1. От чего зависит соленость океанических вод?
Мировой океан — главная часть гидросферы — представляет собой непрерывную водную оболочку земного шара. Воды Мирового океана неоднородны по своему составу и различаются соленостью, температурой, прозрачностью и другими признаками.
Соленость вод в океане зависит от условий испарения воды с поверхности и притока пресных вод с поверхности суши и с «атмосферными осадками. Испарение воды происходит более интенсивно в экваториальных и тропических широтах и замедляется в умеренных и приполярных широтах. Если сравнить соленость северных и южных морей, то можно установить, что вода в южных морях более соленая. Соленость вод в океанах также изменяется в зависимости от географического положения, однако в океане перемешивание воды происходит более интенсивно, чем в более замкнутых морях, поэтому и различие в солености водных масс океана не будет слишком резким, как в морях. Наиболее солеными (более 37%о) являются воды океана в тропиках.
2. Каковы различия в температуре воды в океане?
Температура воды в Мировом океане также меняется в зависимости от географической широты. В тропических и экваториальных широтах температура воды может достигать +30 °С и выше, в полярных областях понижается до -2 °С. При более низких температурах океаническая вода замерзает. Сезонные изменения температуры вод океана более резко проявляются в умеренном климатическом поясе. Средняя годовая температура Мирового океана на 3 °С выше, чем средняя температура суши. Это тепло передается на сушу с помощью воздушных масс атмосферы.
3. В каких районах океана образуются льды? Как они влияют на природу Земли и на хозяйственную деятельность человека?
Воды Мирового океана замерзают в арктических, субарктических и частично в умеренных широтах. Образующийся ледовый покров оказывает влияние на климат материков, затрудняет использование на севере дешевого морского транспорта для транспортировки грузов.
4. Что называют водной массой? Назовите основные типы водных масс. Какие водные массы выделяют в поверхностном слое океана?
Определение понятия водные массы вы найдете в учебнике (9).
Водные массы по аналогии с воздушными массами называют по географическому поясу, в котором они сформировались. Каждая водная масса (тропическая, экваториальная, арктическая) имеет свои характерные свойства и отличается от остальных соленостью, температурой, прозрачностью и другими признаками. Водные массы различаются не только в зависимости от географических широт их формирования, но и в зависимости от глубины. Поверхностные воды отличаются от глубинных и придонных. На глубинные и придонные воды практически не оказывают влияния солнечный свет и тепло. Их свойства более постоянны во всем Мировом океане, в отличие от поверхностных под, свойства которых зависят от количества получаемого тепла и света. Теплой воды на Земле значительно больше, чем холодной. Жители умеренных широт с большим удовольствием проводят свои новогодние каникулы на побережьях тех морей и океанов, где вода теплая и чистая. Загорая под жарким солнцем, плавая в соленой и теплой воде, люди восстанавливают силы и укрепляют здоровье.
Водные массы - это большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода и другими свойствами. В отличие от , в них большое значение имеет . В зависимости от глубины различают:
Поверхностные водные массы . Они формируются под воздействием атмосферных процессов и притока пресных вод с материка до глубины 200-250 м. Здесь часто меняются , соленость, а горизонтальный их перенос в виде океанических течений значительно сильнее переноса глубинного. В поверхностных водах самое большое содержание планктона и рыбы;
Промежуточные водные массы . Они имеют нижнюю границу в пределах 500-1000 м. В тропических широтах промежуточные водные массы формируются в условиях повышенного испарения и постоянного повышения . Именно этим объясняется тот факт, что промежуточные воды встречаются между 20° и 60° в Северном и Южном полушарии;
Глубинные водные массы . Они формируются в результате перемешивания поверхностных и промежуточных, полярных и тропических водных масс. Их нижняя граница 1200-5000 м. Вертикально эти водные массы движутся крайне медленно, а горизонтально они движутся со скоростью 0,2-0,8 см/с (28 м/ч);
Придонные водные массы . Они занимают зону ниже 5000 м и имеют постоянную соленость, очень большую плотность, а горизонтальное их перемещение более медленно, чем вертикальное.
