книги из ГПНТБ / Степанов В.Н. Мировой океан. Динамика и свойства вод

Субарктические воды более интенсивно обмениваются теп­ лом и влагой с атмосферой и сушей. Повышенный вынос вы­ сокосоленых тропических вод в северную Атлантику и отри­ цательный бюджет тепла благоприятствуют развитию нисхо­ дящих движений до большей глубины. Вдоль материкового склона они распространяются вплоть до дна океана за счет опускания вод по периферии циклонических макроциркуляционых систем. В Тихом океане соленость субарктических вод понижена как за счет особенностей влагообмена, так и отно­ сительно небольшого приноса солей течениями. Поэтому опу­ скание поверхностных вод не может здесь захватить значи­ тельную толщу океана. Создаются весьма заметные разли­ чия свойств субарктических вод Атлантического и Тихого океанов, что сказывается на формировании промежуточных, глубинных и придонных водных масс.

Субантарктические воды, определяя природные условия умеренной зоны южной части Мирового океана, принимают активное участие в образовании промежуточных вод в резуль­ тате нисходящих движений в зоне субантарктического фронта.

Полярные водные массы занимают всю акваторию, распо­ лагающуюся к северу и югу от полярных океанических фрон­ тов. Для них характерна самая низкая температура воды, наиболее высокая плотность, повышенное содержание раство­ ренного кислорода и фосфатов. При общности отмеченных физико-химических свойств антарктические воды располага­ ются в области циклонической макроциркуляционной систе­ мы, а арктические — антициклонической. Поэтому они, как и субполярные воды, существенно отличаются своей динамикой: не только перемещением, но и влиянием, оказываемым на формирование и трансформацию нижележащих слоев.

Циклоническое обращение вовлекает антарктические воды в активное перемешивание, что является одной из главных составляющих формирования придонных слоев. Напротив, антициклоническая макроциркуляционная система не позво­ ляет арктическим водам, обладающим к тому же более низ­ кой соленостью и плотностью, выходить за пределы поверх­ ностной структурной зоны.

Промежуточные водные массы. В полярных районах они отличаются повышенной температурой, создающейся за счет вод, приносимых из низких широт, а во всей остальной части Мирового океана их можно обнаружить по пониженной или повышенной солености.

124

Верхняя граница промежуточных водных масс1 залегает в среднем на глубинах от 300 до 500 м, а нижняя — между 1000 и 2000 м (см. рис. 12). Такое большое различие в поло­ жении нижней границы определяется циркуляцией вод. Сред­ няя толщина слоя, занимаемого промежуточными водными массами, меняется от 600—800 до 1000—1200 м. Скорости пе­ ремещения промежуточных водных масс значительно меньше, чем поверхностных. Средняя скорость геострофического тече­ ния на глубине 1000 м, по оценке Р. П. Булатова, около 20 см/сек. Величина меридиональной составляющей в меридио­ нальной плоскости океана (согласно расчетам по уравнению диффузии) в низких широтах в среднем равна 5—10 см/сек, понижаясь в высоких широтах до 1—2 см/сек и менее. Верти­ кальные перемещения большей частью составляют 1—5 - 10-4

см/сек.

В Мировом океане выделяется четыре типа промежуточных водных масс (рис. 27 и 28). Первый тип — сравнительно теп­ лые полярные водные массы, подразделяющиеся на арктиче­ ские (ПАр) и антарктические (ПАн). Второй тип — субполяр­ ные воды с относительно пониженной соленостью: субаркти­ ческие (ПСбАр) и субантарктические (ПСбАн). Третий тип — промежуточные средиземноморские водные массы повышен­ ной солености. Четвертый тип представлен весьма своеобраз­ ной североатлантической водной массой (ПСА). В противопо­ ложность остальным трем типам водных масс североатланти­ ческие воды не обладают экстремальными термогалиннымн свойствами, по которым их можно было бы легко отличить от выше- и нижележащих вод. Но ясно, что по своим характери­ стикам они занимают промежуточное положение между по­ верхностными, несколько более солеными водами, и глубин­ ными, менее солеными, гомогалинными водами.

Особенно широкое распространение в Мировом океане по­

20° с. ш. в Атлантическом океане и до приэкваториальных ши­ рот в Индийском и Тихом океанах. Расчеты вертикальной составляющей перемещения вод показывают наличие нисхо-

1 Каковой является нижняя граница пограничного слоя, разделяющего поверхностную и промежуточную структурные зоны.

125

Буквенные их обозначения расшифровываются в тексте. 1 — направле­ ние переноса водных масс, 2 — пограничные зоны, разделяющие водные

массы, 3 — границы разновидностей водных масс.

126

дящих движений от поверхности океана до нижней границы промежуточной структурной зоны — на всем пространстве, расположенном между антарктическим и субантарктическим фронтами (рис. 25 и 27). Опускание вод в субантарктической области усиливается нисходящими движениями, возбуждае­ мыми южными антициклоническими макроциркуляционными системами.

