Физические и химические свойства вод Мирового океана. Свойство вод мирового океана

§ 41. Свойства вод Мирового океана

§ 41. Свойства вод Мирового океана

1. Приведите примеры веществ, легко растворяются в воде.

2. Какова на вкус морская вода?

Температура воды. Мировой океан получает от Солнца много тепла. Но солнечные лучи нагревают только поверхностный слой воды. Его температура в разных районах океана неодинакова. Температура поверхностного слоя воды зависит от климата и снижается от экватора к полюсам. Самая высокая температура 25? 27 0С - в экваториальных и тропических широтах с жарким климатом. Низкая (-1,8 0С) - В полярных районах с холодным климатом.

При отрицательных температурах пресная вода рек и озер замерзает. Температура же замерзания соленой воды ниже и составляет -2 0С. Поэтому воды Мирового океана покрываются льдом только в полярных районах. Лед постоянно покрывает только центральную часть Северного Ледовитого океана и окружает Антарктиду. Зимой ледовый покров расширяется, летом сокращается.

Кроме этого в океанах являются плавающие льды, откалываются от ледового покрова Антарктиды и островов полярных широт. Морские течения и ветры перемещают их в умеренные широты, где они постепенно тают.

Температура воды изменяется и с глубиной: чем глубже, тем вода холоднее. Глубже 1000 м температура всегда 2? 3 0С. На дне глибоководих впадин она составляет 0 0С. В среднем же температура всей массы океанической воды составляет всего 4 0С. Теплые воды сосредоточены в относительно тонком поверхностном слое приблизительно 100-метровой толщины. До такой глубины проникает и солнечный свет, глубже - царит темнота. Следовательно, океан - холодный, соленый и темный.

Рис. Плавающая лед у берегов Антарктиды

Соленость морских вод. Вода - прекрасный растворитель. Поэтому в природе нет воды, которая не содержала бы определенной количества растворенных веществ. В морской воде растворенных веществ содержится огромное количество. Количество граммов веществ, растворенных в 1 л воды, называют соленостью. В 1 л морской воды растворено в среднем 35 г различных веществ. Соленость можно выразить и в единицах, называемых промилле. Промилле (‰) – это тысячная доля целого, в отличие от процента (%) - сотой доли целого. В этих единицах средняя соленость вод Мирового океана составляет 35 ‰. Это означает, что в 1 000 г (1 л) морской воды содержится 35 г солей.

Пресной считается вода, соленость которой не превышает 1 ‰. То есть воды рек тоже соленые, но очень незначительно по сравнению с морскими. Однако именно реки, стекая с суши, стали виновниками того, что за миллионы лет вода в Мировом океане становилась все более соленой.

В воде Мирового океана растворено все известные на Земле вещества, но в разной количестве. В ней обнаружены алюминий, медь, серебро и даже золото. Однако их количество мизерная. Наиболее же в морской воде растворено хорошо известной всем поваренной соли. Она придает ей соленого вкуса. А горьковатый привкус обеспечивают растворенные соли магния. Через большое содержание солей пити такую воду невозможно. Поэтому моряки, отправляющиеся на кораблях в плавание, берут с собой запас пресной воды.

Соленость вод Мирового океана не везде одинакова. Она зависит от испарения воды из поверхности океана и поступление в него пресной воды рек и с атмосферными осадками. Поэтому соленость воды меняется от экватора к полюсам. В тропических широтах соленость воды наибольшая - 38 ‰, так как осадков там мало, а испарения велико. При испарении воды соль в море остается. В экваториальных широтах соленость ниже (34 ‰) - там обильные осадки. В полярных районах соленость снижается до 32 ‰. Осадков там выпадает немного, но и испарения невелико. Соленость уменьшается и вследствие таяния льда.

Наибольшую соленость имеет Красное море (42 ‰), Которое расположено в тропических широтах и в которое не впадает ни одна река. Если бы в Красное море не поступала вода через пролив из Индийского океана, оно высохло бы. В Черном море, Благодаря притоку речных вод, соленость составляет 18 ‰. Азовское море есть малосоленая – 12–14 ‰. Наименее соленая водоем - Балтийское море (4 ‰).

Вопросы и задания

1. Как изменяется температура поверхностных вод Мирового океана от экватора к полюсов?

2. Почему температура воды снижается с глубиной?

3. Почему температура замерзания морской воды ниже 00С?

4. Определите по карте, где проходит граница плавучих льдов?

5. Что называется соленостью воды? Что значит: соленость 14 ‰?

6. Что уменьшает соленость воды в океане? А что увеличивает соленость?

7. Вычислите, сколько килограммов различных веществ можно получить из 1 т черноморской воды, если ее соленость 18 ‰.

ukrmap.su

6.2. Физические и химические свойства вод Мирового океана

Температурный режим вод МО. Температурный режим вод МО определяется тепловым балансом. Океан получает теплоту за счет суммарной солнечной радиации. от конденсации влаги на водной поверхности, льдообразования и химико-биологических процессов, идущих с выделением теплоты; в океан поступает теплота, приносимая атмосферными осадками, речными водами; на температуре глубоководных слоев сказывается теплота Земли (об этом свидетельствуют высокие до 260 0С температуры во впадинах Красного моря – вода здесь горячий рассол с соленостью 2700/00). Теряется теплота за счет эффективного излучения водной поверхности, испарения воды, таяния льда, турбулентного обмена с атмосферой, нагрева холодной воды рек и течений. Определяющее значение в тепловом балансе имеет приход солнечной радиации и расход тепла на испарение.

Средняя годовая температура МО составляет 17,40С, наибольшая средняя годовая температура воды отмечена для Тихого океана (19,10С), наименьшая – для Северного Ледовитого океана (0,750С). Распределение теплоты в толще океанской воды происходит благодаря конвекции и перемешиванию в результате волнения и течений. Температура воды с глубиной понижается. На некоторой глубине в толще воды наблюдается резкое понижение температуры, здесь выделяется слой температурного скачка – термоклин. По изменению температуры воды с глубиной выделяется несколько типов распределения температур.

В экваториальном типе температура воды быстро уменьшается от 26,650С на поверхности до 10,740С на глубине 300 м. Термоклин наблюдается на глубине 200-300 м. Далее до глубины 1000 м температура воды уменьшается медленно, а глубже остается практически постоянной.

В тропическом типе температура воды резко падает от 26,060С до 13,600С на глубине 300 м, далее температура воды изменяется более плавно.

В субтропическом типе температура воды уменьшается от 20,30С на поверхности до 13,10С на глубине 300 м. В субполярном типе температура уменьшается от 8,220С на поверхности до 5,200С на глубине 150 м. Полярный тип характеризуется уменьшением температуры воды до глубины 100 м, затем температура начинает повышаться до 1,80С на глубине 400 м. За счет притока теплых атлантических вод. На глубине 1000 м температура воды равна 1,550С. В слое от поверхности до глубины 1000 м наблюдается зональное изменение температуры и солености воды, глубже характеристики воды остаются практически постоянными.

Физико-химические свойства вод МО. Еще в начале 19 в. было замечено, что количество растворенных в водах океана солей может сильно различаться, но солевой состав, соотношение различных солей вод МО одинаковы. Эта закономерность формулируется как свойство постоянства солевого состава морских вод. На 1 кг морской воды приходится 19,35 г хлора, 2,70 г сульфатов, 0,14 г гидрокарбонатов, 10,76 г натрия, 1,30 г магния, 0,41 г кальция. Количественное соотношение между главными солями в воде МО остается постоянным. Общая соленость определяется по количеству хлора в воде (формулу получил М. Кнудсен в 1902 г.):

S = 0,030 + 1,805 Cl

Воды океанов и морей относятся к хлоридному классу и натриевой группе, этим они резко отличаются от речных вод. Всего восемь ионов дают более 99,9% общей массы солей в морской воде. На оставшиеся 0,1% приходятся все остальные элементы таблицы Д.И. Менделеева.

Распределение солености в водных массах зонально и зависит от соотношения осадков, притока речных вод и испарения. Кроме того, на соленость воды оказывает влияние циркуляция вод, деятельность организмов и другие причины. На экваторе отмечается пониженная соленость воды (34-330/00), обусловленная резким увеличением атмосферных осадков, стоком полноводных экваториальных рек и немного пониженным испарением из-за высокой влажности. В тропических широтах наблюдается самая высокая соленость вод (до 36,50/00), связанная с высоким испарением и небольшим количеством осадков в барических максимумах давления. В умеренных и полярных широтах соленость вод понижена (33-33,50/00), что объясняется увеличением количества осадков, стоком речных вод и таянием морских льдов.

Широтное распределение солености нарушают течения, реки и льды. Теплые течения в океанах переносят более соленые воды в направлении высоких широт, холодные течения переносят менее соленые воды к низким широтам. Реки опресняют приустьевые районы океанов и морей. Очень велико влияние рек Амазонки (опресняющее влияние Амазонки ощущается на расстоянии 1000 км от устья), Конго, Нигера и др. Льды оказывают сезонное влияние на соленость вод: зимой при образовании льда соленость воды возрастает, летом при таянии льда – уменьшается.

Соленость глубинных вод МО однообразна и в целом составляет 34,7-35,00/00. Соленость придонных вод более разнообразна и зависит от вулканической деятельности на дне океана, выходов гидротермальных вод, разложения организмов. Характер изменения солености вод океана с глубиной различен на разных широтах. Выделяют пять основных типов изменения солености с глубиной.

В экваториальных широтах соленость с глубиной постепенно возрастает и достигает максимального значения на глубине 100 м. На этой глубине к экватору подходят более соленые и плотные воды их тропических широт океанов. До глубины 1000 м соленость очень медленно повышается до 34,620/00, глубже соленость практически не меняется.

В тропических широтах соленость немного увеличивается до глубины 100 м, затем плавно уменьшается до глубины 800 м. На этой глубине в тропических широтах наблюдается самая низкая соленость (34,580/00). Очевидно, здесь распространяются менее соленые, но более холодные воды высоких широт. С глубины 800 м она немного увеличивается.

В субтропических широтах соленость быстро уменьшается до глубины 1000 м (34,480/00), затем становится почти постоянной. На глубине 3000 м она составляет 34,710/00.

В субполярных широтах соленость с глубиной медленно увеличивается с 33,94 до 34,710/00, в полярных широтах соленость с глубиной возрастает более существенно – с 33,48 до 34,700/00.

Соленость морей сильно отличается от солености МО. Соленость воды Балтийского (10-120/00), Черного (16-180/00), Азовского (10-120/00), Белого (24-300/00) морей обусловлена опресняющим влиянием речных вод и атмосферных осадков. Соленость воды в Красном море (40-420/00) объясняется малым количеством осадков и большим испарением.

Средняя соленость вод Атлантического океана – 35,4; Тихого – 34,9; Индийского – 34,8; Северного Ледовитого океана – 29-320/00.

