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

полярных зонах (60—70° ю. ш. и в Арктическом бассейне Северного Ледо­ витого океана).

В экваториальной области плотность поверхностных вод наименьшая и потому особенно велики ее изменения по вер­ тикали (рис. 8, А). В поверхностной структурной зоне по сред­ ним широтным величинам условная плотность воды увеличи­ вается от 22,0—23,0 до 26,5—27,0 единиц. К нижней границе промежуточной зоны (1500—2000 м) она повышается до 27,5— -27,6, а ко дну — до 27,80—27,85 единиц.

42

В экваториальной области кривые изменения плотности воды по вертикали наиболее близки к гиперболе. С переходом отсюда в более высокие широты за счет постепенного повыше­ ния плотности поверхностных вод верхняя ветвь этих кривых

верхней границы промежуточной зоны (400—500 м) условная плотность антарктических вод с глубиной, почти не изменяясь, составляет примерно 27,75—27,85 и, как правило, не бывает более 27,87.

В Северном полушарии минимальные различия между плотностью поверхностных и глубинных вод отмечаются на севере Тихого и Атлантического океанов, а также в Норвеж­ ском и Гренландском морях. Между 50 и 60° с. ш. изменение условной плотности в верхнем тысячеметровом слое состав­ ляет около 1,5 единицы. У нижней границы промежуточной структурной зоны (1500—2000 м) условная плотность дости­ гает 27,6—27,8, едва заметно повышаясь затем ко дну. В той части Норвежского и Гренландского морей, где распространя­ ются атлантические воды, изменения плотности по вертикали еще меньше.

В других районах Северного Ледовитого океана изменения плотности по вертикали весьма значительны, благодаря силь­ ному понижению ее у поверхности. В Арктическом бассейне1 увеличение плотности по вертикали лишь немногим меньше, чем в экваториальной области. В поверхностной структурной зоне рост ее составляет 4—5 единиц. Этим в значительной мере и определяются специфические особенности стратификации и структуры вод глубинной области Северного Ледовитого океа­ на, которые далее рассматриваются более подробно.

Разность между плотностью поверхностных и глубинных вод и степень их стратификации уменьшаются с удалением от экватора, создавая условия, благоприятствующие вертикаль­ ному перемешиванию. Последнее влияет на обмен веществ и энергии, особенности формирования водных масс и прочие процессы, определяющие физическое состояние всей толщи океанических вод.

1 Глубоководная часть океана, расположенная за пределами арктических морен.

43

В низких широтах Миро-вого океана, где разность между плотностью поверхностных и глубинных вод наибольшая, силь­ ная стратификация ограничивает опускание вод на большую глубину. В умеренных и субполярных широтах с уменьшением этой разности условия для развития нисходящих движений становятся все более и более благоприятными. Однако поверх­ ностные воды всегда легче глубинных, н опускание их может быть вызвано либо динамическими факторами, либо охлажде­ нием— основной причиной повышения плотности воды. Опу­ скание поверхностных вод усиливается интенсивным охлажде­ нием, связанным и с отрицательным бюджетом тепла поверх­ ности океана.

ГЛАВА IV

СТРУКТУРНЫЕ ЗОНЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

Изучение структуры вод прежде всего связано с установ­ лением границ вод с различными свойствами (водных масс). Большое значение при этом имеет выбор метода (принципа), который позволил бы возможно более объективно решить эту задачу. Она усложняется тем, что в океане такие границы далеко не всегда четко выражены. Чем интенсивнее происхо­ дит перемешивание двух водных масс, тем более размытой бу­ дет граница между ними. То же имеет место в областях фор­ мирования и интенсивной трансформации водных масс. Дру­ гая трудность установления границ структурных зон связана с тем, что они представлены не поверхностями раздела, а пе­ реходными, пограничными слоями различной толщины, в пре­ делах которых не всегда можно проследить резкое увеличение градиентов физико-химических свойств вод. С глубиной эти границы становятся все более и более размытыми.