В зависимости от происхождения различают следующие типы водных масс:
Тропические . Они формируются в тропических широтах. Температура воды здесь 20-25°. На температуру тропических водных масс оказывают большое влияние океанические течения. Более теплыми являются западные части океанов, куда приходят теплые течения (см. ) от экватора. Восточные части океанов холоднее, так как сюда приходят холодные течения. По сезонам температура тропических водных масс меняется на 4°. Соленость этих водных масс значительно больше, чем экваториальных, так как в результате нисходящих воздушных потоков здесь устанавливается и выпадает мало осадков;
водные массы . В умеренных широтах Северного полушария холодными являются западные части океанов, где проходят холодные течения. Восточные области океанов согреваются теплыми течениями. Даже в зимние месяцы вода в них имеет температуру от 10°С до 0°С. Летом она изменяется от 10°С до 20°С. Таким образом, по сезонам температура умеренных водных масс различается на 10°С. Для них уже характерна смена времен года. Но наступает она позднее, чем на суше, и выражена не так резко. Соленость умеренных водных масс ниже, чем тропических, так как опресняющее действие оказывают не только реки и атмосферные осадки, которые здесь выпадают, но и , заходящие в эти широты;
Полярные водные массы . Формируются в и у берегов . Эти водные массы могут выноситься течениями в умеренные и даже тропические широты. В полярных областях обоих полушарий вода охлаждается до -2°С, но еще остается жидкой. Дальнейшее понижение приводит к образованию льда. Для полярных водных масс характерно обилие плавающего льда, а также льда, формирующего огромные ледяные пространства. В лед держится весь год и находится в постоянном дрейфе. В Южном полушарии в районах полярных водных масс заходят в умеренные широты много дальше, чем в Северном. Соленость полярных водных масс низка, так как лед оказывает сильное опресняющее влияние.Между перечисленными водными массами нет четких границ, а существуют переходные зоны - зоны взаимовлияния соседних водных масс. Наиболее отчетливо они выражены в местах соприкосновения теплых и холодных течений. Каждая водная масса более или менее однородна по своим свойствам, но в переходных зонах эти характеристики могут резко меняться.
Водные массы активно взаимодействуют с : отдают ей тепло и влагу, поглощают из нее углекислый , выделяют кислород.
Крупные объемы воды называют водными массами, а их закономерное пространственное сочетание - гидрологической структурой водоема. Основными показателями водных масс водоемов, позволяющими отличить одну водную массу от другой, служат такие характеристики, как плотность, температура, электропроводность, мутность, прозрачность воды и другие физические показатели; минерализация воды, содержание отдельных ионов, содержание газов в воде и другие химические показатели; содержание фито- и зоопланктона и другие биологические показатели. Основное свойство любой водной массы в водоеме - ее генетическая однородность.
По генезису выделяют два типа водных масс: первичные и основные.
Пер вичные водные массы озер формируются на их водосборах и поступают в водоемы в виде речного стока. Свойства этих водных масс зависят от природных особенностей водосборов и изменяются по сезонам в зависимости от фаз гидрологического режима рек. Основная особенность первичных водных масс фазы половодья - малая минерализация, повышенная мутность воды, достаточно высокое содержание растворенного кислорода. Температура первичной водной массы в период нагревания обычно выше, а в период охлаждения - ниже, чем в водоеме.
Основные водные массы формируются в самих водоемах; их характеристики отражают особенности гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов водоемов. Часть свойств основные водные массы наследуют от первичных водных масс, часть приобретают в результате внутриводоемных процессов, а также под влиянием обмена веществом и энергией между водоемом, атмосферой и грунтами дна. Основные водные массы хотя и изменяют свои свойства в течение года, но в целом остаются более инертными, чем первичные водные массы. (Поверхностная водная масса - это верхний наиболее нагретый слой воды (эпилимнион); глубинная водная масса - обычно наиболее мощный и относительно однородный слой более холодной воды (гиполимнион); промежуточная водная масса соответствует слою скачка температуры (металимнион); придонная водная масса - это узкий слой воды у дна, отличающийся повышенной минерализацией и специфическими водными организмами.)
Влияние озер на природную среду проявляется прежде всего через речной сток.