Плотность – отношение массы вещества к его объему (кг/м3). Плотность воды зависит от содержания солей, температуры и глубины, на которой находится вода. При увеличении солености воды плотность возрастает. Плотность воды увеличивается при понижении температуры, при увеличении испарения (так как увеличивается соленость воды), при образовании льда. С глубиной плотность растет, хотя и очень незначительно из-за малого коэффициента сжимаемости воды.

Плотность воды изменяется зонально от экватора к полюсам. На экваторе плотность воды небольшая – 1022-1023, что обусловлено пониженной соленостью и высокими значениями температуры воды. К тропическим широтам плотность воды возрастает до 1024-1025 из-за увеличения солености воды вследствие повышенного испарения. В умеренных широтах плотность воды средняя, в полярных – увеличивается до 1026-1027 из-за понижения температуры.

Способность воды растворять газы зависит от температуры, солености и гидростатического давления. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней раствориться.

В воде океанов растворены различные газы: кислород, углекислый газ, аммиак, сероводород и др. Газы попадают в воду из атмосферы, за счет речного стока, биологических процессов, подводных вулканических извержений. Наибольшее значение для жизни в океане имеет кислород. Он участвует в планетарном газообмене между океаном и атмосферой. В активном слое океана ежегодно образуется 5 х 1010 т кислорода. Поступает кислород из атмосферы и выделяется при фотосинтезе водных растений, расходуется на дыхание и окисление.

Углекислый газ находится в воде в основном в связанном состоянии, в виде углекислых соединений. Он выделяется при дыхании организмов, при разложении органического вещества, расходуется на строительство скелета кораллами.

Азот всегда есть в воде океана, но его содержание по отношению к другим газам меньше, чем в атмосфере. В некоторых морях в глубине может накапливаться сероводород, происходит это благодаря деятельности бактерий в бескислородной среде. В Черном море отмечено сероводородное загрязнение, содержание его достигло 6,5 см3/л, организмы в такой среде не живут.

Прозрачность воды зависит от рассеяния и поглощения солнечной радиации, от количества минеральных частиц и планктона. Наибольшая прозрачность отмечена в открытом океане в тропических широтах и равна 60 м. Уменьшается прозрачность воды на мелководье вблизи устьев рек. Особенно резко уменьшается прозрачность воды после шторма (до 1 м на мелководье). Наименьшая прозрачность наблюдается в океане в период активного размножения планктона. От прозрачности воды зависит глубина проникновения солнечных лучей в толщу океана и, следовательно, распространение фотосинтезирующих растений. Организмы, способные усваивать солнечную энергию, живут на глубине до 100 м.

Толща чистой воды имеет голубой или синий цвет, большое количество планктона приводит к появлению зеленоватого оттенка, вблизи рек вода может быть коричневой.

studfiles.net

Свойства вод мирового океана

Движение вод Мирового океана

По своему физическому состоянию вода - очень подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины, прежде всего ветер. Воздействуя на воды океана, он возбуждает поверхностные течения, которые переносят огромные массы воды их одного района океана в другой. Энергия поступательного движения поверхностных вод вследствие внутреннего трения передается в нижележащие слои, которые также вовлекаются в движение. Однако непосредственное влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м) расстояние от поверхности. Ниже в толще воды и в придонных горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления, связанные с рельефом дна.

Поверхностные течения образуют два больших круговорота, разделенных противотечением в районе экватора. Водоворот северного полушария вращается по часовой стрелке, а южного - против. При сопоставлении этой схемы с течениями реального океана можно увидеть значительное сходство между ними для Атлантического и Тихого океанов. В то же время нельзя не заметить, что реальный океан имеет более сложную систему противотечений у границ континентов, где, например, располагаются Лабрадорское течение (Северная Атлантика) и Аляскинское возвратное течение (Тихий океан). Кроме того, течения у западных окраин океанов отличаются большими скоростями перемещения воды, чем у  восточных. Ветры прилагают к поверхности океана пару сил, вращающих воду в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном - против нее. Большие водовороты океанических течений возникают в результате действия этой пары вращающих сил. Важно подчеркнуть, что ветры и течения не относятся «один к одному». Например, наличие быстрого течения Гольфстрим у западных берегов Северной Атлантики не означает, что в этом районе дуют особенно сильные ветры. Баланс между вращающей парой сил среднего поля ветра и результирующими течениями складывается на площади всего океана. Кроме того, течения аккумулируют огромное количество энергии. Поэтому сдвиг в поле среднего ветра не приводит автоматически к сдвигу больших океанических водоворотов.

На водовороты, приводимые в движение ветром, накладывается другая циркуляция, термохалинная («халина» - соленость). Вместе температура и соленость определяют плотность воды. Океан переносит тепло из тропических широт в полярные. Этот перенос осуществляется при участии таких крупных течений, как Гольфстрим, но существует также и возвратный сток холодной воды в направлении тропиков. Он происходит в основном на глубинах, расположенных ниже слоя возбуждаемых ветром водоворотов. Ветровая и термохалинная циркуляции представляют собой составные части общей циркуляции океана и взаимодействуют друг с другом. Так, если термохалинные условия объясняют в основном конвективные движения воды (опускание холодной тяжелой воды в полярных районах и ее последующий сток к тропикам), то именно ветры вызывают расхождение (дивергенцию) поверхностных вод и фактически «выкачивают» холодную воду обратно к поверхности, завершая цикл.

Представления о термохалинной циркуляции менее полны, чем о ветровой, но некоторые особенности этого процесса более или менее известны. Считается, что образование морских льдов в море Уэдделла и в Норвежском море имеет важное значение для формирования холодной плотной воды, распространяющейся у дна в Южной и Северной Атлантике. В оба района поступает вода повышенной солености, которая охлаждается зимой до температуры замерзания. При замерзании воды значительная часть содержащихся в ней солей не включается в новообразующийся лед. В результате соленость и плотность остающейся незамерзшей воды увеличиваются. Эта тяжелая вода опускается ко дну. Обычно ее соответственно называют антарктической донной и североатлантической глубинной водой.

Другая важная особенность термохалинной циркуляции связана с плотностной стратификацией океана и ее влиянием на перемешивание. Плотность воды в океане с глубиной возрастает и линии постоянной плотности идут почти горизонтально. Воду с разными характеристиками значительно легче перемешать в направлении линий постоянной плотности, чем поперек них.

Термохалинную циркуляцию трудно с определенностью охарактеризовать. По сути, и горизонтальная адвекция (перенос воды морскими течениями), и диффузия должны играть важную роль в термохалинной циркуляции. Определение относительного значения этих двух процессов в каком-либо районе или ситуации представляет важную задачу.

I. Волны и приливы

Волны регулярны и имеют некоторые общие характеристики - длину, амплитуду и период. Также отмечается скорость распространения волн.

Длина волны представляет собой расстояние между вершинами или подошвами волн, высота волны - вертикальное расстояние от подошвы до вершины, оно равно удвоенной амплитуде, период равен времени между моментами прохождения двух последовательных вершин (или подошв) через одну и ту же точку.

Высота ряби измеряется приблизительно сантиметром, а период составляет около одной секунды и меньше. Волны прибоя достигают нескольких метров в высоту при периодах от 4 до 12 с.

Океанические волны имеют разные очертания и формы.

Волны, вызванные местным ветром, называют ветровыми. Другой тип волн - волны зыби, которые медленно качают судно и при безветренной погоде. Зыбь образуют волны, которые сохраняются после того, как они выйдут их области действия ветра.

При любой скорости ветра достигается некое равновесное состояние, выражающееся в явлении полностью развитого волнения, когда энергия, передаваемая ветром волнам, равняется энергии, передаваемая ветром волнам, равняется энергии, теряемой при разрушении волн. Но для того, чтобы образовалось полностью развитое волнение, ветер должен дуть продолжительное время и на большом пространстве. Пространство, подвергающееся воздействию ветра, называется область разгона.

II. Цунами

Цунами распространяются волнами от эпицентра подводных землетрясений. Район воздействия волн цунами огромен.

Цунами связаны непосредственно с движениями земной коры. Мелкофокусное землетрясение, которое вызывает значительные смещения коры на дне океанов, вызовет и цунами. Но столь же сильное землетрясение, не сопровождающееся сколько-нибудь заметными подвижками коры, цунами не вызовет.

Цунами возникает в виде одиночного импульса, передний фронт которого распространяется со скоростью мелководной волны. Исходный импульс далеко не всегда обеспечивает концентрическое распространение энергии, а с ней и волны.

III. Приливы

Приливы - медленные подъемы и спады уровня воды и перемещения ее кромки. Приливообразующие силы - результат притяжения Солнца и Луны. Когда Солнце и Луна находятся примерно на одной линии с Землей, то есть в периоды полнолуния и новолуния, приливы оказываются наибольшими. Т.к. плоскости обращения Солнца и Луны не параллельны, действие сил Луны и Солнца меняется по сезонам, а также в зависимости от фазы Луны. Приливообразующая сила Луны примерно вдвое больше приливообразующей силы Солнца. Большие различия в амплитуде приливов на разных участках побережья определяются главным образом формой океанических бассейнов.

Свойства вод Мирового океана

Вода - «универсальный растворитель»: в ней, хотя бы в малой степени, способен раствориться любой из элементов. Вода имеет наибольшую среди всех обычных жидкостей теплоемкость, то есть для ее нагревания на один градус требуется затратить больше тепла по сравнению с другими жидкостями. Больше тепла требуется и на ее испарение. Эти и другие особенности воды имеют огромное биологическое значение. Так, благодаря высокой теплоемкости воды сезонные колебания температуры воздуха оказываются меньше, чем это было бы в ином случае.

Температура всей массы океанской воды около 4градусов по Цельсию. Океаны холодные. Вода в них прогревается только у самой поверхности, а с глубиной она становится холоднее. Только 8%  вод океана теплее 10 град., более половины холоднее 2.3 град. С глубиной температура изменяется неравномерно.

 Вода - наиболее теплоемкое тело на Земле. Поэтому океан медленно нагревается и медленно отдает тепло, служит аккумулятором тепла. На его долю приходится более 2/3 поглощенной солнечной радиации. Она расходуется на испарение, на нагревание верхнего слоя воды до глубины примерно 300 м, а также на нагревание воздуха.

Средняя температура поверхностных вод океана более +17 град., причем в северном полушарии она на 3 град. выше, чем в южном. Наибольшие температуры воды в северном полушарии наблюдаются в августе, наименьшие - в феврале, в южном полушарии - наоборот. Суточные и годовые колебания температуры воды незначительные: суточные не превышают 1 град., годовые составляют не более 5..10 град. в умеренных широтах.

Температура поверхностных вод зональна. В приэкваториальных широтах температура весь год 27...28 град., в тропических районах на западе океанов 20...25 град., на востоке 15...20 град. (из-за течений). В умеренных широтах температура воды плавно понижается от 10 до 0 град. в южном полушарии, в северном полушарии при той же тенденции у западных берегов материков теплее, чем у восточных, тоже из-за течений. В приполярных районах температура воды весь год 0...-2 град., в центре Арктики характерны многолетние льды мощностью до 5-7 м.

