Вертикальные профили океанологических характеристик.

Естественно, что эти слои состоят из водных масс, которые подобно течениям разделяются по различным признакам: от тёплых и холодных, высокосолёных и опреснённых, аэрированных и лишённых растворённого кислорода, до богатых и бедных содержанием органических веществ, принадлежащих тем или иным системам циркуляции и т. д. Но из большого перечня вариантов классификации водных масс нам прежде всего потребуется разделение последних по географическому положению, от которого зависит их климатическая характеристика. Опыт исследований показывает, что частицы водных масс, находясь на поверхности океана, то есть непосредственно контактируя с атмосферой, изменяют свои свойства вместе с адвективным и конвективным перемещениями и проходят четыре этапа трансформации в тропической, субтропической, субполярной и полярной климатических зонах (внимательный читатель заметил, что мы опустили экваториальную и умеренную зоны).

Таким образом, каждая водная масса имеет два признака: генетический и структурный. Первый определяет, в какой климатической зоне её частицы получили свои свойства, второй - на какой глубине находится в данное время частицы воды, принадлежащие данной водной массе. Сразу можно сказать, что поверхностные водные массы в Мировом океане могут иметь любой из всех четырёх видов генезиса, тропический, субтропический, субполярный и полярный, а глубинные - явно не могут быть, по крайней мере, тропическими, потому что плотность сильно нагретых тропических вод слишком мала, чтобы они могли погрузиться глубже охлаждённых полярных, субполярных и даже не таких плотных, зато очень солёных субтропических вод.

Д ля того чтобы представить себе адвективные и конвективные движения частиц в водной толще океана рассмотрим рисунок, на котором представлена термогалинная диаграмма, не заполненная наблюдениями, то есть T, S-индексами, нанесёнными по измеренным величинам температуры Т и солёности S частиц воды. Пределы температуры и солёности на диаграмме заданы таким образом, чтобы они охватывали, по крайней мере, 99,9 % всего Мирового океана.

T, S, r-диаграмма

Представив себя на борту подводной лодки, удельный вес которой отрегулирован так, чтобы она лежала на нужной нам изопикне (линии равной плотности воды), мы можем отправиться вдоль потоков, скажем, атлантических вод по направлению к центру Арктики, точно зная, что уменьшение температуры ведёт к цели. Запустив двигатели, и ориентируясь с помощью забортного датчика температуры по её градиенту, мы можем не только найти правильный путь, но и точно рассчитывать солёность на каждом его отрезке. Конечно, эта теоретическая подводная лодка, созданная для автоматического определения солёности, далека от насущных задач военно-морского флота, но она может продемонстрировать процесс изопикнической адвекции.

Вернёмся к исходной позиции и, заполнив балластные цистерны, начнем погружение, двигаясь поперек изопикнических поверхностей, нарисованных на диаграмме. Плотность воды по мере нашего погружения будет обязательно увеличиваться. Температура и солёность могут вести себя по-разному. Очевидно, если температура уменьшается, то солёность может оставаться постоянной, тогда погружение будет довольно лёгким, или возрастать - погружение будет требовать дополнительного стравливания воздуха из балластных цистерн. Можно предположить ряд других комбинаций изменения термогалинных свойств окружающих вод, но практика построений вертикальных Т, S-профилей показывает, что только два варианта изменения главных характеристик водных масс присутствуют в материалах по всему Мировому океану.

Если рассмотреть комбинацию из двух процессов - изопикнического, связанного с движением частиц вдоль поверхностей равной плотности, и диапикнического - поперёк них, то, образно говоря, мы изобразили два стиля поведения частиц океанских вод, представленных в виде микроскопических подводных лодок, для горизонтального перемещения которых требуется работа архимедовых винтов, а для вертикального перемещения только открытие воздушного клапана. Роль винтовых движителей выполняет адвекция, а роль выпускного клапана - конвекция. О том, как разделить и оценить адвективно-конвективные движения по данным наблюдений температуры и солёности, и рассчитанной по термогалинным характеристикам плотности воды, будет сказано в Гл. 9 "Океаносфера". А пока, обратим внимание ещё на одну аналогию двойственности теплового взаимодействия океана и атмосферы, да и всех других физических объектов, обсуждаемую в термо- и гидродинамике.

Обмен теплом может сопровождаться работой или её отсутствием. Первое в системе океан-атмосфера определяется скрытым, а второе - явным теплообменом. Как будет показано в будущем, стратификация плотности водной толщи формируется по-разному в различных водных массах и в различное время года. Причём, объяснить природу изменений температуры, солёности и плотности не составит труда, если принять общую для всего Мирового океана линейную зависимость между температурой и солёностью, наблюдаемую в главном термогалоклине (в слое, где температура и солёность монотонно понижаются), отражающую пропорциональность расходования энергии и её главных носителей - частиц водных масс.

Аналогично картам атмосферного давления, поля плотности воды дают картину распределения областей с циклоническим и антициклональным движениями водных масс и указывают на положения границ раздела между ними - фронтальных зон. Однако, если причины метеорологических процессов, формирующих глобальные подразделения атмосферы, названные воздушными массами и фронтами, разделяющими их, более или менее ясны, то океанологические явления долгое время оставались, как говорится, «за кадром».

Механизм так называемой стационарной циркуляции вод в океане оказался более трудным, чем приливо-отливные колебания уровня моря, которые мы рассматривали в первой главе, или циклоническо-антициклональная циркуляция воздуха, о которой мы можем ежедневно слышать по радио или видеть на синоптических картах в телевизионных прогнозах погоды, и которую мы будем разбирать в Гл. 8 «Атмосфера». Природа деформации водной оболочки Земли под воздействием Луны, Солнца и изменений атмосферного давления в воздушных массах оказалась более податливой для моделирования и прогнозирования. А соображения о причинах необратимого движения вод и попытках построения его гидродинамического аналога стали внедряться в жизнь с помощью методов физической океанографии, главные из которых мы обсудим в Гл. 9.