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

атмосферой, а также перенос кислорода водными массами. Ко вторым — выделение кислорода при фотосинтезе и потребле­ ние его при биохимических процессах. Пока еще не было воз­ можности произвести количественную оценку приходных и рас­ ходных составляющих бюджета кислорода в водах Мирового океана. Такая работа начата в Институте океанологии АН

СССР. Постановка расчетов переноса вод и появление карт концентрации кислорода позволяют подойти к оценке основ­ ных компонентов бюджета кислорода, что даст возможность углубить изучение глобального обмена этого важнейшего газа и его планетарного баланса.

Поскольку кислород образуется в результате фотосинтетической деятельности водорослей, живущих в приповерхност­ ном слое (куда проникают солнечные лучи), и попадает в океаносферу в процессе газообмена с атмосферой, поверх­ ностные воды оказываются близки к насыщению. Содержание кислорода в них большей частью составляет 93 — 97%. По абсолютному своему значению концентрация кислорода, в со­ ответствии с понижением температуры от экватора к полюсам, повышается по средним широтным данным от 4,5 — 5,0 мл/л в низких широтах до 6,0 — 7,0 мл1л в Антарктике и до 7,5 — 8,0 мл/л в Арктике.

В поверхностных слоях океана кислород в основном расхо­ дуется на окисление минеральных и органических продуктов. По оценкам Б. А. Скопинцева и Г. Райли, 90% органических веществ разрушается в верхнем двухсотметровом слое (по­ верхностной структурной зоны). Остальные 10% разлагаются в промежуточных, глубинных и придонных водах.

Кислород, поглощаемый поверхностными слоями, в процес­ се вертикального обращения вод уносится в глубины океана. Чем сильнее нисходящие движения, тем, естественно, больше будет переноситься кислорода. Содержание его в промежу­ точных, глубинных и придонных водах определяется соотно­ шением между интенсивностью поступления и поглощением в окислительных процессах.

В низких широтах, где концентрация кислорода в поверх­ ностных водах невелика, количество его с глубиной быстро понижается. Минимальное содержание отмечается в погранич­ ном слое, разделяющем поверхностную и промежуточную структурные зоны, а также в верхней части последней. Коли­ чество кислорода падает здесь до 0,5— 1,0мл1л (10 — 20% насыщения), не превышая 2,0—3,0 мл/л (40 — 50% насыще­ ния). Выяснением природы столь интересного явления занима-

лись многие ученые (Д. А. Сметанин, Г. Вюст, X. Свердруп, Г. Дитрих, К. Виртки и др.). Обобщая и несколько развивая их представления, причину образования малых концентраций кислорода можно видеть в том, что вертикальный обмен в низких широтах относительно ограничен, промежуточные воды приходят уже обедненные кислородом, расходуя его по мере своего распространения, а масса осаждающихся органических

иминеральных продуктов еще сравнительно велика.

Внижней части промежуточной структурной зоны в тропи­ ческих и субтропических областях количество кислорода уве­ личивается, что, видимо, связано с перестройкой циркуляции-

принос кислорода, тогда как поступление минеральных и орга­ нических веществ сверху существенно сокращается.

В высоких широтах повсеместно, исключая северную часть Тихого океана, при большей концентрации кислорода в по­ верхностных водах и повышенной интенсивности нисходящих движений, промежуточного минимума кислорода не образу­ ется. Содержание кислорода постепенно понижается по мереудаления от поверхности океана ко дну. Количество его в глу­ бинных водах составляет, в среднем, 4,0 — 5,0 мл/л (50 — 70% насыщения), а в северной части Атлантического океана

счет потребления его на окисление донных осадков.

В высоких широтах северной части Тихого океана страти­ фикация кислорода подобна тому, что наблюдается в тропиче­ ских областях (рис. 52). Минимальное содержание кислорода- (падающее до 0,5 — 1,0 мл!л, 5 — 10% насыщения) отмечается- в верхней части промежуточной структурной зоны и погранич­ ном слое, отделяющем ее от поверхностной зоны. Ниже коли­

ностями формирования и перемещения промежуточных и глу­ бинных вод, что рассматривается в главе, посвященной водным-,

массам.

Перенос вод является главным фактором, определяющим поле кислорода глубинных и придонных водных масс во всем Мировом океане. В соответствии с особенностями их переме­ щения количество кислорода в Атлантическом океане пони-

226

жается с севера на юг, а в Индийском и Тихом океанах — в обратном направлении. Причем в Атлантическом океане глу­ бинные придонные воды насыщены кислородом в 1,5 — 2 раза больше, чем в Тихом.

3. СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА В ВОДАХ СТРУКТУРНЫХ ЗОН МИРОВОГО ОКЕАНА

Концентрация кислорода в водах поверхностной структур­ ной зоны. Поле кислорода с переходом от верхнего к нижнему слою претерпевает заметные изменения (рис. 53). В верхнем слое толщиной 50— 100 м содержание растворенного кисло­ рода нарастает от 4,5—5,0 мл/л в приэкваториальных широ­ тах до 7,5 — 8,0 мл/л в полярных. В тропических и субтропи­ ческих водах количество его не выше 5,0 — 6,0 мл/л. В уме­ ренных широтах происходит резкое увеличение концентрации кислорода до 7,0 — 7,5 мл/л. Умеренная зона отличается повы­ шенной биологической продуктивностью, способствующей ин­ тенсивному развитию фитопланктона, благодаря чему проис­ ходит перенасыщение вод кислородом. К тому же в результате понижения температуры заметно увеличивается растворимость газов. Умеренные широты Мирового океана являются глав­ ными поставщиками кислорода в атмосферу.

В нижнем слое поверхностной структурной зоны, на фоне общего увеличения кислорода с ростом широты, начинает проявляться влияние вертикальной циркуляции вод, возбуж­ даемой макроциркуляционными системами. Наиболее ярко это видно в области тропических циклонических систем. Бла­ годаря подъему промежуточных вод, обедненных кислородом, количество его становится меньше 2,0 мл/л, падая в восточно­ тропических районах Тихого океана до 0,5 — 0,2 мл1л. В целом же насыщенность кислородом нижнего слоя поверхностных вод оказывается весьма высокой. От 50 — 70% в низких широ­ тах она повышается до 80 — 95% в полярных районах.

Содержание кислорода в водах промежуточной структур­ ной зоны. В верхней части этой зоны, до оси промежуточных вод (примерно 800 — 1000 м от поверхности океана), поле кис­ лорода формируется под влиянием преобладания' зональной циркуляции. В тропических циклонических системах прослежи­ вается обеднение вод кислородом (рис. 54); в Атлантике коли­ чество его уменьшается до 1,0— 1,5 мл1л, а в Тихом океане—. почти до нулевых значений.

228

Рис. 54. Содержание кислорода, растворенного в водах Мирового океана (в мл/л), на глубине 500 м (вверху) и 1000 м (внизу).

229

Внизкоширотных антициклонических круговоротах преоб­ ладают нисходящие движения, и содержание кислорода увели­ чивается. В северной части Атлантического океана, благодаря тому, что интенсивное опускание вод происходит и за преде­ лами антициклонической системы, самостоятельного максиму­ ма кислорода в умеренных широтах не образуется; концентра­ ция его постепенно повышается с ростом широты. На севере Тихого океана такой максимум выражен хорошо в верхней части промежуточной зоны; на глубине 1000 м он исчезает. В районе Берингова моря количество кислорода падает до 0,3 — 0,5 мл/л (около 5% насыщения). По понижению кислорода легко проследить антарктическую дивергенцию.

Внижней части промежуточной структурной зоны, с уси­ лением влияния меридиональной составляющей переноса, про­ исходят заметные изменения поля растворенного кислорода. Судя по пониженной его концентрации в восточнотропических раойнах (рис. 54), еще сказывается влияние подъема вод, воз­ буждаемого циклоническими макроциркуляцизнными систе­ мами. Поскольку абсолютное содержание кислорода увеличи­ вается по сравнению с вышележащими водами, можно сделать заключение о том, что восходящие движения заметно ослабе­ вают. Легко проследить и южноокеанические антициклонические круговороты по росту концентрации кислорода, обуслов­ ленному опусканием вод. К нижней границе промежуточной зоны (рис. 55) влияние отдельных макроциркуляционных сис­ тем уже не прослеживается. Поле кислорода формируется под воздействием меридиональной составляющей переноса вод.

Кислород в водах глубинной структурной зоны. Наиболее высокая концентрация кислорода (до 6,0 — 6,5 мл/л) наблю­ дается в глубинных водах северной Атлантики (рис. 55), что указывает на особо интенсивное их образование и обновление. Постепенное понижение содержания кислорода в южном на­ правлении (до 5,0 — 4,5 мл/л) подтверждает представление о преобладающем перемещении североатлантических вод с севе­ ра на юг. Вблизи Антарктиды воды обогащаются кислородом

иколичество его повышается до 5,0 мл/л. Как здесь, так и в северной Атлантике наиболее Еысокая концентрация отме­

чается по той периферии высокоширотных циклонических сис­ тем, которая располагается вблизи суши. Это объясняется благоприятными условиями развития нисходящих движений вдоль материкового склона.

