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.
9.10 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‰) соленостью, 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) и 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.
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 тоже называют сферами. Принято выделять четыре сферы: верхнюю, промежуточную, глубинную и придонную.
Верхняя сфера - слой мощностью 200-300 м, характеризующийся перемешиванием, проникновением света и колебаниями температуры.
Промежуточная сфера простирается до глубин 1500-2000 м. Ее воды образуются из поверхностных при их опускании. При этом они охлаждаются и уплотняются, а затем перемещаются в горизонтальных направлениях, преимущественно с зональной составляющей.
Глубинная сфера не доходит до дна примерно 1000 м. Ей свойственна гомогенность (однородность) воды. В этой сфере толщиной не менее 2000 м заключена почти половина всей воды океана.
Придонная сфера - толщиной около 1000 м от дна. Ее воды образуются в холодных поясах, в Антарктиде и Арктике и перемещаются на огромных пространствах по глубоким (свыше 4000 м) котловинам и желобам. Они воспринимают тепло из недр земли и химически взаимодействуют с дном океана. Поэтому значительно трансформируются.
В верхней сфере существуют водные массы - сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенной акватории Мирового океана и обладающие в течение длительного времени почти постоянными физическими (температура, свет), химическими (соленость, газы), биологическими (планктон) свойствами и перемещающиеся как единое целое.
В Мировом океане выделяются следующие зональные типы водных масс: экваториальные, тропические и субтропические, умеренные, полярные.
Экваториальные водные массы характеризуются самой высокой в открытом океане температурой, пониженной (до 32-34°/0о) соленостью, минимальной плотностью, большим содержанием кислорода и фосфатов. Тропические и субтропические водные массы образуются в области тропических атмосферных антициклонов, характеризуются повышенной (до 37°/оо и выше) соленостью и большой прозрачностью, бедностью питательными солями и планктоном. Это океанские пустыни.
Умеренные водные массы располагаются в умеренных широтах и отличаются большой изменчивостью свойств как по географическим широтам, так и по сезонам года. Для них характерен интенсивный обмен теплом и влагой с атмосферой.
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. Арктическая вода, обладающая низкой соленостью и потому небольшой плотностью, не выходит за пределы верхней промежуточной сферы. Водная масса квазистационарна. Каждая водная масса имеет свой очаг формирования Перемещаясь, массы воды смешиваются, изменяют свойства. При встречах водных масс возникают фронтальные зоны, отличающиеся градиентами температуры, солености, а значит и плотности (рис. 8).
Фронтальные зоны - это зоны конвергенции (сходимости). При конвергенции вода накапливается, уровень океана повышается, увеличивается давление и плотность воды, и она опускается.
Так как в океане не может происходить только опускание воды, а должен существовать и компенсационный подъем вод, то наряду с зонами конвергенции отмечаются и зоны дивергенции (расходимости) течений, где осуществляется подъем вод. Средняя скорость непериодических вертикальных движений в океане всего несколько сантиметров в сутки Поэтому подъем холодных вод из глубины океана к поверхности у восточных берегов океанов со скоростью несколько десятков сантиметров в сутки называют мощным (апвелинг). Поднимающаяся из глубин океана холодная вода содержит много питательных веществ, поэтому такие районы более богаты рыбой.
Холодные глубинные воды, попадая в поверхностный слой, постепенно нагреваются и под влиянием ветровой циркуляции перемещаются в системе дрейфовых течений в высокие широты, перенося тепло. В результате океан переносит из низких широт больше тепла, чем атмосфера.
Мировой океан и атмосфера образуют единую систему. Океан - главный аккумулятор тепла на Земле, гигантский преобразователь лучистой энергии в тепловую. Почти все тепло, получаемое нижними слоями атмосферы, является скрытым теплом конденсации, заложенным в водяном паре. При этом более половины этого тепла поступает из тропических районов. Скрытая энергия, поступающая в атмосферу с водяными парами, частично преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую перемещение воздушных масс и возникновение ветра Ветер передает энергию водной поверхности, вызывая волнения и океанические течения, переносящие тепло из низких широт в более высокие.
