34.Водные массы. Океанические фронты и фронтальные зоны. Биопродуктивность фронтальных зон.

Основы учения о водных массах

Уже на первых этапах изучения океана обращалось внимание на различие характеристик воды в разных районах океана, даже* близких друг к другу. Различались воды теплые и холодные, воды соленые и опресненные. Эти воды одновременно отличались по цвету, по богатству органической жизни и т. д. Австрийский ученый А. Дефант впервые (1929) употребил термин «водные массы», но рассматривал его узко, в аспекте решения задачи о смешивании двух или трех водных масс. Однако идея имела большое значение. Она развивалась по аналогии с учением о воздушных массах, разработанным в 20-х годах норвежской школой метеорологов-синоптиков. Синоптическая метеорология рассматривает атмосферу как систему различных воздушных масс — арктических и тропических, морских и континентальных и т. д., которые обладают определенными характеристиками: температурой, влажностью, прозрачностью и т. д. Все они находятся в движении, соприкасаются, образуя циклоны, антициклоны, фронты, что в движении, во времени и воспринимается как синоптические процессы в атмосфере, как погода.

В океане протекают аналогичные процессы, но более сложные из-за существенной разницы в плотности сред, в вязкости, в скорости движения и т. д. В настоящее время понятие «водная масса» можно принять в формулировке А. Д. Добровольского (Т9¥7)~~~«Водной массой следует называть некоторый, сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана — очаге, источнике этой водной массы, обладающий в течение длительного времени почти постоянным и непрерывным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс, и распространяющийся как одно, единое целое».

Каждая водная масса, как понятие географическое, характеризуется определенным комплексом показателей — физических, химических, биологических и даже геологических и связана с определенным течением. В комплекс показателей входят температура, соленость, цвет, прозрачность воды, содержание кислорода, сероводорода, некоторые химические коэффициенты, изотопный состав воды, минералогический и химический состав взвеси, видовой состав планктона, бентоса и т. д. В каждой водной массе выделяется ее ядро с наиболее отчетливо выраженными показателями (индексами) со значениями, близкими к таковым в очаге, районе формирования этой водной массы. От ядра к внешним границам водной массы значения показателей изменяются, но в определенных пределах, допустимых для данной водной массы. Изменение значений характеристик водной массы, ее трансформация происходят под влиянием трех причин: перехода из одной климатической зоны в другую, изменения внешних условий в районе расположения водной массы и смешивания с соседними водными массами. Первый вид носит название зональной трансформации, так как он связан с перемещением по меридиану (теплые и холодные течения). Второй вид — сезонная трансформация, связанная не с переносом водной массы, а с сезонным изменением гидрометеорологических характеристик на месте; вновь образующуюся водную массу тогда можно назвать разновидностью или модификацией первой (например, зимняя разновидность, летняя модификация). Третий вид называется трансформацией смешения: вследствие перемешивания двух водных масс формируется третья с промежуточными значениями характеристик. Трансформация смешения может идти постепенно, плавно, если между водными массами нет резкой границы, как, например, между водами Канарского течения и Саргассова моря. Но некоторые водные массы разграничены очень резко, как, например, Гольфстрим и Лабрадорское течение, которые разделены «холодной стеной» с очень большими горизонтальными градиентами океанологических характеристик. Пограничная область двух масс называется фронтальной зоной или фронтом, хотя точнее фронтом следует называть линию на поверхности моря, которая образуется при пересечении последней с фронтальной поверхностью срединной части фронтальной зоны, где существуют наибольшие величины горизонтальных градиентов характеристик.

В этом случае смешение происходит особенно интенсивно, проявляется эффект уплотнения при смешении, возникают вертикальные движения, словом, этот случай выделяется в особый вид фронтальной трансформации.

Сочетание в пространстве водных масс, границ между ними (фронтов) образует гидрологическую структуру вод отдельных районов океана. Структура отражает общие закономерности важнейших океанологических процессов. Структура вод в вертикальном направлении характеризуется кривыми вертикального распределения и Т, S-кривыми, Т, Ог-кривыми и др., а в горизонтальном направлении — картами.

По определению, для распознавания водных масс надо использовать комплекс разнообразных показателей. Но это далеко не всегда возможно. Кроме того, каждый из показателей обладает разной степенью консервативности (изменчивости). Поэтому чаще всего пользуются одним-двумя основными показателями, а другие привлекают по мере возможности. Давно в качестве основных показателей берут температуру и соленость, кривые их вертикального распределения и карты горизонтального распределения. Но гораздо более убедительные результаты дает совместный анализ обоих показателей при помощи Т, S-кривых. Такой метод предложил, норвежский ученый В. Хелланд-Хансен еще в 1916 г., советский ученый В. Б. Штокман развил его до теории Т, S-кривых.

Водные массы Мирового океана

Выделяются прежде всего две элементарные водные массы: пресная и морская. Граница между ними определяется соленостью 1%о. Пресная вода в Мировом океане находится в ничтожных количествах лишь вблизи устьев крупных рек, но влияние ее может сказываться и в открытом океане в особенностях химического состава, в частности в увеличении доли карбонатов, что тоже может служить одним из показателей водной массы.

Таким образом, водные массы Мирового океана — это подразделение второй элементарной водной массы, морской, или галосферы.