У субантарктического фронта вертикальные составляющие движения особенно велики, изогалины и изотермы распола­ гаются почти вертикально, горизонтальные градиенты плот­ ности максимальны. Здесь, видимо, и создается основная масса промежуточных субантарктических вод. В холодное время года опускание вод усиливается в результате интенсив­ ного развития конвекции. Кроме того, в формировании про­ межуточной субантарктической водной массы участвуют и глу­ бинные воды, поднимающиеся в области антарктической ди­ вергенции. В процессе опускания происходит смешение вод различных свойств, в результате которого создаются специ­ фические характеристики этой водной массы.

Промежуточные антарктические воды в южных умерен­ ных широтах вовлекаются в обращение, создаваемое антицик­ лоническими макроциркуляционными системами. Вдоль за­ падной периферии этих систем происходит перемещение вод на юг, а вдоль восточной — на север. Перенос их усиливается тропическими циклоническими круговоротами. Согласно расчетам меридиональная составляющая потоков в промежу­ точной структурной зоне направлена на север на всем про­ странстве от субантарктического фронта до экватора, а в Ат­ лантическом океане — приблизительно до 20° с. ш.

В макроциркуляционных системах за счет вертикальных движений происходит интенсивное смешение промежуточных антарктических вод с поверхностными и глубинными водами. 3 тропических циклонических круговоротах трансформация вод настолько значительна, что здесь оказалось целесообразно выделить особую, восточную, разновидность промежуточной

странстве температура увеличивается примерно от 2,0° до

4,5—5,0° (рис. 38), плотность уменьшается от 1,02760— 1,02770

до 1,02740— 1,02750 (рис. 51), содержание растворенного кис­

127

‘(рис. 58).

Субарктическая водная масса (ПСбАр) по условиям фор­ мирования, свойствам и особенностям распространения весь­ ма близка к субантарктической. Она также образуется в зоне субполярного фронта. Однако степень ее развития в Атланти­ ческом и Тихом океанах совершенно различна. В первом из них субарктическая водная масса сразу же за субарктическим фронтом попадает в область интенсивно опускающихся высо­ косоленых вод, быстро трансформируется и теряется.

В Тихом океане субарктическая водная масса по проме­ жуточному минимуму солености прослеживается повсеместно от субарктического фронта почти до экватора. На ее форми­ рование также оказывают влияние нисходящие движения суб­ тропического антициклонического круговорота. Однако это влияние, судя по полю растворенного кислорода, ограничи­ вается верхней частью промежуточной структурной зоны. Об­ ласть повышенного содержания кислорода в этой макроциркуляционной системе (приблизительно между 20 и 40° с. ш.) прослеживается только до оси промежуточной водной массы (располагающейся примерно на 600 м). Глубже наблюдается резкое обеднение вод кислородом. Минимум кислорода в ниж­ ней части промежуточной структурной зоны связан с поступ­ лением глубинных тихоокеанских вод. Подымаясь в районе североциклонического круговорота, глубинные воды вовлека­

жуточную структурную зону, расходуют содержащийся в них кислород на окислительные процессы.

В результате смешения поверхностных вод (опускающихся вдоль субарктического фронта и'в области антнциклонической макроциркуляционной системы) с трансформированными глу­ бинными водами и формируется субарктическая водная масса Тихого океана. Благодаря тому, что доля глубинных вод в ней

смешения с поверхностными и глубинными водами и, отсюда,

128

Проветривание средиземноморских вод в Атлантическом океане происходит интенсивнее, чем в Индийском океане, со­ держание кислорода достигает 4—5 мл/л. Это связано с ни­ сходящими потоками, вызываемыми антициклоническим обра­ щением поверхностных вод.

Промежуточная североатлантическая водная масса обра­ зуется в процессе опускания поверхностных высокосоленых вод. Такие нисходящие движения в субтропических широтах возбуждаются антициклонической макроциркуляционной си­ стемой, в умеренных и субполярных — субарктическим фрон­ том, а также активным развитием конвекции. Последняя, как уже говорилось, возникает при охлаждении поверхностных осолоненных вод, выносимых из тропических областей в вы­ сокие широты.

В результате опускания вод в промежуточной структурной зоне создается водная масса с промежуточными значениями солености между высокосоленымп поверхностными водами (37—35°/оо) и гомогалинными глубинными (35,0—34,9%о). Хотя опускание поверхностных вод происходит постоянно, интен­ сивность этого процесса не настолько велика, чтобы создать гомогенность. Более энергичные процессы обусловливают воз­ никновение п поддержание расслоения. Это, по-первых, непо­ средственный обмен, осуществляющийся между океаном и атмосферой, за счет которого создаются поверхностные высо­ косоленые воды; во-вторых — различие скорости обращения поверхностных и промежуточных вод.

Несмотря иа довольно равномерное уменьшение темпера­ туры и солености вод с юга на север, в пределах всего обшир­ ного пространства, которое занимает промежуточная северо­ атлантическая водная масса, целесообразно выделить две ее разновидности: южную (САю), совершающую антиц-иклони- ческое обращение, и северную (САс)— в месте нахождения цикло11 ической системы.

Формирование весьма специфической промежуточной се­ вероатлантической водной массы имеет большое значение в образовании глубинных североатлантических вод, играющих немалую роль в Мировом океане.