Наряду с энергетическим обменом, взаимодействие океана и атмосферы сопровождается и обменом веществами (водяные пары, газы, соли) Процессы взаимодействия двух подвижных оболочек Земли чрезвычайно сложны, и изучение их очень важно Это прежде всего необходимо для понимания сложной картины формирования погоды и климатов на Земле, для удовлетворения практических требований специалистов по прогнозу погоды, промысловой океанологии, навигации, подводной, акустике и т. д.
Свойства и динамика океанических вод, обмен энергии и веществ как в Мировом океане, так и между океаносферой и атмосферой сильно зависят от процессов, определяющих природу всей нашей планеты. Вместе с тем сам Мировой океан оказывает исключительно сильное влияние на планетарные процессы, т. е. на те процессы, с которыми связано формирование и изменение природы всего земного шара.
Главные океанские фронты по положению почти совпадают с атмосферными. Значение главных фронтов в том, что они разграничивают тёплую и высокосолёную сферу Мирового океана от холодной и низкосолёной. Через главные фронты внутри океанской толщи происходит обмен свойствами между низкими и высокими широтами и завершается конечная фаза этого обмена. Кроме гидрологических фронтов выделяют климатические фронты океана, что особенно важно, так как климатические фронты океана, имея планетарный масштаб, подчёркивают генеральную картину зональности распределения океанологических характеристик и структуры динамической системы циркуляции вод на поверхности Мирового океана. Они же служат основой для климатического районирования. В настоящее время в пределах океаносферы существует довольно большое разнообразие фронтов и фронтальных зон. Они могут рассматриваться как границы вод с различной температурой и соленостью, течений и т. д. Сочетание в пространстве водных масс и границ между ними (фронтов) образует горизонтальную гидрологическую структуру вод отдельных районов и Океана в целом. В соответствии с законом географической зональности выделяют следующие важнейшие типы в горизонтальной структуре вод: экваториальные, тропические, субтропические, субарктические (субполярные) и субантарктические, арктические (полярные) и антарктические. Каждая горизонтальная структурная зона имеет соответственно и собственную вертикальную структуру, например, экваториальная поверхностная структурная зона, экваториальная промежуточная, экваториальная глубинная, экваториальная придонная и наоборот, в каждом вертикальном структурном слое можно выделить горизонтальные структурные зоны. Кроме того, в пределах каждой горизонтальной структуры выделяются более дробные подразделения, например, перу-чилийская или калифорнийская структура и т.д., что, в конечном счёте, обуславливает всёмногообразие вод Мирового океана. Границами разделения вертикальных структурных зон являются пограничные слои, а важнейших типов вод горизонтальной структуры океанские фронты.
· Вертикальная структура вод океана
В каждой структуре одноименные по вертикальному расположению водные массы в разных географических регионах имеют различные свойства. Естественно, что у Алеутских островов, или у берегов Антарктиды, или на экваторе водная толща отличается по всем своим физическим, химическим и биологическим характеристикам. Однако однотипные водные массы связывает общность их происхождения, близкие условия трансформации и распространения, сезонная и многолетняя изменчивость.
Поверхностные водные массы наиболее подвержены гидротермодинамическому влиянию всего комплекса атмосферных условий, г. частности годового хода температуры воздуха, осадков, ветров, влажности. При переносе течениями из областей образования в другие районы поверхностные воды сравнительно быстро трансформируются и приобретают новые качества.
Промежуточные воды формируются в основном в зонах климатически стационарных гидрологических фронтов либо в морях средиземноморского типа субтропического и тропического поясов. В первом случае они образуются как распресненные и сравнительно холодные, а во втором - как теплые и соленые. Иногда выделяют дополнительное структурное объединение - подповерхностные промежуточные воды, расположенные на сравнительно небольшой глубине под поверхностными. Они формируются в областях интенсивного испарения с поверхности (соленые воды) или в районах сильного зимнего охлаждения в субарктических и арктических районах океанов (холодный промежуточный слой).
