5. Геоэкология Мирового океана

1. Основные особенности Мирового океана

2. Экологические последствия природных процессов в Мировом океане

3. Экологические последствия деятельности человека в Мировом океане Общая характеристика гидросферы

Термин "гидросфера", как и многие основные понятия наук о Земле, имеет два значения: широкое и узкое.

В широком смысле этот термин, употребляемый часто в природопользовании и науке об охране окружающей среды, представляет собой совокупность всех вод Земли: парообразной, жидкой и твердой, содержащихся в литосфере, атмосфере, на поверхности планеты [11] и в живых организмах. Общая масса воды оценивается величиной 2 х 10¹⁸ т. В Мировом океане на ее долю (в %) приходится около 68, в литосфере - около 30, в материковых льдах - чуть более 1, в водоемах суши - 0,5, в атмосфере - менее 0,001 [1], в живых организмах -0,0003.

Гидросфера находится в состоянии непрерывного движения, развития и обновления. Ежегодно с поверх­ности Земли испаряется около 0,5 млн. км³ воды, что составляет половину объема всех водоемов суши. Водя­ные пары атмосферы обновляются в течение 10 сут. Вода рек в результате стока сменяется каждые 12 сут, вода озер обновляется каждые 10 лет. Вода Мирового океана полностью сменяется каждые 3 тыс. лет, а в самой малоподвижной форме воды - ледниках полный водо­обмен происходит за 8,5 тыс. лет.

В узком смысле гидросфера - это прерывистая поверхностная оболочка, состоящая из воды морей и океанов, поверхностных водоемов и твердой воды (снега и льда) суши. Именно так и будет рассматриваться гидросфера в дальнейшем. Геоэкологические аспекты вод атмосферы разобраны ранее, вопросы геоэкологии подземных вод будут затронуты в соответствующих разделах, посвященных геологической среде.

1. Основные особенности Мирового океана

Термин Мировой океан, введенный в практику фран­цузским исследователем-гидрографом Кларэ де Флорие в конце XVIII в., подразумевает совокупность океанов (Северного Ледовитого, Атлантического, Индийского и Тихого), окраинных и внутренних морей.

Основными формами рельефа являются шельф, континентальный склон, окраинные моря, островные дуги, глубоководные желоба, абиссальные (глубоковод­ные) котловины, подводные вулканические хребты, гайоты, срединные океанические хребты с узкими рифтовыми долинами.

Соленость вод Мирового океана определяется присут­ствием в растворенном виде галоидов, сульфатов, кар­бонатов натрия, магния, кальция, калия и других соеди­нений. Соленость в различных частях Мирового океана, равная в среднем 35 %, колеблется в широких пределах, в зависимости от соотношения объемов речного стока и испарения. Минимальные и максимальные значения солености характерны для внутренних морей. Если речной сток в них преобладает над испарением, то соленость будет ниже средней (в Балтийском море - 20%). Если же преобладает испарение, то соленость - выше средней (в Красном море - 41%).

В океанской воде растворены также и газы: N_2, О₂, СО₂, H₂S и другие, насыщающие воду благодаря диф­фузии атмосферных газов и перемешиванию воды вертикальными конвекционными токами и течениями. Увеличение или уменьшение содержания О₂, СО₂ связано также с процессами жизнедеятельности организмов, подводным вулканизмом, химическими реакциями в толще осадков.

Для некоторых частей Мирового океана (Черное море, Оманский залив) характерно сероводородное заражение на глубинах 200 - 2000 м, источником которого являются ювенильные газы, а также химические реакции восста­новления сульфатов, происходящие в осадках с участием анаэробных бактерий.

Прозрачность воды океана, измеряемая глубиной проникновения солнечных лучей, зависит от взвешенных в воде минеральных частиц и микроорганизмов. За условную прозрачность океанской воды принимается глубина, на которой белый диск (диск Секки) диаметром 30 см становится невидимым (табл. 4).

Температурный режим океана определяется поглоще­нием солнечной радиации и испарением его поверхности. Средняя температура равна 3,8°С, максимальная 33,0°С (в Персидском заливе), минимальные характерны для полярных областей.

Приповерхностную часть океанских вод занимает ква­зиоднородный слой (с почти однородной температурой), ниже которого располагается сезонный термоклин. Перепад температуры в нем в период максимального прогрева достигает 10-15°С. Под сезонным термоклином залегает главный термоклин, охватывающий основную толщу океанских вод с перепадом температур в 5-6 °С.

Наконец, к океанскому дну примыкает придонный пограничный слой с температурой 0-2°С.

Изменение температуры с глубиной влияет и на плотность океанической воды. Ее средняя плотность в поверхностных зонах достигает 1,02 г/см³, возрастая с глубиной по мере понижения температуры и увеличения давления.

Течения вод Мирового океана возникают в результате разнообразных причин, главными из которых являются силы Кориолиса, нагревание, охлаждение, испарение воды, колебания атмосферного давления, ветер.

Течения подразделяются на дрейфовые, градиентные, приливные, синоптические вихри, цунами и сейши. Кроме того, выделяются и смешанные течения (например, Гольфстрим), образующиеся под влиянием не­скольких причин.