Максимальные температуры поверхностных вод наблюдаются в тропических морях и заливах: в Персидском заливе более 35 град, в Красном море 32 град. В придонных слоях Мирового океана (М.о.) температуры на всех широтах низкие:  от +2 на экваторе до -2 в Арктике и Антарктике.

При охлаждении морской воды ниже точки замерзания образуется морской лед.

Льдом постоянно покрыто 3 - 4% площади океана. Морской лед отличается от пресноводного в ряде отношений. У соленой воды температура замерзания понижается по мере увеличения солености. В диапазоне солености от 30 до 35 промилле точка замерзания меняется от -1.6 до -1.9 град.

Образование морского льда можно рассматривать как замерзание пресной воды с вытеснением солей в ячейки морской воды внутри толщи льда. Когда температура достигает точки замерзания, образуются ледяные кристаллы, которые «окружают» не замерзшую воду. Незамерзшая вода обогащается солями, вытесненными кристаллами льда, что приводит к дальнейшему понижению точки замерзания воды в этих ячейках. Если кристаллы льда не полностью окружат обогащенную солями незамерзшую воду, она будет опускаться и смешиваться с нижележащей морской водой. Если процесс замерзания растянут во времени, почти весь обогащенный солями рассол уйдет из льда и его соленость окажется близкой к нулю. При быстром замерзании большая часть рассола захватится льдом и его соленость будет почти такой же, как и соленость окружающей воды.

Обычно прочность морского льда составляет одну треть прочности пресноводного льда той же толщины. Однако старый морской лед (с очень низкой соленостью) или лед, образовавшийся при температуре ниже точки кристаллизации хлористого натрия, не уступает по прочности пресноводным льдам.

Замерзание морской воды происходит при отрицательных температурах: при средней солености - около  -2 град. Чем выше соленость, тем ниже температура замерзания.

Для замерзания морской воды необходимо, чтобы либо глубина была невелика, либо ниже поверхностного слоя на небольших глубинах располагалась вода с более высокой соленостью. При наличии мелководного галоклина поверхностная вода, даже охладившись до точки замерзания, будет легче, чем более теплая, но более соленая подстилающая вода.

Когда поверхностный слой воды охладится до точки замерзания и перестанет углубляться, начнется льдообразование. Поверхность моря приобретает маслянистый, с особым свинцовым оттенком вид. По мере роста ледяные кристаллы становятся видимыми и приобретают форму игл. Эти кристаллы или иглы смерзаются друг с другом и образуют тонкий слой льда. Этот слой легко изгибается под действием волн. С увеличением толщины лед теряет эластичность, а затем ледяной покров разламывается на отдельные куски, дрейфующие самостоятельно. Сталкиваясь между собой во время волнения, куски льда приобретают округлые формы. Эти округлые куски льда от 50 см до 1 м в диаметре называются блинчатым льдом. На следующем этапе замерзания куски блинчатого льда смерзаются и образуют поля дрейфующего льда. Волны и приливы снова разламывают поля льда, формируя гряды торосов, имеющих во много раз большую толщину по сравнению с первоначальным ледяным покровом. В ледяном покрове образуются участки чистой воды - полыньи, которые позволяют подводным лодкам всплывать на поверхность даже в Центральной Арктике.

Образование льда в значительной мере уменьшает взаимодействие океана с атмосферой, задерживая распространение конвекции в глубь океана. Перенос тепла должен осуществляться уже через лед - весьма плохой проводник тепла.

Толщина арктического льда около 2 м, а температура воздуха зимой в районе Северного полюса опускается до - 40 град. Лед действует как изолятор, предохраняя океан от выхолаживания.

Морской лед играет и другую важную роль в энергетическом бюджете океана. Вода - хороший поглотитель солнечной энергии. Напротив, лед, в особенности пресный, и снег - очень хорошие отражатели. Если чистая вода поглощает около 80% падающей радиации, то морской лед может отражать до  80%. Так присутствие льда значительно уменьшает нагревание земной поверхности.

Льды затрудняют судоходство, с айсбергами связаны катастрофы судов.

Айсберги распространяются гораздо дальше границы морских льдов. Они формируются на суше. Хотя лед представляет собой твердое тело, он все же медленно течет. Снег, накапливаясь в Гренландии, Антарктиде и горах высоких широт, дает начало ледникам, сползающим вниз. На линии берега огромные блоки льда откалываются от ледника, рождая айсберги. Поскольку плотность льда составляет около 90% плотность морской воды, айсберги остаются на плаву. Приблизительно 80 - 90% объема айсберга находится под водой. Этот объем зависит также от количества воздушных включений. После своего образования айсберги увлекаются океаническими течениями и, попадая в более низкие широты, постепенно тают.

Большая часть айсбергов, представляющих опасность для судовождения, зарождается на западном побережье Гренландии, севернее 68 30 с.ш. Здесь около сотни ледников продуцируют около 15000 айсбергов в год. Вначале эти айсберги дрейфуют к северу вместе с Западно-Гренландским течением, а затем поворачивают к югу, увлекаемые Лабрадорским течением. Наибольшее впечатление производят айсберги, отколовшиеся от шельфового ледника Росса - одного из уникальных явлений Антарктики.  Он представляет собой очень мощный по толщине слой льда, спускающегося с материка и находящегося на плаву. От ледника Росса откалываются громадные антарктические айсберги.

Морской лед солоноватый, но соленость его в несколько раз меньше солености площади М.о. Помимо слабосоленых морских льдов в океанах есть пресноводные речные и материковые (айсберги) льды. Под влиянием ветров и течений льды из полярных районов выносятся в умеренные широты и там тают. растворенными в ней хлоридами (более 88%) и сульфатами (около 11%). Соленый вкус воде придает поваренная соль, горький - соли магния. Для океанской воды характерно постоянное процентное соотношение различных солей, несмотря на различную соленость. Соли, как и сама вода океанов, поступали на земную поверхность прежде всего из недр Земли, особенно на заре ее формирования. Соли приносятся в океан и речными водами, богатыми карбонатами (более 60%). Однако, количество карбонатов в океанской воде не увеличивается и составляет всего 0.3%. Это объясняется тем, что они выпадают в осадок, а также расходуются на скелеты и раковины животных, потребляются водорослями, которые после отмирания погружаются на дно.

В распределении солености поверхностных вод прослеживается зональность, обусловленная прежде всего соотношением выпадающих атмосферных осадков и испарения. Уменьшают соленость сток речных вод и тающие айсберги. В приэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем испаряется, и велик речной сток, соленость 34-35 промилле. В тропических широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому соленость составляет 37 промилле. В умеренных широтах соленость близка к 35, а в приполярных - наименьшая (32-33 промилле), т.к. количество осадков здесь больше испарения, велик речной сток, особенно сибирских рек, много айсбергов, главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии.

Широтную закономерность солености нарушают морские течения. Например, в умеренных широтах соленость больше у западных побережий материков, куда поступают тропические воды, меньше - у восточных берегов, омываемых полярными водами. Наименьшей соленостью обладают прибрежные воды близ устьев рек. Максимальная соленость наблюдается в тропических внутренних морях, окруженных пустынями. Соленость влияет на другие свойства воды, такие, как плотность, температура  замерзания и т.д.

Плотность морской воды зависит от давления, температуры и солености. Плотность морской воды близка к 1.025 г/см куб. Охлаждаясь, вода становится еще более тяжелой. Давление также увеличивает плотность морской воды. Поэтому на глубине 5000 м плотность морской воды возрастает до 1.050 г/см куб. Как правило, океанографы не измеряют плотность непосредственно, предпочитая вычислять ее по данным о температуре, солености и давлении. Часто их интересует зависимость плотности морской воды только от температуры и солености.

Обычно плотность, при вычислении которой давление не учитывается, возрастает с глубиной. В этом случае говорят, что вода устойчиво стратифицирована. В стратифицированном океане трудно перемещать воду поперек линий постоянной плотности, это значительно легче сделать вдоль таких линий. Говоря языком физики, для перемещения воды поперек линий постоянной плотности нужно совершить работу - увеличить потенциальную энергию. Для перемещения воды вдоль линий постоянной плотности нужно лишь преодолеть трение воды, а морская вода обладает повышенной «текучестью».

В океане не только холодно, но и темно. На глубине свыше 100 м невозможно увидеть днем ничего, кроме редких биолюминисцентных  вспышек света от проплывающих рыб и зоопланктона.  В отличие от атмосферы, сравнительно прозрачной для всех волн электромагнитного спектра, океан непроницаем для них. Ни длинные радиоволны, ни коротковолновое ультрафиолетовое излучение не могут проникнуть в его глубины.

В любой текучей среде, включая морскую воду, потери солнечного излучения довольно хорошо описываются так называемым законом Беера, который гласит, что количество энергии, поглощенной на некотором расстоянии, пропорционально исходному ее количеству. Это дает возможность охарактеризовать морскую воду с помощью коэффициента относительного пропускания. Коэффициент пропускания меняется у воды  в зависимости от длины волны излучения, и в частности видимая часть спектра солнечного света пропускается водой значительно лучше, чем излучение с более короткими или более длинными волнами. Различие между пресной и соленой морской водой в этом отношении не играет роли.

Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает менее 1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды.

Из-за непрозрачности океана для электромагнитного излучения мы лишены возможности использовать радиоволны и радары для изучения океана. Погрузившаяся подводная лодка может принять радиосообщение только через плавающую на поверхности антенну либо с помощью радиоустройств, работающих на волнах такой длины, при которой закон Беера уже не выполняется. С другой стороны, для звуковых волн океан гораздо более проницаем, чем атмосфера, и по причине своеобразного изменения скорости звука в водной толще он может распространяться в океане на чрезвычайно большие расстояния.

Скорость звука в океане меняется в зависимости от давления, температуры и солености - 1500 м/с, что в 4 - 5 раз превышает скорость звука в атмосфере. С увеличением температуры, солености и давления скорость звука возрастает. Скорость звука в воде не зависит от его высоты или частоты.

Звук в океане распространяется не по прямой линии, он всегда отклоняется в сторону, где скорость меньше.

В соответствии с увеличением давления скорость звука растет с глубиной. Совместное влияние температуры и давления обычно приводит к тому, что где-то в промежуточном слое между поверхностью и дном океана скорость звука принимает минимальное значение. Этот слой минимума скорости называют звуковым каналом. Из-за того, что путь звука всегда искривляется в сторону слоя воды с меньшей скоростью распространения, слой минимума скорости канализирует звук.

Звуковой канал в океане обладает свойством непрерывности. Он простирается почти от поверхности океанических вод в полярных широтах до глубины около 2000 м у берегов Португалии, при средней глубине порядка 700 м. Сверхдальнее распространение звука в океане объясняется тем, что и источник звука, и улавливатель находятся возле оси звукового канала.