Основной особенностью промежуточных вод по сравнению с поверхностными является почти полная независимость их от атмосферного влияния на всем пути распространения, хотя свойства их в очаге образования отличаются зимой и летом. Формирование их происходит, видимо, конвективным путем на поверхности и в подповерхностных слоях, а также за счет динамического опускания в зонах фронтов и конвергенций течений. Распространяются промежуточные воды главным образом по изопикническим поверхностям. Языки повышенной или пониженной солености, обнаруживаемые на меридиональных разрезах, пересекают главные зональные струи океанической циркуляции. Продвижение ядер промежуточных вод по направлению языков до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения. Возможно, что оно осуществляется боковым (горизонтальным) перемешиванием. Во всяком случае геострофическая циркуляция в ядре промежуточных вод повторяет главные черты субтропического круговорота обращения и не отличается экстремальными меридиональными составляющими.
Глубинные и придонные водные массы формируются на нижней границе промежуточных вод путем их смешивания и преобразования. Но главными очагами зарождения этих вод считаются шельф и материковый склон Антарктиды, а также арктические и субполярные области Атлантического океана. Таким образом, они связаны с термической конвекцией в полярных зонах. Поскольку процессы конвекции имеют ярко выраженный годовой ход, то интенсивность образования и цикличность во времени и пространстве свойств этих вод должны иметь сезонную изменчивость. Но эти процессы почти не изучены.
Перечисленная общность водных масс, слагающих вертикальную структуру океана, дала основания ввести обобщенное понятие о структурных зонах. Обмен свойствами и перемешивание вод в горизонтальном направлении происходят на границах основных макромасштабных элементов циркуляции вод, по которым проходят гидрологические фронты. Таким образом акватории водных масс оказываются непосредственно связанными с основными круговоротами вод.
На основании анализа большого количества осредненных Т, S- кривых на всей акватории Тихого океана выделено 9 типов структур (с севера на юг): субарктическая, субтропическая, тропическая и восточно-тропическая северные, экваториальная, тропическая и субтропическая южные, субантарктическая, антарктическая. Северная субарктическая и обе субтропические структуры имеют восточные разновидности, обусловленные специфическим режимом восточной части океана у берегов Америки. Так же тяготеет к берегам Калифорнии и южной Мексики северная восточно-тропическая структура. Границы между основными типами структур вытянуты в широтном направлении, за исключением восточных разновидностей, у которых западные границы имеют меридиональную ориентацию.
Границы между типами структур в северной части океана согласуются с границами типов стратификации вертикальных профилей температуры и солености, хотя исходные материалы и методика их получения разные. Более того, совокупность типов вертикальных Т- и S-профилей определяют структуры и их границы значительно более подробно.
Субарктическая структура вод имеет монотонное по вертикали увеличение солености и более сложное изменение температуры. На глубинах 100 - 200 м в холодном подповерхностном слое наблюдаются наибольшие по всей вертикали градиенты солености. Теплый промежуточный слой (200 - 1000 м) наблюдается при ослаблении градиентов солености. Поверхностный слой (до 50 - 75 м) подвержен резким сезонным изменениям обоих свойств.
Между 40 и 45° с. ш. находится переходная зона между субарктической и субтропической структурами. Продвигаясь на восток от 165° - 160° з. д., она непосредственно переходит в восточные разновидности субарктической, субтропической и тропической структур. На поверхности океана, на глубинах 200 м и отчасти на 800 м во всей этой зоне находятся близкие по свойствам воды, которые относятся к субтропической водной массе.
Субтропическая структура разделяется на слои, в которых находятся соответствующие водные массы различной солености. Подповерхностный слой повышенной солености (60 - 300 м) отличается повышенными вертикальными градиентами температуры. Это приводит к сохранению устойчивой вертикальной стратификации вод по плотности. Ниже 1000 - 1200 м располагаются глубинные, а глубже 3000 м - придонные воды.
