Вертикальная структура мирового океана. Основные черты природы мирового океана. Тема «Методы океанологических измерений»

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.

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.

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.

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.

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.