Океанская вода содержит соли, газы, твердые частицы органического и неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3.5%, но от них зависят определенные свойства воды.

Таблица 1. Состав морской воды

Таблица 2. Химический состав планктона (в микро граммах элемента на грамм сухого веса планктона)

Большинство из металлов в водах океана присутствует в морской воде в крайне малых количествах. Как показывает таблица, живые организмы извлекают металлы из морской воды. Чаще всего концентрация металлов в живых организмах в сравнении с их содержанием в морской воде не превышает концентрации фосфора.

Погружающееся с поверхности океана вещество включает множество частиц с большой реакционной поверхностью. Частицы из кичи марганца и железа также обладают обширными активными поверхностями. Некоторые из них осаждаются из верхних слоев океана, а другие образуются при окислении восстановленного железа и марганца, диффундирующих из донных отложений или приносятся горячими водами из области раздвигающихся срединно-океанических хребтов. Такие соединения захватывают металлы. Самое яркое подтверждение этому - железомарганцевые конкреции на дне океанов, в которых содержится до 1% никеля и меди, а также многие другие металлы.

Подобное захватывание металлов еще эффективнее происходит в прибрежных водах, где постоянное взмучивание наносов и биологическая переработка толщи отложений обеспечивают непрерывный поток  окисляющегося железа и марганца в растворе из донных отложений.

После попадания металлов в донные отложения, вероятность их повторного появления в вышерасположенной толще воды очень мала, хотя некоторое перераспределение внутри самих отложений и наблюдается.

biofile.ru

Реферат - Мировой океан - Рефераты на репетирем.ру

Содержание

Введение ..........................................................................................1

1. Образование Мирового океана ...............................................2

2. Основные черты рельефа дна Мирового океана ................ 4

3. Движение вод Мирового океана............................................. 8

3. Свойства вод Мирового океана.............................................16

4. Значение М.о. для окружающей среды ................................24

5. Природные ресурсы М.о. и их использование ....................25

Заключение ....................................................................................29

Литература .................................................................................... 31

Введение

Из 510 млн. кв. км площади земного шара на Мировой океан приходится 361 млн. кв. км, или почти 71% (южное полушарие более океаническое - 81%, чем северное -61%).Океаническая часть земной поверхности - наиболее крупный горизонтальный компонент географической оболочки. Сам факт существования глобальной неоднородности (материковость - океаничность) в сочетании с географической широтой и высотой определяет главнейшие особенности природы Земли. Кроме того, суша и океан распределены по поверхности Земли неравномерно. Асимметрия суши и океана влечет за собой асимметрию в распределении всех остальных компонентов природы: климата, почв, животного и растительного мира; оказывает влияние на характер хозяйственной деятельности человека. Таким образом, познание географических объектов, явлений, процессов невозможно без изучения природы Мирового океана.

Средняя глубина Мирового океана - около 4 тыс. м - это всего только 0,0007 радиуса земного шара. На долю океана, учитывая, что плотность его воды близка к 1, а плотность твердого тела Земли - около 5,5, приходится лишь малая часть массы нашей планеты. Но если обратиться к географической оболочке Земли - тонкому слою в несколько десятков километров, то большую ее часть составит именно Мировой океан. Поэтому для географии он важнейший объект исследования.

В системе наук о Земле важное место занимает океанология, охватывающая всю сумму знаний о Мировом океане и его взаимосвязях с материковой частью Земли и атмосферой. Современная океанология опирается на достижения физики, химии, биологии, геологии и сама вносит существенный вклад в развитие этих наук.

1. Образование Мирового океана

Согласно самой распространенной гипотезе, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими учеными Т.Ч. Чемберленом и Ф.Р. Мултоном, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под действием приливных сил из поверхности Солнца. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала их. Таким образом, Земля достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Оригинальна гипотеза происхождения материков и океанов, связанная с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера. Ученый считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы.

Хотя происхождение океанических бассейнов остается пока тайной, картину того, как они заполнялись водой и как появлялись и исчезали океаны в геологическом прошлом Земли, можно представить себе более или менее точно.

После образования земной коры, ее поверхность начала быстро охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага превратилась в воду, пролились первые дожди.

Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были главным источником воды, которая заполнила океанические впадины. Море, таким образом, было детищем атмосферы, в свою очередь представлявшей собой газообразные выделения древней Земли. Часть воды поступала из недр Земли.

На Земле начал действовать процесс эрозии, или размыва. Этот процесс оказал глубокое воздействие на эволюцию суши и моря. Очертания морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а дно старых поднималось и превращалось в сушу.

По мере того как из-за постепенной потери тепла расплавленные недра Земли уменьшались в объеме, происходило горизонтальное сжатие коры, которая деформировалась. Возникали складчатые горные цепи, оседания коры.

В результате повторяющихся циклов сжатия и ослабления очертания больших океанических бассейнов претерпевали значительные изменения.

Очертания Мирового океана в первый период палеозойской эры - кембрийский, возраст которого исчисляется почти 500 миллионами лет, были совершенно не похожи на современные. Тихий океан, представлявший, возможно, рубец на земной коре, имел почти такие же очертания, как и теперь. Однако другие океаны захватывали большие районы, занятые теперь сушей.

2. Основные черты рельефа дна Мирового океана

Строение океанической земной коры отлично от континентальной: отсутствует гранитный слой, присущий последней.

Толщина континентальной коры на уровне моря около 30 км. Скорость сейсмических волн в верхней ее половине соответствует скоростям в гранитных породах, а в нижней половине - скоростям в базальтах. Высокая скорость ниже границы Мохоровичича в мантии соответствует таким породам, как дунит, перидотит и эклогит, значительно более плотным, чем породы, из которых образована кора. В океанах под пятикилометровым слоем воды находится слой осадочных пород толщиной в среднем 0,5 км, слой вулканических пород - «фундамент» - мощностью 0,5 км, кора мощностью 4 км, и на глубине около 10 км начинается мантия. Если сравнить массу вертикальных колонок пород сечением 1 кв. см на континентах и в океанах, то окажется , что она почти одинакова.

На дне Мирового океана выделяются четыре зоны.

Первая зона - подводная окраина материков. Подводная окраина материков - это затопленная водами океана окраина материков. Она в свою очередь состоит из шельфа, материкового склона и материкового подножия. Шельф - прибрежная донная равнина с довольно небольшими глубинами, в сущности продолжение окраинных равнин суши. Большая часть шельфа имеет платформенную структуру. На шельфе нередки остаточные (реликтовые) формы рельефа надводного происхождения, а также реликтовые речные, ледниковые отложения. Это означает, что при четвертичных отступаниях моря обширные пространства шельфа превращались в сушу.

Обычно шельф заканчивается на глубинах 100-200 м, а иногда и на больших довольно резким перегибом, так называемой бровкой шельфа. Ниже этой бровки в сторону океана простирается материковый склон - более узкая, чем шельф, зона океанического или морского дна с уклоном поверхности в несколько градусов. Нередко материковый склон имеет вид уступа или серии уступов с крутизной от 10 до нескольких десятков градусов.

Вторая - переходная - зона сформировалась на стыке материковых глыб и океанических платформ. Она состоит из котловин окраинных морей, цепочек преимущественно вулканических островов в виде дуг и узких линейных впадин - глубоководных желобов, с которыми совпадают глубинные разломы, уходящие под материк.

На окраинах Тихого океана, в районах Средиземного, Карибского морей, моря Скоша (Скотия) подводные окраины материков контактируют не непосредственно с ложем океана, а с днищем котловин окраинных или средиземных морей. В этих котловинах кора Субокеанического типа. Она очень мощна главным образом за счет осадочного слоя. С внешней стороны эти бассейны ограждены огромными подводными хребтами. Иногда их вершины поднимаются над уровнем моря, образуя гирлянды вулканических островов (Курильские, Марианские, Алеутские). Эти острова называют островными дугами.

С океанической стороны островных дуг расположены глубоководные желоба - грандиозные материковая земная кора отсутствует. Вместо нее здесь развита земная, узкие, но очень глубокие (6 - 11 км глубины) депрессии. Они тянутся параллельно островным дугам и соответствуют выходам на поверхность Земли зон сверхглубинных разломов (так называемые зоны Беньоффа-Заварицкого). Разломы проникают в недра Земли на многие сотни километров. Эти зоны наклонены в сторону континентов. К ним приурочена подавляющая часть очагов землетрясений. Таким образом, области глубоководных желобов, островных дуг и глубоководных окраинных морей отличаются бурным вулканизмом, резкими и чрезвычайно быстрыми движениями земной коры, очень высокой сейсмичностью. Эти зоны получили название переходных зон.

Третья - основная - зона дна Мирового океана - ложе океана, она отличается развитием земной коры исключительно океанического типа. Ложе океана занимает более половины его площади на глубинах до 6 км. На ложе океана есть гряды, плато, возвышенности, которые разделяют его на котловины. Донные отложения представлены различными илами органогенного происхождения и красной глубоководной глиной, возникшей из тонких нерастворимых минеральных частиц, космической пыли и вулканического пепла. На дне много железомарганцевых конкреций с примесями других металлов.

Океанические хребты довольно четко разделяются на два типа: сводово-глыбовые и глыбовые. Сводово-глыбовые структуры представляют собой в основе сводовые, линейно вытянутые поднятия океанической коры, обычно разбитые поперечными разломами на отдельные блоки (Гавайский хребет, образующий подводное основание одноименного архипелага).

Кроме хребтов в Мировом океане известно немало возвышенностей, или океанических плато. Крупнейшее из них в Атлантическом океане - Бермудское плато. На его поверхности - ряд подводных гор вулканического происхождения.

Самый распространенный тип рельефа океанических котловин - рельеф абиссальных холмов. Так называются бесчисленные возвышенности высотой от 50 до 500 м, с диаметром основания от нескольких сот метров до десятка километров, почти сплошь усеивающие дно котловин. Кроме того, на дне океана известно более 10 тыс. подводных горных вершин. Некоторые подводные годы с уплощенными вершинами называют гайотами. Полагают, что некогда эти пики вздымались над уровнем океана, пока их вершины не были постепенно срезаны волнами.

Два других типа рельефа - волнистые и плоские абиссальные равнины. Они возникли после частичного или полного погребения абиссальных холмов под толщей осадков.

Четвертая зона выделяется в центральных частях океанов. Это - крупнейшие формы рельефа дна океана - срединно-океанические хребты - гигантские линейноориентированные сводовые поднятия земной коры. При образовании свода самые большие напряжения возникают не его вершине, здесь и образуются разломы, по которым происходит опускание части свода, формируются грабены, т.н. рифтовые долины. По этим ослабленным зонам земной коры устремляется вверх материал мантии.