Тропические воды отличаются значительно более высокой температурой на поверхности. Подповерхностный слой повышенной солености имеет меньшую толщину, но более высокую соленость.
В промежуточном слое пониженная соленость выражена не тай резко в связи с удалением от очага образования на субарктическом фронте.
Экваториальная структура характеризуется поверхностным опресненным слоем (до 50 - 100 м) с высокой температурой на западе и значительным понижением ее на востоке. В том же направлении понижается и соленость, образуя у берегов Центральной Америки восточную экваториально-тропическую водную массу. Подповерхностный слой повышенной солености занимает в среднем толщину от 50 до 125 м, а по величинам солености он несколько ниже, чем в тропических структурах обоих полушарий. Промежуточная вода здесь южного, субантарктического происхождения. На длинном пути она интенсивно размывается, и ее соленость относительно высока - 34,5 - 34,6%о. На севере экваториальной структуры наблюдаются два слоя пониженной солености.
Структура вод южного полушария имеет четыре типа. Непосредственно к экватору примыкает тропическая структура, которая распространяется на юг до 30° ю. ш. на западе и до 20° ю. ш. на востоке океана. Она обладает наибольшей соленостью на поверхности и в подповерхностном слое (до 36,5°/оо), а также максимальной для южной части температурой. Подповерхностный слой повышенной солености простирается в глубину от 50 до 300 м. Промежуточные воды заглубляются до 1200 - 1400 м с соленостью в ядре до 34,3 - 34,5%о. Особенно низкая соленость отмечается на востоке тропической структуры. Глубинные и придонные воды имеют температуру 1 - 2°С и соленость 34,6 - 34,7°/оо.
Южная субтропическая структура отличается от северной большей соленостью на всех глубинах. В этой структуре также имеется подповерхностный осолоненный слой, но он часто выходит на поверхность океана. Таким образом, формируется особенно глубокий, иногда до 300 - 350 м, поверхностный, почти однородный слой повышенной солености - до 35,6 - 35,7°/оо. Промежуточная вода пониженной солености находится на самой большой глубине (до 1600 - 1800 м) с соленостью до 34,2 - 34,3%о.
В субантарктической структуре соленость на поверхности уменьшается до 34,1 - 34,2%о, а температура - до 10 - 11°С. В ядре слоя повышенной солености она составляет 34,3 - 34,7%о на глубинах 100 - 200 м, в ядре промежуточной воды пониженной солености она уменьшается до 34,3%о, а в глубинных и придонных водах такая же, как и в общем по Тихому океану, - 34,6 - 34,7°/оо.
В антарктической структуре соленость монотонно повышается ко дну от 33,8 - 33,9%о до максимальных значений в глубинпых и придонных водах Тихого океана: 34,7 - 34,8°/оо. В стратификации температуры снова появляются холодный подповерхностный и теплый промежуточный слои. Первый из них находится на глубинах 125 - 350 м с температурой летом до 1,5°, а второй - от 350 до 1200 - 1300 м с температурой до 2,5°. Глубинные воды имеют здесь наиболее высокую нижнюю границу - до 2300 м.
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.
Гидрологическая структура Мирового океана во многом определяет распределение органического мира. Свойства океанических вод и особенности циркуляции позволяют разделить водные массы на поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.Поверхностные воды вследствие высокой перемешиваемости однородны, толщина их слоя из-за особенностей теплообмена заметно меняется по сезонам и в зависимости от географической широты района. Обычно за нижнюю границу поверхностных вод принимают глубину, на которой амплитуда годового хода температуры практически неразличима. В среднем она располагается на глубине 200—300 м, в районах циклонических циркуляции и дивергенций приподнимается до 150—200 м, а в областях антициклонических круговоротов и конвергенции опускается до 300—400 м. В широтном направлении поверхностные воды подразделяются на экваториальные, тропические, субполярные и полярные. Первые отличаются наиболее высокой температурой, пониженной соленостью и плотностью, сложной циркуляцией. Для тропических вод характерна высокая соленость и плотность. Субполярные воды в различных океанах довольно изменчивы по своим характеристикам. Полярные воды отличаются отрицательными температурами (—1,2-1,5°), низкой соленостью (32,5—34,6 %о), формируются выше арктического и антарктического фронтов.