Различают общее постоянное воздействие озер на круговорот воды в речных бассейнах и регулирующее воздействие на внутригодовой режим рек.Основное влияние сточных водоемов суши на материковое звено круговорота воды (а также солей, наносов, теплоты и т. д.) заключается в замедлении водо-, соле- и теплообмена в гидрографической сети. Озера (как и водохранилища) представляют собой скопление вод, увеличивающее емкость гидрографической сети. Меньшая интенсивность водообмена в речных системах, включающих озера (и водохранилища), имеет ряд серьезных последствий: накопление в водоемах солей, органических веществ, наносов, теплоты и других компонентов речного стока (в широком понимании этого термина). Реки, вытекающие из крупных озер, как правило, несут меньше солей и наносов.(р.Селенга – оз.Байкал). Кроме того, сточные озера (как и водохранилища) перераспределяют речной сток во времени, оказывая на него регулирующее воздействие и выравнивая его в течение года. Водоемы суши оказывают заметное влияние на местные климатические условия, уменьшая континентальность климата и увеличивая продолжительность весны и осени, на внутриматериковый влагооборот (незначительно), способствуя повышению осадков, появлению туманов и т. д. Влияют водоемы и на уровень грунтовых вод, в целом повышая его, на почвенно-растительный покров и животный мир сопредельных территорий, увеличивая разнообразие видового состава, численность, биомассу и т. д.
Вся масса вод Мирового океана условно подразделяется на поверхностные и глубинные. Поверхностные воды – слой толщиной 200–300 м – по природным свойствам весьма разнородны; их можно назвать океанической тропосферой. Остальные воды – океаническая стратосфера, составляющая главную массу вод, однороднее.
Поверхностные воды – зона активного термического и динамического взаимодействия
океана и атмосферы. В соответствии с зональными климатическими изменениями они подразделяются на различные водные массы, прежде всего по термогалинным свойствам. Водные массы – это сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных зонах (очагах) океана и обладающие в течение длительного времени устойчивыми физико-химическими и биологическими свойствами.
Выделяют пять типов водных масс: экваториальные, тропические, субтропические, субполярные и полярные.
Экваториальные водные массы (0-5° с. ш.) образуют межпассатные противотечения. Они обладают постоянно высокими температурами (26-28 °С), четко выраженным слоем температурного скачка на глубине 20-50 м, пониженной плотностью и соленостью – 34 – 34,5‰, малым содержанием кислорода – 3-4 г/м 3 , небольшой насыщенностью жизненными формами. Преобладает подъем водных масс. В атмосфере над ними располагается пояс низкого давления и штилей.
Тропические водные массы (5– 35° с. ш. и 0–30° ю. ш.) распространены по экваториальным перифериям субтропических барических максимумов; они формируют пассатные течения. Температура летом достигает +26...+28°С, зимой опускается до +18... +20 °С, причем она различается у западных и восточных побережий из-за течений и прибрежных стационарных апвеллингов и даун-веллингов. Апвеллинг (англ, upwelling – всплывание) – восходящее движение воды с глубины 50–100 м, порождаемое сгонными ветрами у западных побережий материков в полосе 10–30 км. Обладая пониженной температурой и в связи с этим значительной насыщенностью кислородом, глубинные воды, богатые биогенными и минеральными веществами, входя в поверхностную освещенную зону, увеличивают продуктивность водной массы. Даунвеллинги – нисходящие потоки у восточных побережий материков за счет нагона воды; они заносят вниз тепло и кислород. Слой температурного скачка выражен весь год, соленость 35–35,5‰, содержание кислорода 2–4 г/м 3 .
Субтропические водные массы обладают наиболее характерными и устойчивыми свойствами в «ядре» – круговых акваториях, ограниченных большими кольцами течений. Температура в течение года изменяется от 28 до 15°С, есть слой температурного скачка. Соленость 36–37‰, содержание кислорода 4–5 г/м 3 . В центре круговоротов происходит опускание вод. В теплых течениях субтропические водные массы проникают в умеренные широты до 50° с. ш. и 40–45° ю. ш. Эти трансформированные субтропические водные массы занимают здесь практически полностью акватории Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Охлаждаясь, субтропические воды отдают огромное количество тепла атмосфере, особенно зимой, играя весьма значительную роль в планетарном теплообмене между широтами. Границы субтропических и тропических вод весьма условны, поэтому некоторые океанологи объединяют их в один тип тропических вод.