Наконец необходимо коротко остановиться на промежу­ точных полярных водных массах. Они создаются главным об­ разом за счет вод, приходящих из более низких широт и по­ тому образующих относительно топкую, теплую промежу­ точную прослойку между более холодными поверхностными и глубинными водными массами. В Северном Ледовитом океа-

130

не это — воды, приносимые полярными ветвями Североатлан­ тического течения. Благодаря своей высокой солености они оказываются тяжелее поверхностных арктических вод и по­ тому уходят под них, распространяясь далее в пределах про­ межуточной структурной зоны '. Верхняя граница теплой про­ межуточной арктической водной массы располагается не­ сколько выше, чем в других океанах, — на глубине 100—200 ж, а нижняя, как и обычно,— 1500—2000м. Максимальные тем­ пературы примерно от +2,0° в районе архипелага Шпицберген понижаются до +0,5° вблизи Аляски; соленость их около

34,9%о (рис. 15, 16 и 37).

В большей части Арктического бассейна промежуточные воды совершают циклопическое обращение, проходя сначала вдоль материкового склона Евразии, а затем Канады. В райо­ не моря Бофорта они вовлекаются в аитициклонический кру­ говорот. Граница раздела проходит приблизительно вдоль хребта Менделеева (между 85° и 81° с. ш.); это можно хорошо проследить по максимальным температурам воды (рис. 37). Ниже экстремума температуры в перемещении промежуточ­ ной арктической водной массы проявляется связь с системами обращения вод, создающимися в отдельных котловинах.

Антарктические промежуточные воды образуются главным образом из глубинных, подымающихся в зоне антарктической дивергенции. Благодаря этому нижняя их граница оказыва­ ется выше, чем в Арктике и других частях Мирового океана. Она располагается на глубине 1100—1400 м, а верхняя, как и обычно, — 450—500 иг. Толщина слоя, занимаемого промежу­ точной антарктической водной массой, около 700—1000 иг, ми­ нимальна по отношению ко всем другим водам промежуточной структурной зоны. Температура от 1,5—2,0° у антарктического фронта понижается к материковому склону Антарктиды до отрицательных значений, соленость около 34,7%о. Промежу­ точные антарктические воды основной своей массой переме­ щаются на восток, в соответствии с общим циркумполярным

переносом.

Из всего сказанного следует, что особенности формирова­ ния, свойства и распространение промежуточных водных масс весьма различны, даже в пределах однотипных вод. Некото­ рые из них образуются главным образом из поверхностных1

1 Выше уже говорилось, что в спецнальноп литературе эти воды принято называть глубинными атлантическими. По своим свойствам н глубине расположения они являются типичными промежуточными.

вод, другие — преимущественно из глубинных. Однако всегда имеется некоторая доля н тех и других.

Глубинные водные массы. Несмотря на относительно боль­ шую гомогенность, все глубинные водные массы имеют свои специфические свойства, по которым их можно отличить друг от друга. Они формируются главным образом в результате смешения поверхностных и промежуточных водных масс. Наиболее благоприятные условия для образования глубин­ ных вод создаются по периферии высокоширотных циклони­ ческих макроцнркуляционных систем и особенно в той их части, которая проходит вдоль материковых склонов. Поэтому основные глубинные водные массы образуются на севере океанов и у Антарктиды.

Верхняя граница глубинных водных масс прослеживается от 1000 м до 2000 иг, а нижняя граница залегает большей частью вблизи 4000-». Поэтому, толщина занимаемого ими слоя меняется довольно значительно •— приблизительно от

1500 иг до 3000 иг.

Средние скорости вертикального перемещения глубинных вод большей частью укладываются в пределы от 1—2-10-4 см/сек до 5—7- 10-4 см/сек. В горизонтальном переносе нема­ лое значение имеют меридиональные составляющие. Несмотря на небольшие их величины (от 0,2 до 0,8 см/сек), количество веществ, переносимых глубинными водами, очень велико бла­ годаря огромной их массе. Поэтому их значение в межширот­ ном обмене веществ и энергии Мирового океана весьма ве­ лико.

В соответствии с местом образования, распространением и свойствами глубинных водных масс выделяются следующие три их типа: североокеанические, срединные океанические и полярные (рис. 27 и 29). Первые формируются на севере Ат­ лантического океана (ГСА), Индийского (ГСП) и Тихого (ГСТ). Полярные подразделяются на арктические (ГАр) и ан­ тарктические (ГАн). Срединные океанические (иногда назы­ вающиеся центральными) в основном создаются в результате смешения двух других типов водных масс. Они выделяются в южных частях Индийского и Тихого океанов между приэква­ ториальными широтами и антарктическим фронтом.

Из всех глубинных водных масс совершенно исключитель­ ное значение имеет глубинная североатлантическая, так как она играет большую роль в формировании срединной индо­ океанской и антарктической водных масс, из которых, в свою очередь, создаются глубинные тихоокеанские воды.

132

карте выделены глубины менее 3000 м, а на нижней — менее 4000 м. Про­

чие условные обозначения такие же, как и на рис. 28.

133