Начинаясь в Северном Ледовитом океане небольшим хребтом Гаккеля, система этих поднятий пересекает Норвежско-Гренландский бассейн, включает Исландию и переходит в грандиозные Северо-Атлантический и Южно-Атлантический хребты. Последний переходит в Западно-Индийский хребет уже в Индийском океане. Севернее параллели острова Родригес одна ветвь - Аравийско-Индийский хребет - уходит на север, продолжаясь рядом форм рельефа дна Аденского залива и Красного моря, а другая ветвь следует на восток и переходит в срединно-океанический хребет Тихого океана - Южно-Тихоокеанское и Восточно-Тихоокеанское поднятия. Срединно-океанические хребты, вероятно, - молодые кайнозойские образования. Поскольку хребты появляются в результате растяжения земной коры, пересечены поперечными разломами и часто имеют центральные рифтовые долины, они предоставляют исключительную возможность для изучения пород океанической коры.

Осадконакопление - один из важнейших факторов рельефообразования в океане. Известно, что в Мировой океан ежегодно поступает более 21 млрд. т твердых осадков, до 2 млрд. т вулканических продуктов, около 5 млрд. т известковых и кремнистых остатков организмов.

Специфичны для Мирового океана и другие экзогенные процессы, формирующие рельеф его дна. Это прежде всего работа волн, преобразующая рельеф дна в береговой зоне, деятельность приливно-отливных течений, формирующих специфический рельеф песчаных гряд и разносящих осадочный материал. Осадочный материал перемещают, кроме того, постоянные (геострофические) океанические течения.

На дне океана происходят также гравитационные процессы. Мощные подводные оползни осложняют рельеф материковых склонов, склоны подводных хребтов и возвышенностей. Другой фактор рельефообразования - мутьевые потоки.

Такова общая картина рельефа дна океана.

3. Движение вод Мирового океана

По своему физическому состоянию вода - очень подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины, прежде всего ветер. Воздействуя на воды океана, он возбуждает поверхностные течения, которые переносят огромные массы воды их одного района океана в другой. Энергия поступательного движения поверхностных вод вследствие внутреннего трения передается в нижележащие слои, которые также вовлекаются в движение. Однако непосредственное влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м) расстояние от поверхности. Ниже в толще воды и в придонных горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления, связанные с рельефом дна.

Поверхностные течения образуют два больших круговорота, разделенных противотечением в районе экватора. Водоворот северного полушария вращается по часовой стрелке, а южного - против. При сопоставлении этой схемы с течениями реального океана можно увидеть значительное сходство между ними для Атлантического и Тихого океанов. В то же время нельзя не заметить, что реальный океан имеет более сложную систему противотечений у границ континентов, где, например, располагаются Лабрадорское течение (Северная Атлантика) и Аляскинское возвратное течение (Тихий океан). Кроме того, течения у западных окраин океанов отличаются большими скоростями перемещения воды, чем у восточных. Ветры прилагают к поверхности океана пару сил, вращающих воду в северном полушарии по часовой стрелке, а в южном - против нее. Большие водовороты океанических течений возникают в результате действия этой пары вращающих сил. Важно подчеркнуть, что ветры и течения не относятся «один к одному». Например, наличие быстрого течения Гольфстрим у западных берегов Северной Атлантики не означает, что в этом районе дуют особенно сильные ветры. Баланс между вращающей парой сил среднего поля ветра и результирующими течениями складывается на площади всего океана. Кроме того, течения аккумулируют огромное количество энергии. Поэтому сдвиг в поле среднего ветра не приводит автоматически к сдвигу больших океанических водоворотов.

На водовороты, приводимые в движение ветром, накладывается другая циркуляция, термохалинная («халина» - соленость). Вместе температура и соленость определяют плотность воды. Океан переносит тепло из тропических широт в полярные. Этот перенос осуществляется при участии таких крупных течений, как Гольфстрим, но существует также и возвратный сток холодной воды в направлении тропиков. Он происходит в основном на глубинах, расположенных ниже слоя возбуждаемых ветром водоворотов. Ветровая и термохалинная циркуляции представляют собой составные части общей циркуляции океана и взаимодействуют друг с другом. Так, если термохалинные условия объясняют в основном конвективные движения воды (опускание холодной тяжелой воды в полярных районах и ее последующий сток к тропикам), то именно ветры вызывают расхождение (дивергенцию) поверхностных вод и фактически «выкачивают» холодную воду обратно к поверхности, завершая цикл.

Представления о термохалинной циркуляции менее полны, чем о ветровой, но некоторые особенности этого процесса более или менее известны. Считается, что образование морских льдов в море Уэдделла и в Норвежском море имеет важное значение для формирования холодной плотной воды, распространяющейся у дна в Южной и Северной Атлантике. В оба района поступает вода повышенной солености, которая охлаждается зимой до температуры замерзания. При замерзании воды значительная часть содержащихся в ней солей не включается в новообразующийся лед. В результате соленость и плотность остающейся незамерзшей воды увеличиваются. Эта тяжелая вода опускается ко дну. Обычно ее соответственно называют антарктической донной и североатлантической глубинной водой.

Другая важная особенность термохалинной циркуляции связана с плотностной стратификацией океана и ее влиянием на перемешивание. Плотность воды в океане с глубиной возрастает и линии постоянной плотности идут почти горизонтально. Воду с разными характеристиками значительно легче перемешать в направлении линий постоянной плотности, чем поперек них.

Термохалинную циркуляцию трудно с определенностью охарактеризовать. По сути, и горизонтальная адвекция (перенос воды морскими течениями), и диффузия должны играть важную роль в термохалинной циркуляции. Определение относительного значения этих двух процессов в каком-либо районе или ситуации представляет важную задачу.

Главные черты поверхностной циркуляции вод мирового океана определяются ветровыми течениями. Важно отметить, что движение водных масс в Атлантическом и Тихом океанах очень сходно. И в том и в другом океане существуют два огромных антициклонических круговых течения, разделенных экваториальным противотечением. В обоих океанах есть, кроме того, мощные западные (в северном полушарии) пограничные течения (Гольфстрим в Атлантическом и Куросио в Тихом) и такие же по характеру, но более слабые восточные течения (в южном полушарии) - Бразильское и Восточно-Австралийское. Вдоль их западных побережий прослеживаются холодные течения - Ойясио в Тихом океане, Лабрадорское и Гренландское течения в Северной Атлантике. Кроме того, в восточной части каждого бассейна к северу от основного круговорота обнаружен циклонический круговорот меньшего масштаба.

Некоторые различия между океанами связаны с различиями в очертаниях их бассейнов. Атлантический, Индийский и Тихий океаны имеют разную форму. Но некоторые из различий определяются особенностями поля ветра, как, например, в Индийском океане. Циркуляция в южной части Индийского океана в основных чертах сходна с циркуляцией в южных бассейнах Атлантического и Тихого океанов. Но в северной части Инд7ийского океана она явно подчиняется муссонным ветрам, где в период летнего и зимнего муссонов картина циркуляции полностью меняется.

По ряду причин по мере приближения к берегу отклонения от общей картины циркуляции становятся все более существенными. В результате взаимодействия основных климатических характеристик течений с такими же характеристиками побережий часто возникают устойчивые или квазиустойчивые вихри. Заметные отклонения от средней картины циркуляции могут вызывать у побережий и местные ветры. В отдельных районах возмущающими факторами режима циркуляции служат речной сток и приливы.

В центральных районах океанов средние характеристики течений вычисляются по малому количеству точных данных и потому особенно ненадежны.

1. Западные пограничные течения - Гольфстрим и Куросио

Известно, что западные пограничные течения в северном полушарии (Гольфстрим и Куросио) лучше развиты, чем их аналоги в южном полушарии.

Если Гольфстрим считать частью кругового антициклонического вихря, то вряд ли можно точно определить его начало и конец. Известно, что между Мексикой и Кубой через Юкатанский пролив устремляется сильное течение, которое обычно описывает петлю в Мексиканском заливе и только затем выходит в океан из Флоридского пролива. На протяжении около 1200 км, от Ки-Уэста во Флориде до мыса Хаттерас в Северной Каролине, Гольфстрим упорно следует вдоль побережья Америки, лишь иногда слегка отклоняясь от него. Однако, миновав Хаттерас, Гольфстрим как бы начинает рыскать. К югу от Большой Ньюфаундлендской банки он пересекает Северную Атлантику. На этом извилистом участке своего пути Гольфстрим образует огромные волнообразные меандры. Один из них был обнаружен у 45 град. з.д., примерно в 2500 км от мыса Хаттерас. Где-то на пути между юго-восточным краем Ньюфаундлендского поднятия и Срединно-Атлантическим хребтом Гольфстрим перестает прослеживаться как единое течение.

Ширина Гольфстрима на поверхности колеблется от 125 до 175 км. Левый, если смотреть по течению, край Гольфстрима легко обнаружить по горизонтальному градиенту температуры, который становится заметным, начиная с глубины в несколько десятков метров, и противотечению. Правый край обнаружить по температуре трудно, но там часто отмечается довольно заметное противотечение. Скорость Гольфстрима на поверхности может достигать 250 см/с, т.е. превышать 5 узлов.

Представляя себе в общем плане циркуляцию океанических вод в виде системы обширных антициклонических вихрей, необходимо отметить, что течения, в сумме образующие круговороты, весьма сильно отличаются в их разных участках. Западные пограничные течения, такие, как Гольфстрим и Куросио, - узкие, быстрые, глубокие потоки с довольно хорошо выраженными границами. Направленные к экватору течения на другой сторонне океанических бассейнов, такие, как Калифорнийское, Перуанское и Бенгальское, напротив, широкие, слабые и неглубокие потоки с расплывчатыми границами, некоторые исследователи даже считают, что эти границы есть смысл проводить на мористой стороне течений такого типа.

Калифорнийское течение считается наиболее изученным из них. Глубина этого потока ограничивается в основном верхним 500-метровым слое. Оно складывается из ряда крупных вихрей, наложенных на слабый, но широкий поток воды, направленный к экватору. Скорости и направления движения воды, измеренные в зоне Калифорнийского течения, в любой данный момент могут оказаться совершенно отличными от средних значений. Такая же картина, видимо, характерна и для других восточных пограничных течений.

Прибрежный поток воды обычно отличается особой сложностью, и при описании его часто выделяют из более широкой системы вдольбереговых течений, присваивая ему другое название.

В зоне многих восточных пограничных течений главным фактором, определяющим распределение температуры, солености и химических характеристик воды на поверхности, является апвеллинг. Апвеллинг имеет важное биологическое значение, так как благодаря ему глубинные воды выносят питательные вещества в верхние слои воды и тем способствуют увеличению продуктивности фитопланктона. Зоны апвеллинга - это биологически самые продуктивные районы мира.

