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

ных районах до 80—100 м, местами 150 м в тропических. Здесь проявляются те же закономерности, которые были от­ мечены для поверхностного слоя. Толщина переходного слоя от 20—30 м в экваториальном и полярных районах нарастает в тропических и умеренных широтах до 80—1ООле.

Толщина подповерхностного слоя еще больше. В местах преобладания подъема вод она составляет 100—150 м, а в областях их опускания увеличивается до 200—250 м.

Пограничный слой, разделяющий поверхностную и проме­ жуточную структурные зоны. Нижняя его граница в целом выражена лучше, чем у поверхностной зоны, так как она не­ редко обнаруживается не только по изменению физико-хими­ ческих свойств вод, но и по своему максимуму устойчивости. Пограничный слой, по-видимому, в большей степени связан с интенсивными процессами вертикального перемешивания в по­ верхностной зоне, чем с менее активными процессами в проме­ жуточной зоне.

Нижняя граница пограничного слоя от 300—400 м в обла­ стях циклонических макроциркуляционных систем и в зонах дивергенций опускается до 500—600 м в антициклонических круговоротах вод и квазистационарных конвергенциях (рис. 11). Средняя толщина пограничного слоя в Мировом океане 200—300 м, местами свыше 400 м.

Промежуточная структурная зона. Протяженность ее по вертикали значительно изменяется с географической широтой травным образом за счет положения нижней границы. Глуби­ на верхней границы в условиях сильной стратификации по­ верхностных вод подвержена меньшим колебаниям.

Нижняя граница промежуточной зоны располагается на глубинах от 800 до 1800 м (табл. 6, рис. 12). В непосредствен­ ной близости от Антарктиды она опускается нисходящими по­ токами до 1200—1500 м. Затем довольно резко поднимается в субантарктической области до 800 м вследствие преобладаю­ щего здесь подъема вод. В районах субтропических антици­ клонических макроциркуляционных систем опускается до 1600—1800 м и поднимается в экваториальной области до

1100—1200 м.

Нижняя граница промежуточной зоны в Атлантическом океане по сравнению с другими океанами отмечается выше в областях преобладающего подъема вод и ниже в местах их опускания, что объясняется более интенсивной общей циркуля­ цией вод. В Тихом и Индийском океанах, где обращение вод несколько слабее, она более выравнена.

53

1

Рис. 12. Топография нижней границы промежуточной струк­ турной зоны (вверху) и ее. толщина (внизу) в Атлантическом и Индийском океанах.

54

Толщина ее в Мировом океане изменяется от 600—800 до 1000—1200 м (рис. 12). При этом в высоких широтах и в ме­ стах антициклонических макроциркуляционных систем, где преобладает опускание вод, она толще, а в экваториальной зоне и в областях циклонических круговоротов вод тоньше за счет преобладающего подъема вод. Таким образом, промежу­ точная структурная зона в 4—6 раз толще поверхностной.

Пограничный слой, разделяющий промежуточную и глу- -бинную структурные зоны. Нижнюю его границу проследить легче, чем верхнюю, так как значительные градиенты физико­ химических свойств в промежуточной структурной зоне ста­ новятся ничтожно малыми в гомогенных глубинных водах. Топография нижней границы пограничного слоя, как и других границ, находится в большой зависимости от циркуляции. В

(рис. 13). Особенно глубоко она залегает там, где распро­ страняются промежуточные средиземноморские водные массы

(до 2500 м).

Глубинная структурная зона. Нижняя ее граница в боль­ шинстве случаев прослеживается по наличию небольшого максимума устойчивости воды. Правда, абсолютные его зна­ чения очень малы, однако увеличение устойчивости по сравне­ нию с выше- и нижележащими водами проявляется довольно четко. Причина тому, надо полагать, — различие процессов по обе стороны от рассматриваемой границы. Выше ее, в глубин­ ной структурной зоне, преобладают процессы, связанные с об­ щими закономерностями циркуляции; в придонной структур­ ной зоне свойства вод в основном формируются за счет локальных условий. К ним в первую очередь следует отнести: рельеф дна и в соответствии с ним особенности водообмена, взаимодействие между водой и океаническим дном, а также адиабатические процессы. Поэтому положение нижней грани­ цы глубинной структурной зоны в значительно меньшей сте­ пени связано с теми факторами, которые обусловливали топо­ графию границ вышележащих структурных зон.