Субполярные – субарктические (50 – 70° с. ш.) и субантарктические (45–60° ю. ш.) водные массы. Для них типично разнообразие характеристик и по сезонам года, и по полушариям. Температура летом 12–15°С, зимой 5–7 °С, уменьшаясь в сторону полюсов. Морских льдов практически не бывает, но есть айсберги. Слой температурного скачка выражен лишь летом. Соленость уменьшается от 35 до 33‰ по направлению к полюсам. Содержание кислорода 4 – 6 г/м 3 , поэтому воды богаты жизненными формами. Эти водные массы занимают север Атлантики и Тихого океана, проникая в холодных течениях вдоль восточных берегов материков в умеренные широты. В южном полушарии они образуют сплошную зону к югу от всех материков. В целом это западная циркуляция воздушных и водных масс, полоса штормов.
Полярные водные массы в Арктике и вокруг Антарктиды обладают низкой температурой: летом около 0°С, зимой –1,5...–1,7°С. Здесь постоянны солоноватые морские и пресные материковые льды и их обломки. Слоя температурного скачка нет. Соленость 32–33‰. В холодных водах растворено максимальное количество кислорода – 5–7 г/м 3 . На границе с субполярными водами наблюдается опускание плотных холодных вод, особенно зимой.
Каждая водная масса имеет свой очаг формирования. При встречах водных масс с разными свойствами образуются океанологические фронты, или зоны конвергенции (лат. converge – схожусь). Обычно они формируются на стыке теплых и холодных поверхностных течений и характеризуются опусканием водных масс. В Мировом океане несколько фронтальных зон, но основных – четыре, по две в северном и южном полушариях. В умеренных широтах они выражены у восточных берегов материков на границах субполярного циклонического и субтропического антициклонического круговоротов с их соответственно холодными и теплыми течениями: у Ньюфаундленда, Хоккайдо, Фолклендских островов и Новой Зеландии. В этих фронтальных зонах гидротермические характеристики (температура, соленость, плотность, скорости течения, сезонные колебания температуры, размеры ветровых волн, количество туманов, облачность и пр.) достигают экстремальных значений. К востоку из-за перемешивания вод фронтальные контрасты размываются. Именно в этих зонах зарождаются фронтальные циклоны внетропических широт. Две фронтальные зоны существуют и по обе стороны от термического экватора у западных берегов материков между тропическими относительно холодными водами и теплыми экваториальными водами межпассатных противотечений. Они тоже отличаются высокими значениями гидрометеорологических характеристик, большой динамической и биологической активностью, интенсивным взаимодействием океана и атмосферы. Это районы зарождения тропических циклонов.
Есть в океане и зоны дивергенции (лат. diuergento – отклоняюсь) – зоны расходимости поверхностных течений и подъема глубинных вод: у западных берегов материков умеренных широт и над термическим экватором у восточных берегов материков. Такие зоны богаты фито- и зоопланктоном, отличаются повышенной биологической продуктивностью и являются районами эффективного рыбного промысла.
Океаническую стратосферу по глубине делят на три слоя, различающиеся по температуре, освещенности и другим свойствам: промежуточные, глубинные и придонные воды. Промежуточные воды располагаются на глубинах от 300 – 500 до 1000–1200 м. Толщина их максимальна в полярных широтах и в центральных частях антициклонических круговоротов, где преобладает опускание вод. Их свойства несколько различны в зависимости от широты распространения. Общий перенос этих вод направлен от высоких широт к экватору.
Глубинные и особенно придонные воды (толщина слоя последних – 1000–1500 м над дном) отличаются большой однородностью (низкими температурами, богатством кислорода) и медленной скоростью перемещения в меридиональном направлении от полярных широт к экватору. Особенно широко распространены антарктические воды, «сползающие» с материкового склона Антарктиды. Они не только занимают все южное полушарие, но и доходят до 10–12° с. ш. в Тихом океане, до 40° с. ш. в Атлантике и до Аравийского моря в Индийском океане.