2. Экваториальные течения

Течения тропической зоны тесно связаны с системой пассатных ветров. На большей части Атлантического и Тихого океанов в северном полушарии дуют северо-восточные пассаты, а в южном полушарии их роль выполняют юго-восточные пассаты. Эти две системы пассатных ветров разделяет область внутритропической конвергенции, характеризующаяся слабыми ветрами неустойчивых направлений. Ее часто называют экваториальной штилевой зоной. Поскольку она разделяет системы ветров двух полушарий, ее можно считать своего рода климатическим экватором. Обычно она располагается между 3 град. с.ш. и 10 град. с.ш.

Основные океанические течения тропической зоны как бы отражают собой особенности системы ветров этих мест. Так, Северное и Южное экваториальные течения западного направления, образующие часть основных антициклонических круговоротов течений северного и южного полушарий, «управляются» пассатами. Между этими двумя широкими потоками располагается сравнительно узкое (шириной 300 - 500 км) Экваториальное противотечение, направленное на восток. Вблизи побережий и поле пассатных ветров, и система экваториальных течений усложняются.

Океанические воды тропической зоны характеризуются хорошо перемешанным теплым поверхностным слоем, который отделяется мощным термоклином от холодной воды глубин. Термоклин служит также своего рода перегородкой между богатыми кислородом, но бедными фосфатами и нитратами поверхностными водами и глубинными водами с низким содержанием кислорода и относительно высоким содержанием питательных веществ. Экваториальные течения приурочены главным образом к области термоклина. Это экваториальное под поверхностное течение в Тихом океане обычно называют течением Кромвелла. Напоминая в обширности океана ленту толщиной порядка всего 200 м и шириной 300 км, оно перемещается со скоростью до 150 см в сек. Ядро течения обычно совпадает с термоклином и располагается на экваторе или вблизи него. Иногда оно поднимается к поверхности, но это случается редко.

3. Циркуляция полярных вод

Циркуляция вод Мирового океана в полярных районах северного и .южного полушарий совершенно различна. Арктический океан скрыт под покровом дрейфующих льдов. Существующие сведения о течениях в Северном Ледовитом океане указывают на наличие медленного переноса воды в направлении против часовой стрелки. Свободному перемешиванию глубинных холодных вод Арктики с глубинными водами Атлантического и Тихоно океанов препятствуют два довольно мелководных порога между континентами. Глубина мелководного порога в Беринговом проливе, разделяющем Чукотку и Аляску, не достигает и 100 м, но сильно препятствует водообмену между Атлантическим и Тихим океанами через Северный Ледовитый.

В южном полушарии все выглядит иначе. Широкий (300 миль) и глубокий (3000 м) пролив Дрейка - между Южной Америкой и Антарктидой - обеспечивает беспрепятственный водообмен между Атлантическим и Тихим океанами. Благодаря этому направленное на восток Антарктическое циркумполярное течение простирается до дна и при расчетной величине расхода воды оказывается величайшим течением Мирового океана.

Антарктическое циркумполярное течение приводится в действие господствующими здесь западными ветрами, а его средняя скорость и расход воды определяются балансом между касательной силы ветра на поверхности и силой трения о дно. Установлено, что над понижениями дна течение отклоняется к югу, а над поднятиями - к северу, что указывает на несомненное влияние рельефа дна на направление этого течения.

Наиболее хорошо выраженные адвективные потоки воды в глубоководной области океанов отмечаются вдоль западных границ бассейнов.

4. Волны и приливы

Волны регулярны и имеют некоторые общие характеристики - длину, амплитуду и период. Также отмечается скорость распространения волн.

Длина волны представляет собой расстояние между вершинами или подошвами волн, высота волны - вертикальное расстояние от подошвы до вершины, оно равно удвоенной амплитуде, период равен времени между моментами прохождения двух последовательных вершин (или подошв) через одну и ту же точку.

Высота ряби измеряется приблизительно сантиметром, а период составляет около одной секунды и меньше. Волны прибоя достигают нескольких метров в высоту при периодах от 4 до 12 с.

Океанические волны имеют разные очертания и формы.

Волны, вызванные местным ветром, называют ветровыми. Другой тип волн - волны зыби, которые медленно качают судно и при безветренной погоде. Зыбь образуют волны, которые сохраняются после того, как они выйдут их области действия ветра.

При любой скорости ветра достигается некое равновесное состояние, выражающееся в явлении полностью развитого волнения, когда энергия, передаваемая ветром волнам, равняется энергии, передаваемая ветром волнам, равняется энергии, теряемой при разрушении волн. Но для того, чтобы образовалось полностью развитое волнение, ветер должен дуть продолжительное время и на большом пространстве. Пространство, подвергающееся воздействию ветра, называется область разгона.

5. Цунами

Цунами распространяются волнами от эпицентра подводных землетрясений. Район воздействия волн цунами огромен.

Цунами связаны непосредственно с движениями земной коры. Мелкофокусное землетрясение, которое вызывает значительные смещения коры на дне океанов, вызовет и цунами. Но столь же сильное землетрясение, не сопровождающееся сколько-нибудь заметными подвижками коры, цунами не вызовет.

Цунами возникает в виде одиночного импульса, передний фронт которого распространяется со скоростью мелководной волны. Исходный импульс далеко не всегда обеспечивает концентрическое распространение энергии, а с ней и волны.

6. Приливы

Приливы - медленные подъемы и спады уровня воды и перемещения ее кромки. Приливообразующие силы - результат притяжения Солнца и Луны. Когда Солнце и Луна находятся примерно на одной линии с Землей, то есть в периоды полнолуния и новолуния, приливы оказываются наибольшими. Т.к. плоскости обращения Солнца и Луны не параллельны, действие сил Луны и Солнца меняется по сезонам, а также в зависимости от фазы Луны. Приливообразующая сила Луны примерно вдвое больше приливообразующей силы Солнца. Большие различия в амплитуде приливов на разных участках побережья определяются главным образом формой океанических бассейнов.

4. Свойства вод Мирового океана.

Вода - «универсальный растворитель»: в ней, хотя бы в малой степени, способен раствориться любой из элементов. Вода имеет наибольшую среди всех обычных жидкостей теплоемкость, то есть для ее нагревания на один градус требуется затратить больше тепла по сравнению с другими жидкостями. Больше тепла требуется и на ее испарение. Эти и другие особенности воды имеют огромное биологическое значение. Так, благодаря высокой теплоемкости воды сезонные колебания температуры воздуха оказываются меньше, чем это было бы в ином случае.

Температура всей массы океанской воды около 4градусов по Цельсию. Океаны холодные. Вода в них прогревается только у самой поверхности, а с глубиной она становится холоднее. Только 8% вод океана теплее 10 град., более половины холоднее 2.3 град. С глубиной температура изменяется неравномерно.

Вода - наиболее теплоемкое тело на Земле. Поэтому океан медленно нагревается и медленно отдает тепло, служит аккумулятором тепла. На его долю приходится более 2/3 поглощенной солнечной радиации. Она расходуется на испарение, на нагревание верхнего слоя воды до глубины примерно 300 м, а также на нагревание воздуха.

Средняя температура поверхностных вод океана более +17 град., причем в северном полушарии она на 3 град. выше, чем в южном. Наибольшие температуры воды в северном полушарии наблюдаются в августе, наименьшие - в феврале, в южном полушарии - наоборот. Суточные и годовые колебания температуры воды незначительные: суточные не превышают 1 град., годовые составляют не более 5..10 град. в умеренных широтах.

Температура поверхностных вод зональна. В приэкваториальных широтах температура весь год 27...28 град., в тропических районах на западе океанов 20...25 град., на востоке 15...20 град. (из-за течений). В умеренных широтах температура воды плавно понижается от 10 до 0 град. в южном полушарии, в северном полушарии при той же тенденции у западных берегов материков теплее, чем у восточных, тоже из-за течений. В приполярных районах температура воды весь год 0...-2 град., в центре Арктики характерны многолетние льды мощностью до 5-7 м.

Максимальные температуры поверхностных вод наблюдаются в тропических морях и заливах: в Персидском заливе более 35 град, в Красном море 32 град. В придонных слоях Мирового океана (М.о.) температуры на всех широтах низкие: от +2 на экваторе до -2 в Арктике и Антарктике.

При охлаждении морской воды ниже точки замерзания образуется морской лед.

Льдом постоянно покрыто 3 - 4% площади океана. Морской лед отличается от пресноводного в ряде отношений. У соленой воды температура замерзания понижается по мере увеличения солености. В диапазоне солености от 30 до 35 промилле точка замерзания меняется от -1.6 до -1.9 град.

Образование морского льда можно рассматривать как замерзание пресной воды с вытеснением солей в ячейки морской воды внутри толщи льда. Когда температура достигает точки замерзания, образуются ледяные кристаллы, которые «окружают» не замерзшую воду. Незамерзшая вода обогащается солями, вытесненными кристаллами льда, что приводит к дальнейшему понижению точки замерзания воды в этих ячейках. Если кристаллы льда не полностью окружат обогащенную солями незамерзшую воду, она будет опускаться и смешиваться с нижележащей морской водой. Если процесс замерзания растянут во времени, почти весь обогащенный солями рассол уйдет из льда и его соленость окажется близкой к нулю. При быстром замерзании большая часть рассола захватится льдом и его соленость будет почти такой же, как и соленость окружающей воды.

Обычно прочность морского льда составляет одну треть прочности пресноводного льда той же толщины. Однако старый морской лед (с очень низкой соленостью) или лед, образовавшийся при температуре ниже точки кристаллизации хлористого натрия, не уступает по прочности пресноводным льдам.

Замерзание морской воды происходит при отрицательных температурах: при средней солености - около -2 град. Чем выше соленость, тем ниже температура замерзания.

Для замерзания морской воды необходимо, чтобы либо глубина была невелика, либо ниже поверхностного слоя на небольших глубинах располагалась вода с более высокой соленостью. При наличии мелководного галоклина поверхностная вода, даже охладившись до точки замерзания, будет легче, чем более теплая, но более соленая подстилающая вода.

Когда поверхностный слой воды охладится до точки замерзания и перестанет углубляться, начнется льдообразование. Поверхность моря приобретает маслянистый, с особым свинцовым оттенком вид. По мере роста ледяные кристаллы становятся видимыми и приобретают форму игл. Эти кристаллы или иглы смерзаются друг с другом и образуют тонкий слой льда. Этот слой легко изгибается под действием волн. С увеличением толщины лед теряет эластичность, а затем ледяной покров разламывается на отдельные куски, дрейфующие самостоятельно. Сталкиваясь между собой во время волнения, куски льда приобретают округлые формы. Эти округлые куски льда от 50 см до 1 м в диаметре называются блинчатым льдом. На следующем этапе замерзания куски блинчатого льда смерзаются и образуют поля дрейфующего льда. Волны и приливы снова разламывают поля льда, формируя гряды торосов,имеющих во много раз большую толщину по сравнению с первоначальным ледяным покровом. В ледяном покрове образуются участки чистой воды - полыньи, которые позволяют подводным лодкам всплывать на поверхность даже в Центральной Арктике.

