20. Мировой океан нашей планеты. Состав, стратификация, циркуляция.Особенности формирования

водная оболочка, покрывающая большую часть земной поверхности (четыре пятых в Южном полушарии и более трех пятых - в Северном). Лишь местами земная кора вздымается над поверхностью океана, образуя континенты, острова, атоллы и т.д. Хотя Мировой океан представляет собой единое целое, для удобства исследования отдельным его частям присвоены различные названия: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Наиболее крупные океаны - Тихий, Атлантический и Индийский. Тихий океан (площадь ок. 178,62 млн. км2) имеет в плане округлую форму и занимает почти половину водной поверхности земного шара. Атлантический океан (91,56 млн. км2) имеет форму широкой буквы S, причем его западное и восточное побережья почти параллельны. Индийский океан площадью 76,17 млн. км2 имеет форму треугольника. Северный Ледовитый океан площадью всего 14,75 млн. км2 почти со всех сторон окружен сушей. Как и Тихий, он имеет округлую в плане форму. Некоторые географы выделяют еще один океан - Антарктический, или Южный, - водное пространство, окружающее Антарктиду. Океан и атмосфера. Мировой океан, средняя глубина которого составляет ок. 4 км, содержит 1350 млн. км3 воды. Атмосфера, окутывающая всю Землю слоем толщиной в несколько сотен километров, с гораздо большим основанием, чем Мировой океан, может рассматриваться как "оболочка". И океан и атмосфера представляют собой текучие среды, в которых существует жизнь; их свойства определяют среду обитания организмов. Циркуляционные потоки в атмосфере влияют на общую циркуляцию волы в океанах, а от состава и температуры воздуха в сильной степени зависят свойства океанических вод. В свою очередь, океан определяет основные свойства атмосферы и является источником энергии для многих протекающих в атмосфере процессов. На циркуляцию воды в океане влияют ветры, вращение Земли и барьеры суши. Океан и климат. Хорошо известно, что температурный режим и другие климатические характеристики местности на любой широте могут существенно изменяться по направлению от побережья океана в глубь материка. По сравнению с сушей океан медленнее нагревается летом и медленнее остывает зимой, сглаживая колебания температуры на прилежащей суше. Атмосфера получает от океана значительную часть поступающего к ней тепла и почти весь водяной пар. Пар поднимается, конденсируется, образуя облака, которые переносятся ветрами и поддерживают жизнь на планете, проливаясь в виде дождя или снега. Однако в тепло- и влагообмене участвуют только поверхностные воды; более 95% воды находится в глубинах, где ее температура остается практически неизменной. Состав морской воды. Вода в океане соленая. Соленый вкус придают содержащиеся в ней 3,5% растворенных минеральных веществ - главным образом соединения натрия и хлора - основные ингредиенты столовой соли. Следующим по количеству является магний, за ним следует сера; присутствуют также все обычные металлы. Из неметаллических компонентов особенно важны кальций и кремний, так как именно они участвуют в строении скелетов и раковин многих морских животных. Благодаря тому что вода в океане постоянно перемешивается волнами и течениями, ее состав почти одинаков во всех океанах. Свойства морской воды. Плотность морской воды (при температуре 20° С и солености ок. 3,5%) примерно 1,03, т.е. несколько выше, чем плотность пресной воды (1,0). Плотность воды в океане меняется с глубиной из-за давления вышележащих слоев, а также в зависимости от температуры и солености. В наиболее глубоких частях океана воды обычно солонее и холоднее. Наиболее плотные массы воды в океане могут оставаться на глубине и сохранять пониженную температуру более 1000 лет. Поскольку морская вода имеет низкую вязкость и высокое поверхностное натяжение, она оказывает относительно слабое сопротивление движению корабля или пловца и быстро стекает с различных поверхностей. Преобладающая синяя окраска морской воды связана с рассеянием солнечных лучей взвешенными в воде мелкими частицами. Морская вода гораздо менее прозрачна для видимого света по сравнению с воздухом, но более прозрачна по сравнению с большинством других веществ. Зарегистрировано проникновение солнечных лучей в океан до глубины 700 м. Радиоволны проникают в толщу воды лишь на небольшую глубину, зато звуковые волны могут распространяться под водой на тысячи километров. Скорость распространения звука в морской воде колеблется, составляя в среднем 1500 м в секунду. Электропроводность морской воды примерно в 4000 раз выше, чем электропроводность пресной воды. Высокое содержание солей препятствует ее использованию для орошения и полива сельскохозяйственных культур. Для питья она также непригодна. ОБИТАТЕЛИ МОРЯ Жизнь в океане необычайно разнообразна - там обитает более 200 000 видов