Нижняя граница глубинной структурной зоны располага­ ется приблизительно на 4000 м, толщина ее составляет около 2000 м (рис. 13 и 14), что примерно в 2 раза больше промежу­ точной структурной зоны. Топография нижней границы глу­ бинной зоны, а следовательно, и ее толщина находятся в боль­ шой зависимости от рельефа дна. В котловинах нижняя гра­ ница опускается до глубины около 4500 м, а толщина доходит

55

Рис. 13. Топография нижней границы пограничного слоя, раз­ деляющего промежуточную и глубинную структурные sohbii

(вверх}''), и нижней границы глубинной зоны (внизу) в Атлан­ тическом и Индийском океанах.

56

Рис. 14. Толщина глубинной (вверху) и придонной (внизу^ структурных зон в Атлантическом и Индийском океанах.

57

до 2000—2500 и даже 3000 м. Наиболее высокое положение нижней границы глубинной зоны в Антарктике связано с пре­ обладающими здесь восходящими потоками.

Придонная структурная зона. На толщине ее рельеф дна сказывается еще больше, чем на глубинной зоне (рис. 14). Поэтому толщину придонной зоны целесообразно определять по отношению к какой-либо условной глубине. Наиболее удобной отсчетной поверхностью является пятитысячеметровая, характерная для ложа океана. Таким образом, условная толщина придонной зоны может быть определена между верх­ ней ее границей и глубиной 5000 м. Максимальной величины толщина достигает в Антарктике (благодаря высокому поло­ жению верхней границы). Особенно значительной толщиной придонная структурная зона отличается в Индийском и Тихом океанах за счет несколько более высокого положения верхней границы. Наименьшую толщину она имеет в Атлантическом океане, где верхняя ее граница располагается глубже.

2. СТРУКТУРНЫЕ ЗОНЫ АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА

Небольшие размеры, строение дна и многие другие черты природы Северного Ледовитого океана очень сильно отлича­ ются от остальных океанов. В глубоководной его части такая же четырехслойная стратификация вод, как и во всем Миро­ вом океане, но только промежуточная структурная зона полу­ чила «нормальное» развитие; поверхностная и глубинная структурные зоны значительно тоньше, а придонная ано­ мально толще обычного. Причина тому — изолированность от остальной части Мирового океана, расчлененность Арктиче­ ского бассейна подводными хребтами, а главное — наличие мощного ледяного покрова и сильное опреснение поверхност­ ных вод. Морфологические факторы определяют ограничение водо- и теплообмена со смежными океанами, а физические — с атмосферой.

Для анализа стратификации и структуры вод использова­ ны материалы отдельного профиля, пересекающего Арктиче­ ский бассейн от Шпицбергена к Аляске. Он хорошо отражает условия глубоководной части бассейна, и потому полученная по нему характеристика структурных зон может считаться вполне показательной для Арктического бассейна в целом

(рис. 15 и 16).

Поверхностная структурная зона легко прослеживается

58

Рис. 15. Температура (вверху) и соленость воды (внизу) Арктического бассейна на профиле, положение которого показано на рис. 16.

здесь по относительно однородной наиболее низкой температу­ ре воды, близкой к точке замерзания. Соленость быстро на­ растает с удалением от поверхности океана, где опреснение, вызываемое таянием льдов и большим выносом речных вод в Северный Ледовитый океан, оказывается максимальным. Тол­ щина поверхностной зоны большей частью составляет 50— 100 м, что значительно меньше, чем в других океанах.

В пограничном слое, отделяющем холодные опресненные поверхностные воды от нижележащих относительно теплых и высокосоленых, возникают большие вертикальные градиенты температуры, солености и плотности. Воды пограничного слоя, расположенного между поверхностными и атлантическими зодами, часто называют промежуточной арктической водной

59

Рис. 16. Границы структурных зон и расчетные векторы те­ чений, полученные для профиля, положение которого показано на карте (/ — изобата

500м, 2 — изобата

3000 л<).

Унижних границ структурных зон про­

ты: Г — Гаккеля, Л — Ломоносова, М—Мен­ делеева, Ч — Чукот­ ское поднятие. Котло­ вины: Н — Нансена, А — Амундсена, Ма —

Макарова, Б — Бо­ форта.