Образование льда в значительной мере уменьшает взаимодействие океана с атмосферой, задерживая распространение конвекции в глубь океана. Перенос тепла должен осуществляться уже через лед - весьма плохой проводник тепла.

Толщина арктического льда около 2 м, а температура воздуха зимой в районе Северного полюса опускается до - 40 град. Лед действует как изолятор, предохраняя океан от выхолаживания.

Морской лед играет и другую важную роль в энергетическом бюджете океана. Вода - хороший поглотитель солнечной энергии. Напротив, лед, в особенности пресный, и снег - очень хорошие отражатели. Если чистая вода поглощает около 80% падающей радиации, то морской лед может отражать до 80%. Так присутствие льда значительно уменьшает нагревание земной поверхности.

Льды затрудняют судоходство, с айсбергами связаны катастрофы судов.

Айсберги распространяются гораздо дальше границы морских льдов. Они формируются на суше. Хотя лед представляет собой твердое тело, он все же медленно течет. Снег, накапливаясь в Гренландии, Антарктиде и горах высоких широт, дает начало ледникам, сползающим вниз. На линии берега огромные блоки льда откалываются от ледника, рождая айсберги. Поскольку плотность льда составляет около 90% плотность морской воды, айсберги остаются на плаву. Приблизительно 80 - 90% объема айсберга находится под водой. Этот объем зависит также от количества воздушных включений. После своего образования айсберги увлекаются океаническими течениями и, попадая в более низкие широты, постепенно тают.

Большая часть айсбергов, представляющих опасность для судовождения, зарождается на западном побережье Гренландии, севернее 68 30 с.ш. Здесь около сотни ледников продуцируют около 15000 айсбергов в год. Вначале эти айсберги дрейфуют к северу вместе с Западно-Гренландским течением, а затем поворачивают к югу, увлекаемые Лабрадорским течением. Наибольшее впечатление производят айсберги, отколовшиеся от шельфового ледника Росса - одного из уникальных явлений Антарктики. Он представляет собой очень мощный по толщине слой льда, спускающегося с материка и находящегося на плаву. От ледника Росса откалываются громадные антарктические айсберги.

Морской лед солоноватый, но соленость его в несколько раз меньше солености площади М.о. Помимо слабосоленых морских льдов в океанах есть пресноводные речные и материковые (айсберги) льды. Под влиянием ветров и течений льды из полярных районов выносятся в умеренные широты и там тают. растворенными в ней хлоридами (более 88%) и сульфатами (около 11%). Соленый вкус воде придает поваренная соль, горький - соли магния. Для океанской воды характерно постоянное процентное соотношение различных солей, несмотря на различную соленость. Соли, как и сама вода океанов, поступали на земную поверхность прежде всего из недр Земли, особенно на заре ее формирования. Соли приносятся в океан и речными водами, богатыми карбонатами (более 60%). Однако, количество карбонатов в океанской воде не увеличивается и составляет всего 0.3%. Это объясняется тем, что они выпадают в осадок, а также расходуются на скелеты и раковины животных, потребляются водорослями, которые после отмирания погружаются на дно.

В распределении солености поверхностных вод прослеживается зональность, обусловленная прежде всего соотношением выпадающих атмосферных осадков и испарения. Уменьшают соленость сток речных вод и тающие айсберги. В приэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем испаряется, и велик речной сток, соленость 34-35 промилле. В тропических широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому соленость составляет 37 промилле. В умеренных широтах соленость близка к 35, а в приполярных - наименьшая (32-33 промилле), т.к. количество осадков здесь больше испарения, велик речной сток, особенно сибирских рек, много айсбергов, главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии.

Широтную закономерность солености нарушают морские течения. Например, в умеренных широтах соленость больше у западных побережий материков, куда поступают тропические воды, меньше - у восточных берегов, омываемых полярными водами. Наименьшей соленостью обладают прибрежные воды близ устьев рек. Максимальная соленость наблюдается в тропических внутренних морях, окруженных пустынями. Соленость влияет на другие свойства воды, такие, как плотность, температура замерзания и т.д.

Плотность морской воды зависит от давления, температуры и солености. Плотность морской воды близка к 1.025 г/см куб. Охлаждаясь, вода становится еще более тяжелой. Давление также увеличивает плотность морской воды. Поэтому на глубине 5000 м плотность морской воды возрастает до 1.050 г/см куб. Как правило, океанографы не измеряют плотность непосредственно, предпочитая вычислять ее по данным о температуре, солености и давлении. Часто их интересует зависимость плотности морской воды только от температуры и солености.

Обычно плотность, при вычислении которой давление не учитывается, возрастает с глубиной. В этом случае говорят, что вода устойчиво стратифицирована. В стратифицированном океане трудно перемещать воду поперек линий постоянной плотности, это значительно легче сделать вдоль таких линий. Говоря языком физики, для перемещения воды поперек линий постоянной плотности нужно совершить работу - увеличить потенциальную энергию. Для перемещения воды вдоль линий постоянной плотности нужно лишь преодолеть трение воды, а морская вода обладает повышенной «текучестью».

В океане не только холодно, но и темно. На глубине свыше 100 м невозможно увидеть днем ничего, кроме редких биолюминисцентных вспышек света от проплывающих рыб и зоопланктона. В отличие от атмосферы, сравнительно прозрачной для всех волн электромагнитного спектра, океан непроницаем для них. Ни длинные радиоволны, ни коротковолновое ультрафиолетовое излучение не могут проникнуть в его глубины.

В любой текучей среде, включая морскую воду, потери солнечного излучения довольно хорошо описываются так называемым законом Беера, который гласит, что количество энергии, поглощенной на некотором расстоянии, пропорционально исходному ее количеству. Это дает возможность охарактеризовать морскую воду с помощью коэффициента относительного пропускания. Коэффициент пропускания меняется у воды в зависимости от длины волны излучения, и в частности видимая часть спектра солнечного света пропускается водой значительно лучше, чем излучение с более короткими или более длинными волнами. Различие между пресной и соленой морской водой в этом отношении не играет роли.

Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает менее 1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды.

Из-за непрозрачности океана для электромагнитного излучения мы лишены возможности использовать радиоволны и радары для изучения океана. Погрузившаяся подводная лодка может принять радиосообщение только через плавающую на поверхности антенну либо с помощью радиоустройств, работающих на волнах такой длины, при которой закон Беера уже не выполняется. С другой стороны, для звуковых волн океан гораздо более проницаем, чем атмосфера, и по причине своеобразного изменения скорости звука в водной толще он может распространяться в океане на чрезвычайно большие расстояния.

Скорость звука в океане меняется в зависимости от давления, температуры и солености - 1500 м/с, что в 4 - 5 раз превышает скорость звука в атмосфере. С увеличением температуры, солености и давления скорость звука возрастает. Скорость звука в воде не зависит от его высоты или частоты.

Звук в океане распространяется не по прямой линии, он всегда отклоняется в сторону, где скорость меньше.

В соответствии с увеличением давления скорость звука растет с глубиной. Совместное влияние температуры и давления обычно приводит к тому, что где-то в промежуточном слое между поверхностью и дном океана скорость звука принимает минимальное значение. Этот слой минимума скорости называют звуковым каналом. Из-за того, что путь звука всегда искривляется в сторону слоя воды с меньшей скоростью распространения, слой минимума скорости канализирует звук.

Звуковой канал в океане обладает свойством непрерывности. Он простирается почти от поверхности океанических вод в полярных широтах до глубины около 2000 м у берегов Португалии, при средней глубине порядка 700 м. Сверхдальнее распространение звука в океане объясняется тем, что и источник звука, и улавливатель находятся возле оси звукового канала.

Океанская вода содержит соли, газы, твердые частицы органического и неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3.5%, но от них зависят определенные свойства воды.

Таблица 1.

Состав морской воды

Таблица 2.

Химический состав планктона (в микро граммах элемента на грамм

сухого веса планктона)

Большинство из металлов в водах океана присутствует в морской воде в крайне малых количествах. Как показывает таблица, живые организмы извлекают металлы из морской воды. Чаще всего концентрация металлов в живых организмах в сравнении с их содержанием в морской воде не превышает концентрации фосфора.

Погружающееся с поверхности океана вещество включает множество частиц с большой реакционной поверхностью. Частицы из кичи марганца и железа также обладают обширными активными поверхностями. Некоторые из них осаждаются из верхних слоев океана, а другие образуются при окислении восстановленного железа и марганца, диффундирующих из донных отложений или приносятся горячими водами из области раздвигающихся срединно-океанических хребтов. Такие соединения захватывают металлы. Самое яркое подтверждение этому - железомарганцевые конкреции на дне океанов, в которых содержится до 1% никеля и меди, а также многие другие металлы.

Подобное захватывание металлов еще эффективнее происходит в прибрежных водах, где постоянное взмучивание наносов и биологическая переработка толщи отложений обеспечивают непрерывный поток окисляющегося железа и марганца в растворе из донных отложений.

После попадания металлов в донные отложения, вероятность их повторного появления в вышерасположенной толще воды очень мала, хотя некоторое перераспределение внутри самих отложений и наблюдается.

5. Значение М.о. для окружающей среды

Движение атмосферных фронтов над океаном, циркуляция водных масс, наконец, тектоническая эволюция дна - все эти процессы прямо или косвенно влияют на среду, в которой живут люди.

ref.repetiruem.ru

Физические и химические свойства вод Мирового океана — Мегаобучалка

Соленость. Океанская вода по весу состоит на 96,5% из чистой воды и на 3,5% из растворенных в ней минеральных веществ, газов, микроэлементов, коллоидов и взвесей органического и неорга­нического происхождения. В состав морской воды входят все известные химические элементы. Больше всего в океанской воде натрия, т. е. поваренной соли NaCl (27,2 г на 1 л), поэтому вода Океана на вкус соленая. Затем следуют соли магния – MgCl (3,8 г на 1 л) и MgSO4 (1,7 г на 1 л), придающие воде горький вкус. На все остальные элементы, среди которых и биоген­ные элементы (фосфор, азот и т. п.), и микроэлементы, приходится меньше 1%, т. е. их содержание ничтожно мало. Общее количество солей в Океане достигает 50 • 1016 т. При осаждении эти соли могут покрыть дно Океана слоем примерно в 60 м, всю Землю слоем в 45 м, а сушу слоем в 153 м. Удивительная особенность океанской воды – постоянство солевого состава. Раствор может быть в разных частях Океана разной концентрации, но соотношение главнейших солей остается неизменным.

Средняя соленость[1] Мирового океана 35‰. Наи­большую среднюю соленость имеет Атлантический океан – 35,4‰, наименьшую – Северный Ледовитый – 32‰. Отклонения от средней солености в ту и другую сторону вызываются главным образом изменениями в приходно-расходном балансе пресной воды. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность Океана, сток с суши, таяние льдов вызывают понижение солености; испа­рение, образование льда – наоборот, повышают ее. Так как изменения солености связаны в основном с прихо­дом и расходом пресной воды, они заметны только в поверхност­ном слое, непосредственно получающем атмосферные осадки и испаряющем воду, и в некотором слое под ним (до глубины 1500 м), определяемым глубиной перемешивания. Глубже соленость вод Мирового океана остается неизменной (34,7 – 34,9 ‰).