На севере Тихого океана при наличии такой же макроциркуляционной системы опускание вод крайне затрудняется

230

231

сильной стратификацией вод. Глубинные воды Тихого и Ин­ дийского океанов формируются главным образом за счет их поступления с юга. Об этом свидетельствует постепенное по­ нижение кислорода от Антарктики к Аравийскому морю и Бенгальскому заливу (до 2,5 — 2,0 мл/л), а также к Берингову морю и Аляскинскому заливу (до 1,5 мл/л и менее).

Кислород в водах придонной структурной зоны. Имеющие­ ся материалы позволили составить карту содержания кисло­ рода для глубины 4000 м (рис. 56). Она дает представление о поле, характерном для нижней части глубинной структурной зоны и самого верхнего слоя придонной зоны. Несмотря на большую расчлененность дна хребтами, поле кислорода хоро­ шо отражает основные закономерности, свойственные отдель­ ным океанам. У верхней границы придонных вод в Атлантике отмечается довольно однородная концентрация кислорода — около 5,0 — 5,5 мл/л (насыщенность 60 — 70%), в Индийском океане происходит постепенное понижение его содержания примерно от 5,0 мл/л на юге до 4,0 мл1л на севере (насыщеш ность 60 — 50%), а в Тихом океане от 5,0 мл/л в антарктиче­ ской области до 3,0 мл/л на северо-востоке (насыщенность па­ дает от 60 до 40 %).

На глубине 5000 м количество кислорода меняется очень, мало. Таким образом, даже придонным водам свойственна весьма высокая концентрация кислорода (от 40 до 70% насы­ щения), обеспечивающая интенсивное развитие окислительных, процессов.

ГЛАВА XI

ФОСФАТЫ В ВОДАХ МИРОВОГО ОКЕАНА

Фосфаты представляют собой неорганические растворенные соединения, являющиеся солями фосфорной кислоты (Н3 РО4 )- По оценке В. В. Мокиевской, они составляют около 90% фос­ фора, содержащегося в океанических водах. На долю органи­ ческого фосфора приходится 5—7%, а на его соединения во* взвешенном состоянии — 3 — 5%•

При подготовке данной главы из всех биогенных веществ Мирового океана оказалось возможным получить представле­ ния о закономерностях, свойственных только полю фосфа­ тов.

232

1. ФОСФАТЫ КАК ВАЖНЕЙШИЙ БИОГЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Развитие жизни в каждом конкретном месте Мирового океана обусловлено в конечном счете особенностями формиро­ вания первичной продукции, которая определяется зависимос­ тью между интенсивностью поглощения фитопланктоном пи­ тательных солей и скоростью их поступления в зону фотосинте­ за. Практически решающее значение имеет баланс фосфатов и органически связанного азота 4, поглощаемых1 одноклеточ­ ными водорослями наиболее активно. Количество кислорода в поверхностных водах близко к насыщению, а солнечной энер­ гии повсеместно достаточно, исключая полярные районы, где,, кроме того, менее благоприятны и термические условия.

Восполнение биогенных продуктов, потребляемых водоро­ слями, происходит за счет поступления их с речным стоком,, атмосферными осадками, переносом пылеватых частиц ветром с суши, разрушением берегов и выносом веществ из глубин океана в местах подъема вод. Каков удельный вес каждого ив этих источников поступления биогенов в Мировой океан, мож­ но судить по данным табл. 28.

Т а б л и ц а 2S

Количество биогенных веществ, поступающих в Мировой океан за год (по М. В. Федосову)

1 Для холодолюбивых диатомовых водорослей большое зна­ чение имеет содержание силикатов.

233

Рис. 56. Концентрация фосфатов в поверхностных водах Мирового океана

(в мкг-атом/л).

С суши в Мировой океан, по оценке М. В. Федосова, еже­ годно поступает 385106 тонн фосфатов. Общее же их количе­ ство, аккумулированное в океанических водах, определено в 67-109 тонн. Весьма близкая к этому цифра — 84-109 тонн — получена В. В. Мокиевской на основе средневзвешенных кон­ центраций фосфатов, определенных для Атлантического океа­ на в 1,8, Индийского — 2,2, Тихого — 2,5 мкг-атом1л\ для Ми­ рового океана в целом она составила 2,33 мкг-атом/л.

К расходным составляющим баланса биогенных веществ, помимо поглощения их водорослями, относится перенос на су­ шу с водяными парами.

Вместе с другими солями, растворенными в океанических водах, фосфаты попадают в атмосферу в результате испаре­ ния и разбрызгивания воды во время волнения. К тому, что говорилось по этому поводу в главе, посвященной солености воды, следует указать на специальные исследования, проведен­

ки воздуха, образующиеся при волнении, поднимаясь к поверх­ ности, лопаются, верхняя их полусфера выбрасывает в воз­ дух фосфаты в виде аэрозолей; нижняя же полусфера, расте­ каясь по поверхности, образует мономолекулярный слой повы.

234