Занятие 3 мировой океан

Существуют разные подходы к определению понятия гидросферы. Одна группа учёных считает пра­вомерным относить к гидросфере только те сферы планеты (или части сфер), где в жидком, твёрдом или газообразном состоянии содержится несвязанная вода. Другие же считают возможным относить к ней также сферы (или их части), где несвязанная вода отсутствует, но компоненты воды входят в состав других химических соединений.

При первом подходе в состав гидросферы включается вся океаносфера, поверхностные части литосферы, ледники, реки и озё­ра, почвенные воды, воды болот и воды атмосферы. В этом слу­чае нижняя граница гидросферы проводится в литосфере и приуро­чена к основанию водоносных горизонтов или нижнему пределу про­никновения в толщу литосферы свободных гравитационных вод.

При втором подходе в состав гидросферы дополнительно вклю­чаются области распространения химических соединений, включа­ющих в себя компоненты воды. Это позволяет нижнюю границу гидросферы проводить намного ниже, опустив её в недра Земли, включив в гидросферу всю земную кору полностью и приблизив границу к поверхности Мохоровичича.

Что касается верхней границы гидросферы, то она обычно про­водится в верхней атмосфере.

Если подходить к гидросфере, как к одной из природных сфер окружающей среды, то представляется целесообразным под гид­росферой понимать только области распространения несвязан­ной воды, где она содержится в газообразном, жидком или твёр­дом состоянии. То есть мы будем придерживаться первого из двух рассмотренных выше подходов. При этом имеется в виду, что гидросфера, взятая в пределах распространения свободных вод, не является замкнутой системой. Она разомкнута как на подсти­лающие слои литосферы (где вода находится в связанном состо­яния и при определённых условиях может переходить в свободное состояние и пополнять свободные воды гидросферы; возможны и обратные процессы связывания свободных вод гидросферы при переходе их в состав горных пород), так и на космическое про­странство (за счёт диссипации водорода в космос и поступления

воды в гидросферу в составе космической пыли и метеоритного вещества). Такая концепция не противоречит положению о един­стве всех вод Земли, поскольку опирается на постоянный про­цесс водообмена.

ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГИДРОСФЕРЕ. При рассмотрении процессов накопления, сохранения и ди­намики воды в земном пространстве три понятия являются цен­тральными и неразрывно связаны друг с другом: гидросфера, круговорот воды и водный баланс. Суть этих понятий: 1) гидросфе­ра— одна из геосфер Земли, объединяющим веществом которой является несвязанная вода; 2) круговорот воды (влагооборот или водообмен) — это динамическая характеристика гидросферы, со­вокупность процессов, присущих гидросфере и связывающих её во­едино; 3) водный баланс — количественное выражение круговоро­та воды.

В ходе геологической истории Земли формировались следую­щие круговороты воды, или влагообороты.

Геокосмический круговорот возник с началом образования Земли как планеты. Он представляет собой водообмен между Землёй и Космосом. Поступление воды и составляющих её элементов из меж­планетного пространства на Землю происходит вместе с метеорит­ным веществом и космической пылью, и обратно — из сферы при­тяжения Земли в Космос путём диссипации водорода (в сильно раз­режённой верхней атмосфере под действием ультрафиолетовых лу­чей, когда скорость движения атомов водорода превышает 1/4 вто­рой космической скорости: 11,2 : 4 = 2,8 км/сек).

Атмосферно-океанический круговорот существует, по-видимо­му, с архея, когда произошло разделение поверхности Земли на первичный мелководный океан и отдельные острова суши. Этот круговорот в основном слагался из процессов: испарения влаги с поверхности океана, переноса её с облаками и выпадения осадков снова преимущественно в океан. Такой тип круговорота продолжа­ется и ныне: мы наблюдаем его, когда влагооборот осуществляет­ся, не покидая акватории океанического пространства.

Атмосферно-континентально-океанический круговорот стал раз­виваться по мере становления и развития материков. Такой кругово­рот слагается из процессов: испарения влаги с поверхности океана и материков, облакообразования, переноса облаков, выпадения осад­ков в других местах суши или океана и стока (поверхностного и подземного) с суши в океан. Такой круговорот, в ранние геологичес­кие эпохи господствовавший на планете, ныне наблюдается в регио­нах, где развит ледниковый покров, а органический мир лишь начи­нает развиваться.

Атмосферно-литосферно-биосферно-океанический кругово­рот стал зарождаться с началом формирования органического мира и особенно после выхода растительности из океана на сушу. С развитием биосферы стало возрастать её участие в процессе круговорота воды, и в настоящее время этот тип круговорота воды на планете имеет доминирующее значение. Он представ­ляет собой непрерывный процесс перемещения воды на Земле, происходящий под воздействием солнечной энергии и силы гра­витации, и охватывает гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы.

Скорость влагооборота в разных участках гидросферы различна. В атмосфере водяной пар заменяется 40 раз в год, или каждые 9 суток, здесь наблюдается наиболее высокая скорость обмена влаги. На испарение годового количества выпадающих из атмосферы осадков затрачивается 20% поступающей на Землю энергии, но столько же выделяется при конденсации соответствующего количества водяного пара. Поэтому круговорот влаги сопровождается круговоротом тепло­вой энергии.

Общее количество воды в реках меняется каждые 16 дней; в бо­лотах — 5 лет; в озёрах — 17 лет; в подземных водах — 1400 лет; в океанах и морях — каждые 2600-3000 лет, причём полное переме­шивание воды происходит за 63 года.

