Аналоговая схема циркуляции в океане и атмосфере.

Течения-аналоги Арктического (Северный Ледовитый океан и Северная Атлантика) и Субарктического (Северная Пацифика) круговоротов: 1 - Трансарктическое и система циркуляции Берингова моря, 2 - Восточно-Гренландское и Камчатское, 3 - Лабрадорское и Оясио, 4 - Северные ветви Северо-Атлантического и Северо-Тихоокеанского, 5 - Норвежское и Аляскинское.

Центральный Северный круговорот составляют течения: 6 - Гольфстрим и Куросио, 7 - Южные ветви Сев.-Атлантического и Сев.-Тихоокеанского течений, 8 - Канарское и Калифорнийское, 9 - Северные Пассатные Атлантического и Тихого океанов, 10 - Межпассатные Атлантического и Тихого океанов.

Центральный Южный круговорот: 11 - Южные Пассатные Атлантического, Тихого и Индийского океанов, 12 - Бразильское, Восточно-Австралийское и Мыса Игольного, 13 - Западных ветров, 14 - Бенгельское, Перуанское и Западно-Австралийское.

Антарктический круговорот: 15 - Антарктическое циркумполярное течение.

Менее детальная и общепринятая схема циркуляции характеризует течения южных и северных высоких широт Мирового океана, т. е. Северного Ледовитого и Южного.

Южный океан: 1) АЦТ - Антарктическое циркумполярное течение, в прошлом называемое течением Западных ветров - самое мощное течение Мирового океана (в море Беллинсгаузена ширина АЦТ достигает 1300 км), 2) Прибрежное Антарктическое; на севере АЦТ находится зона конвергенции (схождения потоков), в которой оно контактирует с тёплыми водами Атлантического, Тихого и Индийского океанов; считается, что в зоне конвергенции происходит перемешивание, уплотнение (кабеллинг) и погружение вод; в океане выделены 4 главные зоны конвергенции - 2 субполярные и 2 субтропические; Антарктическая (южная субполярная) конвергенция является наиболее протяженной, она опоясывает весь земной шар между 50 и 60 ° ю. ш.

Северный Ледовитый океан обладает наиболее сложной палитрой адвективных и конвективных перемещений частиц водных масс, однако, специалисты выделяют несколько наиболее показательных с их точки зрения течений: 1) Норвежское, 2) Нордкапское, 3) Шпицбергенские, 4) Западно-Арктическое, 5) Тихоокеанское. Генеральный дрейф в Северном Ледовитом океане вызывают ветры, направленные с востока на запад вдоль берегов Евразии и с севера на юг - вдоль берегов Гренландии. Локальная антициклоническая циркуляция севернее Гренландии способствует движению вод Восточно-Гренландского течения. Другие локальные очаги: циклоническая циркуляция в котловине Нансена (к северу от Новой Земли) и антициклоническая - в море Бофорта. Следует заметить, что мнения океанографов о принадлежности морей Северо-Европейского океанического бассейна, включающего моря Норвежское, Гренландское и Баренцево, а, значит, и тёплые течения атлантических вод (упомянутых выше Норвежского, Шпицбергенских и Нордкапского) разделились - одни считают их частью Северной Атлантики, другие - Северного Ледовитого океана.

Большим успехом в изучении циркуляции океана стали открытия глобальных подповерхностных противотечений, начатые американским океанографом Кромвеллом. Обнаруженное им узкое и мощное противотечение, характеризующееся шириной потока всего около 30 км и вертикальной мощностью более 300 м, было обнаружено в экваториальной полосе Тихого океана и названо его именем. На глубине около 100 м скорость течения Кромвелла достигала 1,5 м/с. Аналогом вышеописанного тихоокеанского противотечения стало течение Ломоносова, зарегистрированное на борту одноимённого научно-исследовательского российского судна в Атлантическом океане. Ширина атлантического противотечения составляла около 400 км, протяженность 4,5 тыс. км. Оно двигалось под слоем атлантических пассатных вод на глубинах 50-100 м на восток со скоростью 1,2 м/с. Для вод течения Ломоносова характерны повышенная солёность, большая насыщенность кислородом и малое содержание фосфатов. Отмечено, что противотечение располагается в термоклине (§§ 3.4; 10.1), ниже глубины ветрового перемешивания.