В галосфере можно выделить основные и вторичные водные массы. Первые занимают огромные пространства и имеют однородное строение на большом протяжении. Очаги формирования основных водных масс связаны с. главными чертами климата земного шара, с океанической и атмосферной циркуляциями. Поэтому основные водные массы: экваториальные, тропические, субтропические, умеренных широт, субполярные и полярные. Так как условия формирования вод в разных океанах не одинаковы, то их выделяют и по каждому из океанов. Но и в отдельном океане нет единообразия, поэтому приходится их подразделять еще и по полушариям — южные и северные воды, и по долготам — восточные и западные. Но есть еще одно необходимое подразделение водных масс — по вертикали: поверхностная, подповерхностная, промежуточная, глубинная и придонная. По формам Т, S-кривых, отражающих гидрологические условия в толще воды, выделяют виды структур океана. Так, например, может быть поверхностная северо-тихоокеанская восточная водная масса. Иногда водные массы называют по имени течения, например водная масса Гольфстрима.

К вторичным водным массам относятся воды смешения основных водных масс и воды, внесенной в океан из других водоемов, например средиземноморская водная масса в северной части Атлантического океана или красноморская — в Индийском.

Подобным образом подразделяются и воды морей, только, естественно, все в меньшем масштабе. Однако вряд ли целесообразно давать очень дробное подразделение водных масс, так как смысл понятия о водной массе заключается именно в обобщении, в избавлении от мелких, несущественных подробностей.

Концепция водных масс предоставляет большие возможности для решения одной из задач географии — районирования океана. Водные массы положены в основу районирования, предложенного в сводном многотомном труде «География Мирового океана».

Из изложенного можно видеть, насколько многообразны и сложны процессы, протекающие в Мировом океане, как тесно они связаны с процессами атмосферными, насколько сильна взаимосвязь с твердой оболочкой — дном и берегом, словом, видно место океана в неразрывной цепи гидрологических процессов на Земле. Мировой океан дает начало цепи, испаряя гигантские количества воды в атмосферу, и он же завершает эту цепь, принимая в себя переработанную на суше воду в виде материкового стока и возвращенную из атмосферы в виде осадков.

2-ой вариант.

Водные массы. Вся масса вод Мирового океана может быть, условно подразделена на поверхностные и глубинные.

Поверхностные воды — слой мощностью 200—250 м, т. е. сравнительно очень тонкий, но динамичный, отличающийся большим разнообразием характеристик. Глубинные воды — основная масса вод Океана, однородная и по температуре и по солености. В поверхностных водах выделяются отдельные водные массы — сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных районах Мирового океана, обладающие в течение, длительного времени соответствующими комплексными (физическими, химическими и биологическими) характеристиками и распространяющиеся как единое целое.

Выделяются зональные типы водных масс: экваториальные, субтропические, субполярные, полярные3.

Экваториальные водные массы имеют высокую температуру ( + 23°) и пониженную соленость (34,4—34,6%о), субтропические массы при высокой температуре имеют высокую соленость (35,8—36°/оо). Субполярные отличаются разнообразием условий, их сменой по сезонам. Полярным водным массам свойственны низкая температура (3—4°) и пониженная соленость: в южном полушарии 33,8—34°/оо, в северном — 32,8%о.

Каждая водная масса имеет свой очаг формирования. Перемещаясь, массы воды смешиваются, изменяют свойства. При встречах водных масс возникают фронтальные зоны, отличающиеся градиентами температуры, солености, а значит, и плотности. Фронтальные зоны — это зоны конвергенции.

В отличие от воздушных масс и атмосферных фронтов водные массы и океанские фронты более стабильны.

Все воды Мирового океана взаимосвязаны посредством общей циркуляции. Но из-за недостаточной изученности нарисовать четкую, полную схему циркуляции вод Океана пока невозможно. В основе современного представления об общей циркуляции океанов — взаимодействия Океана и атмосферы. Главная причина движения океанских вод — ветер. Под его влиянием возникают не только поверхностные течения, но и глубинные, поскольку рельеф уровенной поверхности — результат воздействия преобладающих ветровых полей.

Реакция Океана на воздействие ветра осложняется рядом факторов, и главный из них — отклоняющее действие вращения Земли. Ветровую циркуляцию дополняет термохалийная, вызываемая различиями в температуре и солености. Глубинные воды формируются в высоких широтах за счет опускания охлажденной воды. Поэтому поверхностные воды там мало отличаются от глубинных. Так как процесс распространения холодных глубинных вод к экватору очень медленный, ежегодное пополнение их весьма незначительно. При встрече Антарктических (более соленых) вод с Арктическими (менее солеными) первые оказываются у дна, вторые — над ними.

Если в одном районе Океана происходит опускание воды, то где-то должно происходить ее поднятие и пополнение холодной глубинной водой поверхностных. Средняя скорость непериодических вертикальных движений в Океане всего несколько сантиметров в сутки. Поэтому подъем холодных вод из глубины Океана к поверхности у восточных берегов океанов со скоростью нескольких десятков сантиметров в сутки называют мощным (апвелинг). Причина апвелинга — отклонение полного потока (общего переноса воды) в экмановском слое от направления ветра в рбщеш на 90°. Процесс этот особенно хорошо выражен у западных берегов Африки и Южной Америки. Температура прибрежной воды здесь на несколько градусов ниже, чем в открытом Океане. Поднимающаяся из глубины Океана холодная вода приносит соединения азота и фосфора, создавая условия, благоприятные для развития фитопланктона, а значит, и жизни вообще, которая буквально кишит в этих водах.

Вертикальные перемещения вод происходят также в зонах их конвергенции (опускание) и дивергенции (поднятие).

Холодные глубинные воды, попадая в поверхностный слой, постепенно нагреваются и под влиянием ветровой циркуляции перемещаются в системе дрейфовых течений в высокие широты, перенося тепло. В результате Океан переносит из низких широт в высокие больше тепла, чем атмосфера.

Биопродуктивность фронтальных зон найти самостоятельно в биологии океана.