Из характеристики водных масс, особенно поверхностных, и течений ярко видно взаимодействие океана и атмосферы. Океан дает атмосфере основную массу тепла, преобразуя лучистую энергию Солнца в тепловую. Океан – огромный дистиллятор, снабжающий сушу посредством атмосферы пресной водой. Тепло, поступающее в атмосферу от океанов, обусловливает различное атмосферное давление. Из-за разницы в давлении возникает ветер. Он вызывает волнение и течения, которые переносят тепло в высокие широты или холод в низкие и т. д. Процессы взаимодействия двух оболочек Земли – атмосферы и океаносферы – сложны и многообразны.
ВОДНЫЕ МАССЫ, объём воды, соизмеримый с площадью и глубиной водоёма, обладающий относительной однородностью физических, химических и биологических характеристик, формирующихся в конкретных физико-географических условиях (обычно на поверхности океана, моря), отличающихся от окружающей водной толщи. Особенности водных масс, приобретённые в определённых районах океанов и морей, сохраняются за пределами области формирования. Смежные водных масс отделяются друг от друга зонами фронтов Мирового океана, зонами раздела и зонами трансформации, которые прослеживаются по увеличивающимся горизонтальным и вертикальным градиентам основных показателей водных масс. Главные факторы формирования водных масс - тепловой и водный балансы данного района, соответственно основные показатели водных масс - температура, солёность и зависящая от них плотность. Важнейшие географические закономерности - горизонтальная и вертикальная зональность - проявляются в океане в виде специфической структуры вод, состоящей из набора водных масс.
В вертикальной структуре Мирового океана выделяются водные массы: поверхностные - до глубины 150-200 м; подповерхностные - до 400-500 м; промежуточные - до 1000-1500 м, глубинные - до 2500-3500 м; придонные - ниже 3500 м. В каждом из океанов имеются характерные для них водные массы, поверхностные водные массы называются в соответствии с климатическим поясом, где сформировались (например, тихоокеанские субарктические, тихоокеанские тропические и так далее). Для нижележащих структурных зон океанов и морей название водных масс соответствует их географическому району (средиземноморская промежуточная водная масса, североатлантичная глубинная, глубинная Чёрного моря, антарктическая придонная и т.д.). Плотность воды и особенности атмосферной циркуляции определяют глубину, на которую водная масса погружается в районе своего образования. Часто при анализе водной массы учитываются также показатели содержания в ней растворённого кислорода, других элементов, концентрации ряда изотопов, которые дают возможность проследить распространение водной массы из района её формирования, степень смешения с окружающими водами, время нахождения вне контакта с атмосферой.
Характеристики водных масс не остаются постоянными, они подвергаются в определённых пределах сезонным (в верхнем слое) и многолетним колебаниям, изменяются в пространстве. По мере передвижения из района формирования водные массы трансформируются под воздействием изменившегося теплового и водного балансов, особенностей циркуляции атмосферы и океана, перемешиваются с окружающими водами. Вследствие чего различают первичные водные массы (формируются под непосредственным влиянием атмосферы, с наибольшими колебаниями характеристик) и вторичные водные массы (образуются при перемешивании первичных, отличаются наибольшей однородностью характеристик). В пределах водной массы выделяют ядро - слой с наименее трансформированными характеристиками, сохраняющий присущие конкретной водной массе отличительные признаки - минимумы или максимумы солёности и температуры, содержание ряда химических веществ.
При изучении водных масс применяется метод температурно-солёностных кривых (Т, S-кривых), метод ядра (исследование трансформации присущих водной массе экстремумов температуры или солёности), изопикнический метод (анализ характеристик на поверхностях равной плотности), статистический Т, S-анализ. Циркуляция водных масс играет важную роль в энергетическом и водном балансе климатической системы Земли, перераспределяя между широтами и разными океанами тепловую энергию и распреснённые (или осолонённые) воды.
Лит.: Sverdrup Н. U., Johnson М. W., Fleming R. Н. The oceans. N. Y., 1942; Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М.; Л., 1947; Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология. 1961. Т. 1. Вып. 1; Степанов В. Н. Океаносфера. М., 1983; Мамаев О. И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Л., 1987; он же. Физическая океанография: Избр. труды. М., 2000; Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. Гидрология. М., 2005.