организмов. Некоторые из них, например кистеперая рыба целакант, представляют собой живые ископаемые, предки которых процветали здесь более 300 млн. лет назад; другие появились совсем недавно. Большая часть морских организмов встречается на мелководье, куда проникает солнечный свет, способствующий процессу фотосинтеза. Благоприятны для жизни зоны, обогащенные кислородом и питательными веществами, например, нитратами. Широко известно такое явление, как "апвеллинг" (англ. upwelling), - поднятие к поверхности глубинных морских вод, обогащенных питательными веществами; именно с ним связано богатство органической жизни у некоторых побережий. Жизнь в океане представлена самыми различными организмами - от микроскопических одноклеточных водорослей и крошечных животных до китов, превышающих в длину 30 м и превосходящих по размерам любое животное, жившее когда-либо на суше, включая самых крупных динозавров. Океаническая биота делится на следующие основные группы. Планктон представляет собой массу микроскопических растений и животных, не способных к самостоятельному передвижению и обитающих в приповерхностных хорошо освещенных слоях воды, где они образуют плавучие "кормовые угодья" для более крупных животных. Планктон состоит из фитопланктона (включающего такие растения, как диатомовые водоросли) и зоопланктона (медузы, криль, личинки крабов и пр.). Нектон состоит из свободно плавающих в толще воды организмов, преимущественно хищных, и включает более 20 000 разновидностей рыб, а также кальмаров, тюленей, морских львов, китов. Бентос состоит из животных и растений, обитающих на дне океана или вблизи него, как на больших глубинах, так и на мелководье. Растения, представленные различными водорослями (например, бурыми), встречаются на мелководье, куда проникает солнечный свет. Из животных следует отметить губок, морских лилий (одно время считавшихся вымершими), плеченогих и др. Пищевые цепи. Более 90% органических веществ, составляющих основу жизни в море, синтезируется при солнечном освещении из минеральных веществ и других компонентов фитопланктоном, в изобилии населяющим верхние слои водной толщи в океане. Некоторые организмы, входящие в состав зоопланктона, поедают эти растения и в свою очередь являются источником пищи для более крупных животных, обитающих на большей глубине. Тех поедают более крупные животные, живущие еще глубже, и такая закономерность прослеживается до самого дна океана, где наиболее крупные беспозвоночные, например стеклянные губки, получают необходимые им питательные вещества из остатков отмерших организмов - органического детрита, опускающегося на дно из вышележащей толщи воды. Однако известно, что множество рыб и другие свободно передвигающиеся животные сумели приспособиться к экстремальным условиям высокого давления, низкой температуры и постоянной темноты, характерных для больших глубин. ВОЛНЫ, ПРИЛИВЫ, ТЕЧЕНИЯ Как и вся Вселенная, океан никогда не остается в покое. Разнообразные природные процессы, в том числе такие катастрофические, как подводные землетрясения или извержения вулканов, вызывают движения океанических вод. Волны. Обычные волны вызываются ветром, дующим с переменной скоростью над поверхностью океана. Сначала возникает рябь, затем поверхность воды начинает ритмично подниматься и опускаться. Хотя водная поверхность при этом вздымается и опускается, отдельные частицы воды движутся по траектории, представляющей собой почти замкнутый круг, практически не испытывая смещения по горизонтали. По мере усиления ветра волны становятся выше. В открытом море высота гребня волны может достигать 30 м, а расстояние между соседними гребнями - 300 м. Подходя к берегу, волны образуют буруны двух типов - ныряющие и скользящие. Ныряющие буруны характерны для волн, зародившихся в удалении от берега; они имеют вогнутый фронт, их гребень нависает и обрушивается, как водопад. Скользящие буруны не образуют вогнутого фронта, и снижение волны происходит постепенно. В обоих случаях волна накатывается на берег, а затем откатывается обратно. Катастрофические волны могут возникать в результате резкого изменения глубины морского дна при образовании сбросов (цунами), при сильных штормах и ураганах (штормовые волны) или при обвалах и оползнях береговых обрывов. Цунами могут распространяться в открытом океане со скоростью до 700-800 км/ч. При приближении к берегу волна цунами тормозится, одновременно увеличивается ее высота. В результате на берег накатывается волна высотой до 30 м и более (относительно среднего уровня океана). Цунами обладают огромной разрушительной силой. Хотя больше всего от них страдают районы, находящиеся вблизи таких сейсмически активных зон, как Аляска, Япония, Чили, волны, приходящие от удаленных источников, могут причинить значительный ущерб. Подобные волны возникают при взрывных извержениях вулканов или обрушении стенок кратеров, как, например, при извержении вулкана на о.