60

массой, что не согласуется с общей классификацией водных масс Мирового океана. То же следует сказать и в отношении атлантических вод, именуемых глубинными, хотя по положе­ нию в толще вод Арктического бассейна они являются типич­ ной промежуточной водной массой. Она отличается предельно высокими температурами, подобно аналогичной водной массе Антарктики. Выделение ее в границах нулевых изотерм, как это делалось некоторыми океанологами, также представляет­ ся неудачным. Вместо подобных формальных критериев для установления границ промежуточных атлантических вод, как и всех прочих водных масс, следует использовать единый прин­ цип. Наиболее удачным таким критерием являются вертикаль­ ные градиенты физико-химических свойств вод.

Верхней границей промежуточной структурной зоны слу­ жит нижняя поверхность пограничного слоя. Пределы рас­ пространения промежуточных атлантических вод в глубину можно установить либо по небольшому максимуму градиента плотности, либо по слабому излому кривой изменения плотно­ сти по вертикали, после чего она остается почти неизменной (градиенты плотности близки к нулю). Это обыкновенно от­ мечается на глубине 1500 м, а в котловине Амундсена — око­ ло 2000 м, т. е. примерно на тех же глубинах, что и в других океанах. Толщина промежуточной структурной зоны также близка к обычной — примерно 1500 м.

Глубинная структурная зона в Арктическом бассейне очень небольшой толщины, всего около 1000 м, что примерно в 2 раза меньше, чем в остальной части Мирового океана. В положении ее нижней границы, как и в свойствах глубин­ ных и придонных арктических водных масс, а отсюда физико­ химических и биологических условий отмечаются заметные различия между отдельными котловинами; особенно велики они по обе стороны от хребта Ломоносова. Нижняя граница глубинной структурной зоны располагается между Шпицбер­ геном и хребтом Ломоносова на глубине 2500—3000 м, а по дру­ гую его сторону — на 2000—2500 м.

По сравнению с прочими частями Мирового океана верхняя граница придонной структурной зоны располагается значи­ тельно выше, чем обыкновенно. Бельгией частью она просле­ живается на 2000—2500 м. Таким образом, в Арктическом бассейне толщина придонной структурной зоны раза в два больше, чем глубинной, тогда как в других океанах глубин­ ные воды имеют наибольшее развитие по вертикали. Эта специфическая особенность структуры вод Арктического бас­

G1

сейна вызвана сильной его расчлененностью высокими под­ водными хребтами и большим удельным весом материкового склона (по отношению к остальным частям дна), которые создают благоприятные условия для вертикального перемеши­ вания вод*.

ГЛАВА V

ц и р к у л я ц и я ВОД

Глубокое познание циркуляции вод является ключом к по­ ниманию природы не только Мирового океана, но и планетар­ ных процессов. Однако совсем еще недавно представления о ней в основном ограничивались весьма несовершенными све­ дениями о поверхностных течениях. Они базировались глав­ ным образом на результатах статистической обработки много­ численных данных по сносу судов. Инструментальных измере­ ний течений очень мало. Пройдет еще много времени, прежде чем их будет достаточно для изучения обращения вод по всей акватории океанов. Использование этих данных затрудняется и тем, что, подобно измерениям ветра, они позволяют соста­ вить суждение о мгновенных значениях направления и скоро­ сти потока. Необходимо накопление таких рядов наблюдений, которые можно подвергнуть статистической обработке, с тем чтобы получить «розы» течений, преобладающие и результиру­ ющие их векторы. Отсюда понятно стремление к привлечению для исследования циркуляции вод теоретических и расчетных методов. Этот путь пока является не только наиболее доступ­ ным, но и единственно возможным.

Самый простой и надежный, так называемый динамический, метод позволяет получить по измерениям температуры и солености воды исходные данные для изучения геострофической циркуляции вод1.2 Исследования, проведенные в Инсти­ туте океанологии АН СССР по Тихому океану В. А. Бурковым,

1 Более подробно эти вопросы рассматриваются в статье автора, опубликованной в «Вопросах географии», 1970, сб. 84.

2 Геострофическое— горизонтальное, равномерное и прямо­ линейное движение, происходящее в условиях, когда можно пренебречь силами трения. В таком случае перенос вод проис­ ходит под воздействием градиента плотности и силы, возникаю­ щей в результате вращения Земли вокруг своей оси.

62