В Индийском океане, между 1 ° с. ш. и 1 °  ю. ш. на глубинах от 100 до 300 м тоже было замечено противотечение, скорость которого достигала 60-70 см/с. Его назвали именем Б. А. Тареева. Отмечено, что скорость и размеры экваториальных противотечений непостоянны, и, кроме Индийского океана, где оно существует только в период северо-восточного муссона, они смещены к северу от экватора.

Характерное всеобщее постоянство структуры движений водных масс океана, повлекло за собой составление схем, родственных одновременно глобальным атмосферным и материковым климатическим. Одну из первых не очень удачных попыток районирования Мирового океана принял французский океанограф К. Валло в 1933 г. путем выделения крупных акваторий в виде географических поясов. Например, в самом изученном океане - Атлантическом - он выделил пять областей: 1) Северную Атлантику, 2) Гольфстрим, 3) пояс затишья тропика Рака, 4) Экваториальный проход и 5) область тропика Козерога. Были и другие, ещё менее удобные классификации.

В 50-х годах ХХ в. немецкий учёный Г. Дитрих предложил районирование океана по принципу выделения зон океанических течений: пассатных, муссонных, экваториальных, свободноструйных (Гольфстрим, Куросио, Бразильское, Восточно-Австралийское и Игольное), западных дрейфовых течений (районы с преобладающей восточной составляющей ветров). Американский океанограф Френсис Эллиот разбил океан по физико-географическим типам вод, учитывая комплекс данных по температуре воздуха и поверхности океана, привлекая информацию о течениях, плавучих льдах и другие гидрометеорологические характеристики.

Все эти и дальнейшие классификации природных зон океана развивались под воздействием нарастающего вала информации о структуре водной толщи, подводных ландшафтах, биологическом составе проб воды, и в 1961 г. Д. В. Богдановым была предложена обобщающая глобальная схема зональности северного и южного полушарий, аналогичная сухопутной: 1) Полярные зоны океана - Арктическая и Антарктическая (круглогодичное льдообразование, районы плавучих льдов и айсбергов) соответствуют Арктической зоне суши (ледяной пустыне) и Ледовой зоне Антарктиды, 2) Субполярные - Субарктическая (в пределах сезонной миграции границы плавучего льда, области обилия морских организмов, но с ограничением видового состава) и Субантарктическая - соответствуют Субарктической (тундра и лесотундра) и Субантарктической зонам суши, 3) Умеренная зона (область интенсивной циклонической деятельности и самых крупных промыслов рыбы) - в северном полушарии соответствует зонам тайги, широколиственного леса и степей, в южном полушарии - умеренной безлесной зоне суши, 4) Субтропические - северная и южная (антициклоны, температура и солёность повышенные, жизнь бедна, пример - Саргассово море) - соответствуют сухим и влажным субтропикам суши, 5) Тропические или Пассатные зоны соответствуют тропическим пустыням и саваннам северного и южного полушарий, 6) Экваториальная зона (тёплые воды 27-30 ° С, где обитают рифообразующие кораллы, наблюдается пониженная солёность вод, противотечения направленные на восток - Ломоносова, Кромвелла, Тареева, - эта океаническая зона соответствует зоне экваториальных лесов.

П олитрофные и олиготрофные зоны океана на меридиональном разрезе: 1, 3, 5 – олиготрофные зоны севеного, 7, 9 – южного полушарий, 2, 4, 6, 8 – политрофные зоны.

С . В. Калесник обобщил и несколько конкретизировал эту схему, при этом учёл вертикальную стратификацию (от лат. stratum - слой, facio - делаю) водной толщи, разделив её на три части: 1) поверхностную толщу до глубины 200 м (область фотосинтеза), 2) батиальную - от 200 до 1500 м и 3) абиссальную (глубже 1500 м) области.