Кракатау в Индонезии в 1883. Еще более разрушительными могут быть штормовые волны, порожденные ураганами (тропическими циклонами). Неоднократно подобные волны обрушивались на побережье в вершинной части Бенгальского залива; одна из них в 1737 привела к гибели примерно 300 тыс. человек. Сейчас благодаря значительно усовершенствованной системе раннего оповещения имеется возможность заранее предупреждать население прибрежных городов о приближающихся ураганах. Катастрофические волны, вызванные оползнями и обвалами, относительно редки. Они возникают в результате падения крупных блоков породы в глубоководные заливы; при этом происходит вытеснение огромной массы воды, которая обрушивается на берег. В 1796 на о. Кюсю в Японии сошел оползень, имевший трагические последствия: порожденные им три огромные волны унесли жизни ок. 15 тыс. человек. Приливы. На берега океана накатываются приливы, в результате чего уровень воды поднимается на высоту 15 м и более. Основной причиной приливов на поверхности Земли является притяжение Луны. В течение каждых 24 ч 52 мин происходят два прилива и два отлива. Хотя эти колебания уровня заметны только у берегов и на отмелях, известно, что они проявляются и в открытом море. Приливами обусловлены многие очень сильные течения в прибрежной зоне, поэтому для безопасной навигации морякам необходимо пользоваться специальными таблицами течений. В проливах, соединяющих Внутреннее море Японии с открытым океаном, приливо-отливные течения достигают скорости 20 км/ч, а в проливе Симор-Нарроус у берегов Британской Колумбии (о.Ванкувер) в Канаде зарегистрирована скорость ок. 30 км/ч. Течения в океане могут также создаваться волнением. Прибрежные волны, подходящие к берегу под углом, вызывают относительно медленные вдольбереговые течения. Там, где течение отклоняется от берега, его скорость резко возрастает - образуется разрывное течение, которое может представлять опасность для пловцов. Вращение Земли заставляет крупные океанические течения двигаться по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном. С некоторыми течениями связаны самые богатые рыболовные угодья, например в районе Лабрадорского течения у восточных берегов Северной Америки и Перуанского течения (или Гумбольдта) у берегов Перу и Чили. Мутьевые течения относятся к наиболее сильным течениям в океане. Они вызываются перемещением большого объема взвешенных наносов; эти наносы могут быть принесены реками, явиться результатом волнения на мелководье или образоваться при сходе оползня по подводному склону. Идеальные условия для зарождения таких течений существуют в вершинах подводных каньонов, расположенных вблизи берега, особенно при впадении рек. Такие течения развивают скорость от 1,5 до 10 км/ч и временами повреждают подводные кабели. После землетрясения 1929 с эпицентром в районе Большой Ньюфаундлендской банки многие трансатлантические кабели, соединявшие Северную Европу и США, оказались поврежденными, вероятно, вследствие сильных мутьевых течений. БЕРЕГА И БЕРЕГОВЫЕ ЛИНИИ На картах хорошо видно необычайное разнообразие очертаний берегов. В качестве примеров можно отметить берега, изрезанные заливами, с островами и извилистыми проливами (в шт. Мэн, на юге Аляски и в Норвегии); берега относительно простых очертаний, как на большей части западного побережья США; глубоко проникающие и ветвящиеся заливы (например, Чесапикский) в средней части атлантического побережья США; выступающий низменный берег Луизианы около устья р.Миссисипи. Подобные примеры могут быть приведены для любой широты и любой географической или климатической области. Эволюция берегов. Прежде всего проследим, как менялся уровень моря за последние 18 тыс. лет. Как раз перед этим большая часть суши в высоких широтах была покрыта огромными ледниками. По мере таяния этих ледников талые воды поступали в океан, в результате чего его уровень поднялся примерно на 100 м. При этом оказались затопленными многие устья рек - так образовались эстуарии. Там, где ледники создали долины, углубленные ниже уровня моря, образовались глубокие заливы (фьорды) с многочисленными скалистыми островами, как, например, в береговой зоне Аляски и Норвегии. При наступании на низменные побережья море также затопляло речные долины. На песчаных побережьях в результате волновой деятельности сформировались низкие барьерные острова, вытянутые вдоль берега. Такие формы встречаются у южного и юго-восточного берегов США. Иногда барьерные острова образуют аккумулятивные выступы берега (например, мыс Хаттерас). В устьях рек, несущих большое количество наносов, возникают дельты. На тектонических блоковых берегах, испытывающих поднятия, которые компенсировали подъем уровня моря, могут образоваться прямолинейные абразионные уступы (клифы). На о.