Наиболее просто можно установить границу структурных зон (водных масс) в тех случаях, когда в пограничном слое есть резкое увеличение градиента свойств воды (устойчивости, плотности, солености или температуры). Однако в областях формирования и интенсивной трансформации водных масс, в районах, для которых характерен подъем или опускание вод (антициклонические и циклонические макроциркуляционные системы, океанические фронты, конвергенции и дивергенции), где происходит сильное перемешивание, там пограничные слои размываются и интересующую нас границу можно уста-

44

навить не по увеличению градиентов, а по более или менее резкому их изменению по вертикали. Чем интенсивнее смеше­ ние вод, тем больше (толще) пограничный слой и, следова­ тельно, труднее определить переход от одной водной массы к другой.

Однако эти критерии нельзя использовать без анализа вертикального хода солености или температуры, выбирая тот из этих элементов, который определяет в данном районе стра­ тификацию вод. Дело в том, что в пределах одной и той же структурной зоны может иметь место сложное изменение вертикальных градиентов. Наиболее характерны такие усло­ вия для промежуточных водных масс. Выше и ниже оси промежуточной водной массы, в которой отмечается экстре­ мальное значение солености или температуры, будет происхо­ дить изменение градиентов, связанное с особенностями верти­ кальной стратификации, а не с наличием пограничных слоев. Это легко устанавливается по вертикальным графикам или профилям солености и температуры, а при наличии опыта даже при просмотре их табличных значенийi.

Несмотря на отмеченные трудности поиски возможно более совершенных и объективных методов определения границ (слоев), разделяющих водные массы, должны продолжаться. Установление этих границ необходимо для изучения процессов взаимодействия между отдельными структурнъими зонами, с чем непосредственно связано перераспределение веществ и энергии в толще вод Мирового океана.

Морям свойственна такая же структура вод, как и океа­ нам, однако степень вертикального развития отдельных струк­ турных зон (глубина расположения их границ и толщина) мо­ жет существенно изменяться. Это проявляется и в глубоковод­ ной части Северного Ледовитого океана, отчего структуру его вод и водные массы приходится рассматривать особо.

1. СТРУКТУРНЫЕ ЗОНЫ АТЛАНТИЧЕСКОГО, ИНДИЙСКОГО И ТИХОГО ОКЕАНОВ

Для выявления общих закономерностей структуры вод были привлечены средние широтные величины устойчивости, температуры, солености и плотности и их вертикальных гра-

1 Более подробные сведения по методике выделения границ структурных зон и водных масс приведены в статье автора, опублшшватшой в «Океанологии», 1967, т. VII, вып. 3.

45

3 0 0 0 -

\

4000 -

Рис. 9. Нижние границы структурных зон: а) по Мировому океану: 1 — поверхностной; 2 — промежуточной; 3 — глубинной; б) то же по океанам: 4 — по Атлантическому, 5 — по Тихому, 6 — по Индийскому.

диентов. Это дало возможность составить представление об изменении границ и других характеристик структурных зон по всей протяженности Атлантического, Индийского и Тихого океанов и позволило выявить особенности строения вод каж­ дого из них (рис. 9 и 10, табл. 6 и 7). Для удобства сопостав­ ления структуры вод отдельных океанов на меридиональных профилях не показаны пограничные слои между структурны­ ми зонами. Границы между ними проведены по середине по­ граничных слоев.

Для пространственного анализа структурных зон использо­ вались не только карты топографии их границ и толщины, но и пограничных слоев (рис. 11—14). Исключением явился лишь пограничный слой, разделяющий глубинную и придонную структурные зоны. В условиях гомогенности вод он слабо вы-

46

,1000 -

.5 0 0 0

•ч

г

Рис. 10. Нижние границы структурных зон в Атлантическом (вверху), Тихом (посередине) и Индийском (внизу) океанах:

1 — поверхностной; 2 — промежуточной; 3 — глубинной.

47

Рис. 11. Топография нижней границы поверхностной струк­ турной зоны (вверху) и пограничного слоя (внизу), отделяю­ щего ее от промежуточной структурной зоны в Атлантиче­ ском и Индийском океанах.

52