Введение
Министерство науки и образования Украины
Таврический национальный университет
им. В.И.Вернадского
Географический факультет
Кафедра физической географии и океанологии
Ю.Ф.БЕЗРУКОВ
ОКЕАНОЛОГИЯ
Часть I
Физические явления и процессы в океане
Симферополь 2006
Водные области нашей планеты остаются наименее исследованными, наименее изученными и наименее понятными областями Земли.
Национальная Академия наук США
Безруков Юрий Федорович
Океанология. Часть I. Физические явления и процессы в океане.
- Симферополь: Таврический национальный
университет им. В.И.Вернадского, 2006. – 159 с.
В книге изложены основные разделы физической океанологии. Показан исторический опыт и современный уровень представлений о районировании и классификации подразделений Мирового океана. Приводятся основные сведения о физических явлениях и процессах в океане: рассматриваются вопросы перемешивания и устойчивости вод, термики, оптики, акустики океана, взаимодействия океана и атмосферы, морских льдов. Дана краткая характеристика биологической структуры океана.
Предназначается в качестве учебника для студентов-океанологов географических факультетов, преподавателей, специалистов-географов.
Cодержание
Министерство науки и образования Украины 1
Таврический национальный университет 1
им. В.И.Вернадского 1
Географический факультет 1
Кафедра физической географии и океанологии 1
Ю.Ф.БЕЗРУКОВ 1
ОКЕАНОЛОГИЯ 1
Физические явления и процессы в океане 1
Симферополь 2006 1
Предисловие 6
Введение 7
1. Предмет и задачи океанологии 7
2. Основные океанологические организации 9
2.1. Международные организации 9
2.2. Важнейшие национальные научные учреждения 11
3. История исследования Мирового океана 13
4. Географическая характеристика Мирового океана 17
4.1. Морфометрические характеристики и деление Мирового океана 17
4.2. Мировой океан как единый природный объект 18
4.3. Географическая характеристика Мирового океана 19
4.4. Строение океанической коры и основные элементы рельефа дна 26
5. Строение и химический состав морской воды 30
5.1. Молекулярное строение воды и ее аномалии 30
5.2. Химический состав морской воды 33
5.3. Соленость морской воды 35
5.4. Растворенные газы 36
6. Основные физические характеристики морской воды 41
6.1. Плотность, удельный вес и удельный объем. 41
Уравнение состояния морской воды 41
6.2. Давление и сжимаемость морской воды 44
6.3. Термические свойства морской воды 45
6.4. Диффузия и осмос 49
7. Турбулентное перемешивание в океане 50
7.1. Типы турбулентного перемешивания 50
7.2. Вязкость (или сила внутреннего трения) 51
7.3. Морская турбулентность 52
7.4. Элементы статистической теории турбулентности 56
7.5. Турбулентный обмен в океане 58
7.6. Устойчивость слоев в море 60
7.7. Конвективное перемешивание 63
8. Оптические свойства морской воды 65
8.1. Световое излучение 65
8.2. Радиационный баланс Земли и освещенность поверхности моря 67
8.3. Поглощение и рассеяние света в море 69
8.4. Прозрачность и цвет воды 72
8.4. Биолюминесценция и цветение моря 74
9. Акустические свойства морской воды 77
9.1. Скорость распространения звука 77
9.2. Поглощение и рассеяние звука в море. Реверберация 78
9.3. Рефракция звуковых лучей. Подводный звуковой канал 80
9.4. Биогидроакустика 84
10. Взаимодействие океана и атмосферы 85
10.1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере 85
10.2. Изменчивость процессов в океане 87
10.3. Теплообмен в системе океан-атмосфера 89
10.4. Влагообмен в системе океан-атмосфера 97
10.5. Явления Эль Ниньо и Ла Нинья 98
10.6. Глобальное потепление: реальность и прогноз 102
11. Распределение температуры и солености 106
в Мировом океане 106
11.1. Распределение температуры 106
11.2. Распределение солености 110
12. Термохалинный анализ вод океана 113
12.1. Т,S-кривые 113
12.2. Смешение двух и трех водных масс 115
12.3. Смешение четырех водных масс 116
12.4. Аналитическая геометрия Т,S- кривых 118
12.5. Статистический Т,S- анализ 119
13. Водные массы Мирового океана 120
14. Фронтальные зоны и фронты в Мировом океане 126
15. Физико-географическое районирование Мирового океана 128
16. Морские льды 132
16.1. Классификация льдов 132
16.2. Соленость льда 134
16.3. Физические свойства льда 135
16.4. Механические свойства льда 137
16.5. Дрейф льдов 139
16.6. Распространение льдов в Мировом океане 140
17. Биологическая структура океана 141
17.1. Биологические зоны и провинции в океане 141
17.2. Морские гидробионты 143
17.3. Морская экосистема 147
17.4. Морской промысел 155
18. Природные ресурсы Мирового океана 157
Полезные ссылки 160
Английская система мер 160
Предисловие
Настоящая книга посвящается изучению Мирового океана. В литературе встречаются разные названия науки, занимающейся изучением морей и океанов: океанология, океанография, мореведение, физика моря. Автор назвал учебник «Океанология», подчеркивая этим комплекс наук, изучающих Мировой океан на современном этапе. В этот комплекс входят направления, связанные не только с фундаментальными науками (физика, химия, биология океана), но также и географией океана, поскольку при всем разнообразии происходящих в Мировом океане процессов он представляет собой единый географический объект. Поэтому задачей курса океанологии является формирование у студентов представлений о Мировом океане как едином целом, его строении, взаимосвязи процессов, происходящих в нем, взаимодействии океана с другими оболочками Земли и, прежде всего, с атмосферой.
В основу настоящего учебника положены лекции, которые автор в течение ряда лет читает на кафедре физической географии и океанологии географического факультета Таврического национального университета им. В.И.Вернадского.
Весь комплекс наук об океане невозможно осветить в одной книге. В учебнике основное внимание уделено разделам физической и динамической океанологии, что соответствует утвержденной учебной программе. Поскольку физические процессы, развивающиеся в океане, существенно зависят от плотности воды, а плотность - от солености, рассматриваются некоторые вопросы химии океана. Связь океанических процессов с атмосферными приводит к необходимости показать взаимодействие океана и атмосферы и посвятить несколько разделов книги феномену Эль Ниньо/Ла Нинья и глобальному потеплению климата. Некоторые физические процессы являются прямым следствием воздействия атмосферы - они также рассматриваются в учебнике (колебания уровня, волнение, дрейфовые течения)
Выбирая графические иллюстрации и определяя их количество, автор исходил из соображений важности рисунков, поскольку многие из них несут большую смысловую нагрузку и во многих случаях не только иллюстрируют текст, но иногда и заменяют его.
Автор понимает все трудности, с которыми связано написание такой книги. Она должна быть написана на должной математической основе, без которой невозможно понимание некоторых динамических процессов в океане (приливы, морские течения) и в то же время не должна быть перегружена излишними формулами и уравнениями, тем более математическая подготовка студентов оставляет желать лучшего. Поэтому в учебнике приведены только самые необходимые математические уравнения.
Учитывая трудности, связанные с написанием подобного рода книг, автор заранее приносит свои извинения за возможные шероховатости в изложении отдельных вопросов и будет весьма признателен всем, кто даст свои замечания и предложения по предлагаемому изданию.
Автор выражает глубокую благодарность ассистену кафедры физической географии и океанологии Е.А.Кудрянь за помощь в составлении компьютерных рисунков и оформлении рукописи.