Дрейфовые течения образуются под действием ветра в результате трения воздушного потока о водную поверхность Направление течения составляет с направлением ветра угол 45°, что определяется влиянием сил Кориолиса. С глубиной эти течения затухают.

Градиентные течения возникают в результате образо­вания наклона уровня воды, максимального вблизи берегов, под действием ветра, дующего длительное время. Наклон поверхности создает градиент давления, приво­дящий к появлению сгонного или нагонного течения. В отличие от дрейфовых градиентные течения распростра­няются до дна океана. К другим видам градиентных течений относятся бароградиентные и конвекционные. Первые обусловлены различием атмосферного давления в циклонах и ан­тициклонах над отдельными участками Мирового океана. Конвекционные течения образуются из-за различия плотности морской воды на одной и той же глубине, что создает горизонтальный градиент давления.

Приливные течения, наблюдаемые в окраинных морях, образуются в результате воздействия на толщу воды гравитационных полей Земли, Луны и Солнца, а также центробежной силы и сил Кориолиса, возни­кающих при вращении Земли.

Синоптические вихри - нестационарные вихреобразные возмущения воды в поперечнике до 400 км, охваты­вающие толщу воды от поверхности до глубин в сотни и тысячи м, иногда до дна океана и перемещающиеся в течение нескольких лет со средней скоростью в несколь­ко см/с. Среди них выделяют фронтальные вихри, возни­кающие при отсечении изгибов течения от основного потока, и вихри открытого океана. Скорость вращения частиц в вихре в верхнем слое достигает нескольких м/с.

Цунами - гигантские волны, вызванные землетрясе­ниями, с длиной волны от нескольких десятков до сотен км, с периодом от 2 до 200 мин и скоростью распро­странения в открытом океане до 800-1000 км/ч. У берегов высота волн достигает 30-40 м.

Сейши - стоячие волны внутренних морей, в которых вода колеблется как единое целое, с амплитудой до 60 м (в Черном море). Причинами сейш являются приливные явления, сильный ветер, приводящий к сгонам и нагонам, резкие изменения атмосферного давления.

Биологическая продуктивность вод Мирового океана определяется биомассой, заключенной в гидросфере Общее количество органического вещества Мирового океана оценивается в 300 млн. т растительного вещества и в 6 млн. т зоопланктона и фитопланктона. Максимальной биомассой обладают мелководья и подводные морские дельты крупных рек. Кроме того, значительной биологической продуктивностью характеризуются выхо­ды на поверхность океана подводных течений, выносящих с глубины более 200 м воды, обогащенные фосфатами, нитратами и другими солями. В местах выхода подобных течений, так же как и вдоль кромки тающего полярного льда, бурно развивается зоопланктон и соответственно разнообразные формы нектона (в частности, рыб).

Минимальной биомассой, достигающей всего 0,08-0,25 кг/м², обладают глубоководные котловины и глубоко­водные желоба.

Минеральные ресурсы Мирового океана представлены различными полезными ископаемыми, главными из которых являются:

нефть и газ, месторождения которых приурочены к шельфу и континентальному склону (рис. 25);

ж елезо-марганцевые конкреции и железо-марганцевые корки, наиболее крупные месторождения которых при­урочены к глубоководным котловинам Тихого океана (рис. 26);

сульфидные руды, приуроченные к «курильщикам», парагенетически связанным с внутриокеаническими рифтами (осевыми зонами СОХ) и задуговыми бассейнами;

металлоносные осадки и металлоносные рассолы, представляющие собой естественные руды марганца, меди, полиметаллов и др. Осадки и рассолы обнаружены на дне Красного моря, Восточно-Тихоокеанском под­нятии, в точке тройного сочленения СОХ в Индийском океане;

ф осфориты, встречающиеся вдоль побережий океанов на глубинах 200-1500 м в пределах шельфа и континентального склона, а также в глубоководных котловинах окраинных морей;

газогидраты, запасы метана в которых оцениваются в десятки триллионов тонн и во много раз превышают запасы газа на суше. Мощность газогидратного слоя составляет несколько десятков м. Слой залегает в толще осадков на глубине 200 м ниже поверхности дна;

россыпные месторождения олова, золота, титана, образующиеся в пределах шельфа.

В настоящее время активно разрабатываются только морские и океанские нефтегазовые месторождения, в небольших объемах - морские россыпи. Треть мировой добычи нефти извлекается из шельфовых месторождений. В 1970 г. в Австралии добывалось около 90 % рутила и более половины циркона из шельфовых месторождений. В Индонезии свыше половины добычи касситерита извлекается из подводных россыпей с глубин до 35 м. В Японии на глубине до 30 м добываются железистые пески (2,4 млн т в год). Шельфовые россыпи алмазов на юго-западе Африки с запасами 7,9-13,6 млн кар скрыты под слоем воды 30-120 м. В 1968 г. работы на Мировом шельфе вели более 100 стран на 726 научно-исследовательских станциях [29].

Большинство полезных ископаемых, за исключением нефти и газа, представляют потенциальное минеральное сырье XXI в.