Л. А. Зенкевич

Очевидно, что специфика широтного расположения зон от поверхности до дна объясняется распределением солнечного освещения на Земле. По словам В. Г. Богорова в океане зональность выражена проще и яснее, чем на суше, что подтверждается распределением главных потребителей солнца растительных организмов. Биологическую зональность рассматривает другой классик морских биологов Л. А. Зенкевич на примере меридионального разреза, на котором в широтных поясах от 45 до 65 ° наблюдаются максимальные величины плотности планктона (политрофные зоны), между ними залегает тепловодная олиготрофная зона, такие же зоны располагаются в полярных широтах. В тропических и высокоарктических водах наблюдается моноциклический, а в умеренных зонах - дициклический тип развития фито- и зоопланктона. Различие в ходе развития планктонных форм обусловлено динамикой вод верхнего слоя океана, в котором происходит размножение растительных клеток. В отличие от земного, "плодородие" морских вод зависит не только от поступления солнечного света, но и от восходящей подпитки фотического слоя минеральными солями посредством апвеллинга.

Наиболее простое вертикальное расчленение океана произвёл немецкий океанолог А. Дефант, предложив выделить сравнительно небольшую по объёму тёплую океаническую тропосферу и холодную стратосферу, границу между которыми на поверхности океана определяет Главный океанический фронт, а на глубинах - фронтальная поверхность, если говорить точнее - слой максимальных градиентов температуры воды. Наклон фронтальной поверхности изменяется от вертикального в высоких широтах до горизонтального в тропических. Таким образом, по Дефанту, толща полярных районов от поверхности до дна занята водами океанской стратосферы.

Из многообразия способов разделения океана на части выделяются три типа границ: 1) фронт, наиболее грандиозный пример которого приведён выше, 2) экватор, разделяющий пространство, занимаемое водными массами с различным знаком параметра Кориолиса (см. § 9.2) и 3) слой скачка (слой, в котором наблюдается максимальный вертикальный градиент свойств воды, главным образом, температуры, солёности и плотности), который по сути можно сравнить с горизонтально расположенным фронтальным разделом между слоями морской воды, в зависимости от измеряемой океанологической характеристики и физического смысла предлагаемой модели. Слой скачка температуры называют термоклином, солёности - галоклином, плотности - пикноклином, концентрации растворённого кислорода - оксиклином, содержания солей фосфорной кислоты - фосфатоклином и т. д. Все перечисленные и остальные слои скачка гидрохимических свойств морской воды, можно считать наиболее показательными для разделения водной толщи по гидродинамическому, термическому, гидрохимическому, биохимическому и другим признакам в зависимости от постановки задачи исследования.

Если подытожить многие способы разделения водной толщи на слои и вместе с тем упростить их с точки зрения общих черт вертикальных профилей океанологических характеристик, то можно выделить пять слоёв, формирование которых будет разбираться в дальнейшем: верхний, центральный, промежуточный, глубинный и придонный. Первые четыре из них (I–IV), свойства вод которых определяются взаимодействием с атмосферой изображены на рисунке, на котором представлены обобщённые вертикальные профили главных океанологических характеристик: температуры Т ° С, условной плотности s_t (называемой условной, потому что из соображений удобства записи определяет плотность воды вторым и третьим знаком после запятой от единицы, которой равна плотность пресной воды, обозначаемой обычно латинской буквой r, то есть s_t=(r-1)·1000), солёности S ‰ и концентрации растворённого кислорода в абсолютном мл/л (‰) и относительном z (%) выражении. О том, какое физическое обоснование имеет такое разделение мы будем говорить в Гл. 9, а пока следует запомнить несколько терминов и понятий, которые общеприняты в океанологии - это основные или главные термо-, пикно-, гало- и оксиклин, наблюдаемые в центральном слое (II), подповерхностный максимум солёности, обозначенный точкой В, и слой кислородного минимума С'D' (см. рис. "Вертикальные профили океанологических характеристик").