Гавайи в результате вулканической деятельности в море стекали лавовые потоки и формировались лавовые дельты. Во многих местах развитие берегов протекало таким образом, что заливы, образовавшиеся при затоплении устьев рек, продолжали существовать - например, Чесапикский залив или заливы на северо-западном побережье Пиренейского п-ова. В тропическом поясе подъем уровня моря способствовал более интенсивному росту кораллов с внешней (морской) стороны рифов, так что с внутренней стороны образовывались лагуны, отделяющие от берега барьерный риф. Подобный процесс происходил и там, где на фоне подъема уровня моря происходило погружение острова. При этом барьерные рифы с внешней стороны частично разрушались во время штормов, и обломки кораллов нагромождались штормовыми волнами выше уровня спокойного моря. Кольца рифов вокруг погрузившихся вулканических островов образовали атоллы. В последние 2000 лет поднятие уровня Мирового океана практически не отмечается. Пляжи всегда высоко ценились человеком. Они сложены преимущественно песком, хотя встречаются также галечные и даже мелковалунные пляжи. Иногда песок представляет собой измельченные волнами раковины (т.н. ракушечный песок). В профиле пляжа выделяются наклонная и почти горизонтальная части. Угол наклона прибрежной части зависит от слагающего ее песка: на пляжах, сложенных тонким песком, фронтальная зона наиболее пологая; на пляжах из крупнозернистого песка уклоны несколько больше, а наиболее крутой уступ образуют галечные и валунные пляжи. Тыловая зона пляжа находится обычно выше уровня моря, но порой огромные штормовые волны заливают и ее.

Различают несколько типов пляжей. Для берегов США наиболее типичны протяженные, относительно прямолинейные пляжи, окаймляющие с внешней стороны барьерные острова. Для таких пляжей характерны вдольбереговые ложбины, где могут развиваться опасные для пловцов течения. С внешней стороны ложбин находятся вытянутые вдоль берега песчаные бары, где и происходит разрушение волн. При сильном волнении здесь часто возникают разрывные течения. Скалистые берега неправильных очертаний обычно образуют множество мелких бухточек с небольшими изолированными участками пляжей. Эти бухточки часто бывают защищены со стороны моря выступающими над поверхностью воды скалами или подводными рифами. На пляжах обычны образования, созданные волнами, - пляжевые фестоны, знаки ряби, следы волнового заплеска, промоины, образующиеся при стоке воды во время отлива, а также следы, оставленные животными. При размыве пляжей во время зимних штормов песок перемещается по направлению к открытому морю или вдоль берега. При более спокойной погоде летом на пляжи поступают новые массы песка, принесенные реками или образовавшиеся при размыве волнами береговых уступов, и таким образом происходит восстановление пляжей. К сожалению, этот компенсационный механизм часто нарушается вмешательством человека. Строительство плотин на реках или сооружение берегоукрепительных стенок препятствует поступлению на пляжи материала взамен размытого зимними штормами. Во многих местах песок переносится волнами вдоль берега, преимущественно в одном направлении (т.н. вдольбереговой поток наносов). Если береговые сооружения (дамбы, волноломы, пирсы, буны и т.п.) преграждают этот поток, то пляжи "выше по течению" (т.е. расположенные с той стороны, откуда происходит поступление наносов) либо размываются волнами, либо расширяются за счет поступления наносов, тогда как пляжи "ниже по течению" почти не подпитываются новыми отложениями. Субполярный тип изменения температуры воды по вертикали наблюдается в переходной области от весьма специфической полярной термической стратификации к типу стратификации тропических и субтропических широт. Он имеет три подтипа, для которых характерны общие черты, определяющиеся однородностью физических процессов. Из них главным является интенсивное опускание поверхностных вод, результате чего здесь формируются промежуточные водные массы. Этому благоприятствуют относительно небольшие вертикальные градиенты температуры воды в верхнем слое толщиной 1000-1500 м. Опускание вызывается как наличием океанических фронтов (полярного и субполярного), так и уплотнением вод, связанным с охлаждением тропических вод, вторые выносятся течениями в высокие широты. Сильное охлаждение субполярных областей приводит к интенсивной зимней конвекции. В некоторых районах следы ее сохраняются в виде холодного промежуточного слоя в течение всего лета. В области распространения субполярного типа зимой в поверхностных водах толщиной 200-300 м устанавливается гомотермия с температурой, близкой к минимальному ее значению на поверхности в данном месте. Поскольку этот тип является переходным, с ростом широты уменьшается температура и толщина подповерхностного холодного слоя в тех местах, где он