Наиболее медленно протекает обмен воды в ледниках: в горных районах каждые 1600 лет, а в ледниковых щитах — каждые 15000-20000 лет.

Интенсивность влагооборота представляет собой частное от де­ления общего количества выпадающей за год воды на всю повер­хность Земли на среднее содержание воды в атмосфере в газообраз­ном, жидком и твёрдом виде. Интенсивность общего влагооборота Земли в современную эпоху характеризуется числом 38.

Минимальные значения интенсивности влагооборотов на разных широтах характерны для тропического и субтропического поясов (в связи с уменьшением годового ко­личества осадков в этих широтах) и максимальные — для уме­ренного пояса (благодаря увеличению годового количества осад­ков и влиянию западно-восточного переносов воздушных масс) и экваториального пояса (большое количество осадков при зна­чительном испарении).

В одный баланс Земли представляет собой равенство, связываю­щее количество воды в виде осадков, поступающих на земную по­верхность, и количество воды, испаряющееся с поверхности суши и мирового океана за определённый промежуток времени, чаще всего в среднем за многолетний период.

В процессе циркуляции атмосферы осуществляется перенос вла­ги, что является причиной образования атмосферных осадков и спо­собствует глобальному перераспределению атмосферной влаги.

Основной процесс, происходящий над океаном — испарение воды, за счёт чего поддерживается на определённом уровне содержа­ние водяного пара в атмосфере. При этом более 86% влаги поступает в атмосферу вследствие испарения её с поверхности мирового океана и только 14% — за счёт испарения с суши. Важной особенностью океанического звена круговорота воды является перенос огромных её масс морскими течениями, которые имеют существенное влияние на климат соответствующих акваторий и участков суши, вблизи ко­торых они протекают. Эти течения переносят воды на три порядка больше, чем все реки суши. Связанный с течениями водообмен в 50 раз интенсивнее водообмена, обусловленного атмосферными осад­ками, выпадающими на поверхность океана.

Круговорот воды на материках протекает с участием вод рек, озёр и болот, ледников, а также подземных вод. Реки возвраща­ют в океан ту часть воды, которая переносится атмосферой с океана на сушу. Подземные воды играют важную роль в форми­ровании речного стока, так как благодаря им реки получают ус­тойчивое питание, и это обеспечивает относительную стабиль­ность их водного режима и бесперебойность действия материко­вого звена круговорота воды. Подземные воды вовлекают в кру­говорот также литосферу. С речным звеном тесно связано и озёр­ное, поскольку на Земле мало крупных озёр, не связанных с реками. За счёт испарения воды с поверхности озёр атмосфера ежегодно получает около 500-600 км3 дополнительной воды, что составляет около 3% общего расхода воды на испарение с суши. Ледники и снежники покрывают около 16 млн. км3 земной повер­хности и также играют важную роль в водном балансе земного шара. К биологическим процессам, имеющим значение в круговороте воды, относится транспирация. В среднем расход на транспирацию составляет почти половину суммарного испарения с суши (около 30—35 тыс. км3 в год), что равно почти 7% от испарения с земной поверхности, включая и мировой океан.

ЗАДАНИЕ 1. На основании анализа меридиональных профилей солености, построенных по средним широтным величинам для Атлан­тического, Тихого и Индийского океанов (рис. 2), выявите и объяс­ните закономерности распределения солености в Океане. Как из­меняется соленость океанских вод от экватора к полюсам на по­верхности и у дна? Где соленость поверхностных вод наибольшая и где — наименьшая? Как происходит изменение солености с глу­биной в экваториальных, тропических и умеренных широтах? (Рекомендуется построить графики.) Каковы особенности распределе­ния солености в каждом океане и чем они объясняются?

ЗАДАНИЕ 2. На основании анализа карты средних годовых температур на поверхности Мирового океана (рис.3) и меридио­нальных сечений Атлантического, Тихого и Индийского океанов (рис. 5) выявите и объясните общие закономерности распределения тепла в Океане.

Как изменяется температура вод Океана по направлению от экватора к полюсам на поверхности и у дна? Где поверхностные воды имеют самую высокую и самую низкую температуру? Как из­меняется температура воды с глубиной в экваториальных, тропиче­ских и умеренных широтах? (Рекомендуется построить графики.) Каковы особенности распределения температуры в каждом из трех океанов и чем они объясняются?

ЗАДАНИЕ 3. На основании анализа карты содержания кисло­рода, растворенного в поверхностных водах Мирового океана (рис. 4), и меридиональных сечений Атлантического, Тихого и Индийского (рис.6) океанов и объясните общие закономерности распределения кислорода в Океане. Как изменяется содержание кислорода в Океане по направлению от экватора к полюсам на поверхности и у дна? Где содержание кислорода наибольшее и где - наименьшее? Как изменяется содержание кислорода с глубиной в экваториальных, тропических и умеренных широтах? Каковы особенности распределения кислорода в каждом океане и чем они объясняются?

ЗАДАНИЕ 4. На контурную карту мира нанести основные океанические течения. Стрелками красного цвета обозначить теплые течения, синего – холодные. Дать анализ карты морских течений. Показать особенности циркуляции течений в тропических, в умеренных и приполярных широтах. Каковы причины, влияющие на повторяемость и скорость течений.

Р ис 2. Меридиональные профили солености океанов.

Рис. 3. Карта среднегодовых температур воды на поверхности Мирового океана

Рис.4. Карта содержания кислорода, растворенного в воде, мл/л на поверхности Мирового океана

Рис. 5. Меридиональные сечения температур океанов.

Рис. 6. Меридиональные сечения содержания кислорода океанов.