с юга на север

Циркуляционные системы Горизонтальный и вертикальный перенос масс воды осуществляется в форме системы вихрей. Циклонические вихри – масса воды движется против часовой стрелки и поднимается. Антициклонические вихри – масса воды движется по часовой стрелке и опускается. Оба движения порождаются фронтальными возмущениями атмо- гидросферы.

Конвергенция и дивергенция Конвергенция – сходимость водных масс. Уровень океана повышается. Давление и плотность воды повышаются и она опускается. Дивергенция – расходимость водных масс. Уровень океана понижается. Происходит подъём глубинной воды. http: //www. youtube. com/watch? v=dce. MYk. G 2 j. Kw

Вертикальная стратификация Верхняя сфера (200 -300 м.) А) верхний слой (неск. микрометров) В) слой воздействия ветра (10 -40 м.) С) слой скачка температур (50 -100 м.) D) слой проникновения сезонной циркуляции и изменчивости температур Океанические течения захватывают только водные массы верхней сферы.

Глубинная сфера Не доходит до дна на 1000 м.