Промежуточные воды залегают под поверхностными до глубины 1000—1200 м. Максимальной толщины их слой достигает в полярные областях и центральных областях антициклонических круговоротов В экваториальной зоне, где происходит подъем вод, толщина слоя промежуточных вод уменьшается до 600—900 м.
Антарктические промежуточные воды образуются в результате деятельности Антарктического циркумполярного течения. Движение придонных вод в южном направлении компенсируется оттоком к северу глубинных и поверхностных вод. Далее к северу антарктические компоненты постепенно трансформируются, и эти воды возвращаются в антарктические широты в виде циркумполярных глубинных вод. Они содержат заметную примесь относительно более соленых глубинных вод из Южной Атлантики. При течении на восток эти водные массы полностью включаются в циркумполярную циркуляцию. Около 55—60 % составляют антарктические поверхностные воды, остальная часть — антарктические придонные воды. Циркумполярные глубинные воды приносят большое количество тепла в антарктические моря, где оно расходуется на нагревание холодных вод и атмосферы. Антарктические поверхностные воды прослеживаются до зоны между 50° и 60° ю.ш., где довольно быстро исчезают, сталкиваясь с менее плотными субантарктическими поверхностными водами, опускаются под них и принимают участие в формировании антарктических промежуточных вод, которые устремляются на север. Зона контакта между двумя поверхностными водными массами известна как зона антарктической конвергенции.
Глубинные воды формируются в высоких широтах в результате смешения поверхностных и промежуточных вод. Они однородны и простираются до глубин 3000—4000 м.
Самым мощным течением в Мировом океане является Антарктическое циркумполярное течение (течение Западных ветров). Оно дрейфует вдоль берегов Антарктиды, пересекая три океана, перемещая ежесекундно более 250 млн м3 морской воды. Его протяженность до 30 тыс. км, ширина — 1000—1500 км, глубина от 2 до 3 км. Скорость в верхних слоях достигает 2 км/ч.
Придонные воды также образуются вследствие опускания вышележащих вод главным образом в высоких широтах.
Вся толща океанской воды находится в непрерывном движении, которое возбуждается термогалинными (нагревание, охлаждение, осадки, испарение) и механическими факторами (касательное напряжение ветра, атмосферное давление), а также приливообразующими силами.
Общая схема возникновения течений (рис. 5) в океане в основном определяется характером циркуляции атмосферы и географическим расположением материков. Разделяют систему горизонтальных и вертикальных течений.
В тропической зоне ветра (пассаты) дуют с большим постоянством и силой с востока на запад, и лишь вблизи экватора существует штилевая зона. Соответственно в океане образуются северное и южное пассатные течения, а между ними — противоположно направленное (с запада на восток) межпассатное течение. Пассатные ветры создают экваториальное течение, идущее с востока на запад. Встретив материковый барьер, оно поворачивает в Северном полушарии — направо, в Южном — налево. По обе стороны от экватора образуются кольцевые течения, направленные в Северном полушарии по часовой стрелке, в Южном — против часовой.
Рис. 5. Схема образования течений (по А.С. Константинову, 1986)
В северной и южной умеренных зонах господствуют западные ветра, а в высоких широтах — восточные. Под их воздействием возникают течения, разнонаправленность которых ведет к формированию гигантских круговоротов океанской воды. К северу от экватор располагается область северного тропического круговорота (против часовой стрелки), далее — субтропического (по часовой стрелке) субарктического (против часовой стрелки). В Южном полушария имеются три аналогичных круговорота, но с иным направлением вращения. Рассматриваемая циркуляция обусловливает восточно-западную асимметрию температурного поля океана и определяет распространение морских организмов.