сохраняется в теплое время года. Умеренно тропический тип изменения температуры воды по вертикали является наиболее распространенным. Он прослеживается от субантарктического океанического фронта до субарктического. Вертикальные кривые температуры во всей этой обширнейшей части Мирового океана очень сходны. Как уже выше указывалось, рассматриваемый тип термической стратификации отличается большими вертикальными градиентами в поверхностной структурной зоне и несколько меньшими в промежуточной. Ниже 1500-2000 м при медленном понижении температуры воды вертикальные градиенты оказываются очень небольшими. Изменения температуры воды в течение года сравнительно невелики и постепенно уменьшаются к экватору. Стратификация поля солености. Изменение по вертикали солености отличается значительно большим разнообразием, чем температуры. В Мировом океане выделено восемь типов изменения солености по вертикали с подразделением большинства их на подтипы. Двум таким типам - полярному и субполярному - свойственно увеличение солености от поверхности  океана ко дну. Для трех типов - умеренно тропического, тропического и экваториального - характерно наличие прослойки  с пониженной соленостью, связанной с распространением промежуточных водных масс субполярного происхождения; выше и ниже этой прослойки соленость увеличивается. Эти пять типов изменения солености по вертикали широко распространены в Мировом океане, стальные три типа встречаются в отдельных районах, что связано со специфическим влиянием факторов, определяющих соленость воды.

Во всех выделенных типах соленость значительно изменяется в верхней части океана в слое толщиной около 1500-2000 м. Однако различие между типами кривых солености в поверхностной структурной зоне еще больше, чем между типами кривых температуры. Промежуточная прослойка с пониженной или повышенной соленостью отмечается у всех типов, кроме полярного и субполярного. Поэтому расслоение вод значительно ярче проявляется по солености повсеместно, исключая высокие широты, где более стратифицировано поле температуры. Для полярных районов характерна весьма однородная соленость при значительном опреснении поверхностных вод. На глубине 300-500 м соленость увеличивается примерно до 35‰, оставаясь приблизительно такой же в промежуточной, глубинной и придонной зонах. Субполярному типу изменения солености свойственна та же общая закономерность, что и полярному, однако опресняющее влияние поверхностных вод в результате интенсивного их опускания сказывается на большую глубину.  Вместе с тем пределы изменения солености с глубиной меньше. В среднем соленость примерно от 33,5‰ на поверхности океана постепенно увеличивается с глубиной; ниже 1500-2000 м она составляет 34,60—34,70‰. Умеренно тропический тип изменения солености  встречается в тропических и субтропических широтах, где высокая соленость у поверхности океана связана с превышением испарения над осадками и опресненная прослойка    создается промежуточными водными массами субполярного происхождеиия. По средним данным максимальная соленость (выше 35‰) наблюдается в поверхностной структурной зоне (в слое толщиной около 200 м). Факторы, обусловливающие осолонение вод, оказывают непосредственное воздействие только на поверхностный слой океана. Поэтому с глубиной соленость довольно быстро понижается, достигая своего минимума у оси промежуточной водной массы. На глубине 800-1000 м она составляет в среднем 34,45‰. С переходом к глубинным водам соленость постепенно повышается до 34,75‰ на 2500-3000 м. Затем она едва заметно понижается ко дну в менее соленых придонных водах антарктического происхождения. Таким образом, при более детальном рассмотрении изменения солености с глубиной у этого типа обнаруживается второй максимум (на 3000 м)  и минимум (у дна), несравненно меньшие по своей величине, чем основной максимум на поверхности и минимум в промежуточном слое. Тропический тип изменения солености вод по вертикали имеет такую же опресненную прослойку. Он отличается от умеренно тропического типа подповерхностным слоем высокой солености. Образование последнего связано с опусканием в низких широтах с поверхности вод высокой солености, которые затем перемещаются в горизонтальной плоскости. Такая высокосоленая прослойка прослеживается в той части тропических областей, где на поверхности океанов отмечается уменьшение солености, связанное с преобладанием осадков над испарением.

Экваториальный тип изменения солености по вертикали благодаря особенно обильным осадкам, наиболее широко распространен в Тихом океане, где он занимает полосу около 15° по меридиану, а в крайней восточной части океана - даже более 20°. Опреснение затрагивает самый верхний слой воды, поэтому соленость с удалением от поверхности океана быстро увеличивается и на глубине 150-200 м достигает максимальных значений.