Жизнь во всем Мировом океане напрямую зависит от Антарктического циркум континентального течения (АЦТ), поднимающего на поверхность богатые питательными веществами глубинные воды. Результаты исследований дают основания считать, что морская жизнь должна обладать большей чувствительностью к изменениям климата, чем считалось до этого — ведь согласно большинству моделей изменений климата при этом должна измениться и океаническая циркуляция. Хотя океанографы выделили несколько направлений океанической циркуляции, новое исследование, проведенное в Принстонском университете, показало, что три четверти всей биологической активности в океанах зависит только от АЦТ. По расчетам при изменении этой циркуляции биологическая продуктивность всех океанов снизится в четыре раза.
Помимо поверхностных течений, в Мировом океане существует сложная система глубинных. Придонные воды, заполняющие глубины Мирового океана, в основном формируются на шельфе Антарктиды. Здесь в результате образования льда соленость воды повышается, и она (как более плотная) погружается на дно и движется к северу. Приток хорошо аэрированных антарктических вод снабжает кислородом глубины океанов, обеспечивая существование здесь жизни.
Атлантическая треска мигрирует между нерестилищами, расположенными к югу от Исландии, и районами питания вдоль Восточно-Гренландского течения.
Скорость глубинных течений может достигать 10—20 см/с, т. е. соизмерима со средними скоростями поверхностных течений. Это справедливо в отношении как среднеглубинных течений, так и придонных потоков.
Вертикальные перемещения воды могут быть вызваны изменением плотности расположенных друг над другом слоев воды, погружения ее у наветренного берега и подъема у подветренного, вследствие прохождения циклонов и антициклонов. Каждому погружению водных масс соответствует компенсационное поднятие воды в другом месте. Различают районы конвергенции (схождений) водных масс, где поверхностные воды погружаются в глубину, и районы дивергенций (расхождений), где глубинные воды выходят на поверхность.
Вместе с глубинными водами на поверхность поднимаются соединения азота и фосфора, это приводит к бурному развитию фитопланктона в зонах апвеллинга. Фитопланктоном питаются рачки, служащие кормом для рыбы. Поэтому здесь обычно бывает больше рыбы, чем на других участках океана.
Поверхность океана имеет сложный динамический рельеф, особенности которого взаимосвязаны с циркуляцией вод. Дивергенции, приуроченные к ложбинам динамического рельефа в центральных частях циклонических круговоротов, в поле дрейфовых течений приблизительно совпадают с областями сгона вод и их подъема из глубин — апвеллинга (рис. 6). Конвергенции, приуроченные к гребням динамического рельефа в центральных частях антициклонических круговоротов, в области дрейфовых течений приблизительно совпадают с областями нагона вод и опускания вглубь — даунвеллинга.
Огромное значение в гидродинамике океана имеют волны, в основном вызываемые ветром и действием приливных сил, которые одновременно обусловливают и возникновение приливно-отливных течений (рис. 7). Различают полусуточные, суточные и смешанные приливы.
В Мировом океане функционирование гидрологического звена идет в двух взаимно противоположных направлениях: с одной стороны, оно направлено на формирование относительно устойчивой динамической структуры океана — обособление водных масс, страти-
Рис. 7. Динамика приливной волны на о. Сахалин (по: Атлас, 2002)
фикацию его вод, а с другой — на разрушение этих структур, выравнивание градиентов физико-химических свойств морской воды.
Гидрологические структуры благодаря инерционности водной среды обладают относительной устойчивостью во времени, имеют естественные границы, отчего их роль в физико-географической дифференциации Мирового океана особенно значительна. Однако из-за подвижности вод аквальные экосистемы могут разрушаться, иметь зыбкие расплывчатые границы. Результатом функционирования гидрологического звена Мирового океана является упорядочение гидроклиматических условий.