Соленость морской воды тесно связана с ее плотностью. Плотность воды Океана–отношение массы единицы ее объема при данной температуре к массе чистой воды того же объема при температуре + 4°С. Плотность воды Океана с увеличением солености всегда по­вышается, поскольку растет содержание веществ, имеющих боль­ший, чем вода, удельный вес. Увеличению плотности поверхност­ных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образова­ние льда. Нагревание, а также смешение соленой воды с водой атмосферных осадков или талой водой вызывают понижение плот­ности. На поверхности океана наблюдается изменение плотности в пределах от 0,9960 до 1,083. В открытом Океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к по­люсам в общем растет. С глубиной плотность воды в Океане уве­личивается.

Газы в воде Океана. Газы попадают в воду из атмосферы, выделяются при химических и биологических процессах, их приносят реки, они поступают при подводных извержениях. Перераспределение га­зов происходит посредством перемешивания. Способность океанской воды растворять газы зависит от ее тем­пературы, солености и гидростатического давления. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней раствориться. Растворены в воде прежде всего азот (63%), кислород (35%) и угле­кислый газ, а также сероводород, аммиак, метан и др.

Углекислый газ, как и кислород, лучше растворяется в холодной воде. Поэтому при по­вышении температуры вода отдает его атмосфере, при пониже­нии – поглощает. Днем, в связи с усиленным потреблением угле­кислого газа растениями, содержание его в воде уменьшается, ночью, наоборот, возрастает. В высоких широтах Океан поглощает углекислый газ, в низких – выделяет его в атмосферу. Обмен газами между Океаном и атмосферой – процесс непрерывный.

Давление.На каждый квадратный сантиметр поверхности Океана атмосфера давит приблизительно с силой 1 кг (одна атмосфера). То же давление на ту же площадь оказывает стол­бик воды высотой всего в 10,06 м. Таким образом, можно считать, что на каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Все процессы, происходящие на большой глубине, совершаются под сильным давлением, но это не препятствует развитию жизни в глубинах Океана.

Прозрачность.Лучистая энергия Солнца, прони­кая в толщу воды, рассеивается и поглощается. Степень рассеивания и поглощения солнечной энергии зависит от количества взвешенных частиц, содержащихся в воде. Наименьшая прозрачность наблюдается у берегов на мел­ководье, в связи с увеличением количества взвесей, вносимых реками, и взмучиванием грунта волнением. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона и при таянии льдов (лед всегда содержит примеси; кроме того, масса пузырьков воздуха, заключенных во льду, переходит в воду). Прозрачность воды увеличивается в местах подъема на поверх­ность глубинных вод.

Прозрачность выражается числом метров, т. е. глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром 30 см. Наибольшая прозрачность (67 м) наблюдалась в Центральной части Тихого океана, в Средизем­ном море – 60 м, в Индийском океане – 50 м. В Северном море она равна 23 м, в Балтийском – 13 м, в Белом – 9 м, в Азовском – 3 м.

Цвет воды океанов и морей. Толща чистой воды Океана в результате собирательного поглощения и рассеивания света имеет голубой или синий цвет. Присутствие планктона и неорга­нических взвесей отражается на цвете воды, и она приобретает зеленоватый оттенок. Большие количества органических примесей делают воду желтовато-зеленой, близ устья рек она может быть даже корич­невой.

В экваториальных и тропических широтах господствующий цвет воды Океана темно-голубой и даже синий. Такого цвета вода, например, в Бенгальском заливе, Аравийском море, южной части Китайского моря, Красном море. Синяя вода в Средизем­ном и Черном морях. В умерен­ных широтах во многих местах вода зеленоватая (особенно у берегов), заметно зеленеет она в районах таяния льдов. В по­лярных широтах зеленоватый цвет преобладает.

Свечение моря.Свечение морской воды со­здается организмами, испускающими «живой» свет. К таким ор­ганизмам относятся прежде всего светящиеся бактерии. В опресненных прибрежных водах, где распространены главным образом такие бактерии, свечение моря наблюдается в виде ровного молочного света. Свечение вызывается, кроме того, мелкими и мельчайшими простейшими организмами, из которых наиболее известна ночесветка (Noctiluca). Некоторые более крупные организмы (большие медузы, мшанки, рыбы, кольчатые черви и др.) также отличаются способ­ностью производить свет. Свечение моря представляет собой явление, распространенное по всему Мировому океану. Оно наблюдается только в морской воде и никогда не бывает в пресной.

Цветение моря представляет собой бурное развитие зоо- и фи­топланктона в поверхностных слоях моря. Массовые скопления этих организмов вызывают изменения в окраске поверхности моря в виде желтых, розовых, молочных, зеленых, красных, бурых и дру­гих полос и пятен.

Звукопроводностьокеанической воды в 5 раз больше, чем воздуха. В воздухе звуковая волна движется со скоростью 332 м/с, в пресной воде – 435 м/с, в океанической – 1500 м/с. Распространение звука в морской воде зависит от температуры, солености, давления, содержания газов, а также взвешенных при­месей органического и неорганического происхождения.

Температура воды Мирового Океана. Основной источник тепла, получаемого поверхностью Мирового океана – это прямая и рассеянная солнечная радиация. Дополнительным источником тепла могут служить речные воды. Часть поступившей солнечной радиации отражается водной поверхностью, часть излучается в атмосферу и межпланетное пространство. Большое количество тепла море теряет на испарение. Большая роль в распределении и изменении температуры вод океанов принадлежит материкам, господствующим вет­рам и особенно течениям.

Морские воды, соприкасаясь с атмосферой, обмениваются с ней теплом. Если вода теплее воздуха, то происходит отдача тепла в атмосферу, если же вода холоднее, она получает некоторое коли­чество тепла в процессе теплообмена.

Тепло, поступающее от Солнца, поглощается тонким поверхност­ным слоем и идет на нагревание воды, но благодаря малой тепло­проводности воды почти не передается на глубину. Проникновение тепла от поверхности к нижележащим слоям происходит главным образом путем вертикального перемешивания, а также за счет адвекции тепла глубинными течениями. В результате вер­тикального перемешивания в летнее время к поверхности под­нимаются более холодные воды и понижают температуру поверхностных слоев, а глубинные воды отепляются. В зимнее время, когда поверхностные воды охлаждены, с глубин в процессе верти­кального обмена происходит подток более теплых вод, задержи­вающих начало ледообразования.

Средняя годовая температура на поверхности Океана + 17,4°С, в то время как средняя годовая температура воздуха +14°С. Наиболее высокую среднюю температуру имеет поверхность Ти­хого океана, большая часть которой находится в низких широтах (+ 19,1°С), Индийского (+ 17,1°С), Атлантического (+ 16,9°С). Значительные изменения температуры происходят только в верхних слоях воды Океана мощностью 200 – 1000 м. Глубже температура не превышает + 4, + 5°С и изменяется очень мало. Благодаря большой теплоем­кости воды Океан является аккумулятором солнечного тепла на Земле.

Процесс ледообразования в морской и пресной воде происходит различно – пресная вода замерзает при темпера­туре 0°С (несколько ниже 0°С), а морская вода замерзает при разной температуре в за­висимости от солености. Образование льда в Океане начинается с возникновения прес­ных кристаллов, которые затем смерзаются. При этом в про­странстве между кристаллами льда остаются капельки крепкого рассола, поэтому при образовании лед соленый. Чем ниже температура, при кото­рой происходило льдообразование, тем солонее лед. Рассол постепенно стекает между кристаллами, поэтому с течением времени лед опресняется.

В высоких широтах северного полушария образовавшийся зи­мой лед не успевает растаять за лето, поэтому среди полярных льдов встречаются льды разного возраста – от однолетних до многолетних. Толщина однолетнего льда в Арктике достигает 2 – 2,5 м, в Антарктике 1 – 1,5 м. Многолетние льды имеют мощ­ность 3 – 5 м и более. В месте сжатия льдов их толщина дости­гает 40 м. Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55 млн. км2, в том числе 38 млн. км2 в южном полушарии.

Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат всей Земли, на жизнь в Океане.

Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел.

Понятие о водных массах. Воды Мирового океана обладают весьма различными физическими и химическими свойствами. Большие объемы воды, сформированные в данных физико-географических условиях в опре­деленные отрезки времени и отличающиеся характерными физиче­скими, химическими и биологическими свойствами, называют водными массами.

Вод­ные массы формируются главным образом в поверхностных слоях Мирового океана под влиянием климатических условий, процессов термического и динамического взаимодействия океана и атмо­сферы. В формировании водных масс основная роль при­надлежит конвективному[2] перемешиванию, которое, так же как и другие типы вертикального обмена, завершается образованием од­нородной водной массы. Течениями водные массы переносятся в другие районы, где, соприкасаясь с водами иного происхождения, трансформируются, особенно по периферии.

Движение вод океана

Вся масса океанских вод непрерывно движется. Это обеспечи­вает постоянное перемешивание воды, перераспределение тепла, солей и газов. Различают 3 вида движения: колебательные –волны, поступательные – океанические течения, смешанные – приливы и отливы.

Волны. Главная причина возникновения волн на поверхности Мирового океана – ветер. В отдельных случаях волны достигают высоты 18 м и длины до 1 км. С глубиной волны затухают.

При землетрясении, подводном извержении вулкана и подводных оползнях возникают сейсмические волны, распространяющиеся от эпицентра во все стороны и охватывающие всю толщу воды. Они называются цунами. Обычные цунами – волны, следующие друг за другом с периодичностью 20 – 60 минут со скоростью – 400 – 800 км/час. В открытом океане высота цунами не превышает 1 м. При подходе к берегу – на мелководье, цунами превращается в гигантскую волну до 15 – 30 м. Такие волны вызывают огромные разрушения. Цунами чаще других поражает восточные побережья Евразии, Японии, Новой Зеландии, Австралии, Филиппинские и Гавайский острова, юго-восточную часть Камчатки.

Океанические течения. Поступательные движения огромных масс воды называются течениями. Это горизонтальное перемещение воды на большие расстояния. Течения бывают ветровыми (или дрейфовыми), когда причиной является ветер, дующий в одном направлении. Сточные течения возникают в случае постоянного поднятия уровня воды, вызванного ее притоком или обильными атмосферными осадками. Например, Течение Гольфстрим вызвано повышением уровня воды в связи с притоком из соседнего Карибского моря. Компенсационные течения возмещают убыль воды в какой-либо части океана. Когда ветер постоянно дует с суши на море, он отгоняет поверхностные воды, на место которых поднимаются холодные воды из глубин. Плотностные течения – результат различной плотности воды на одной глубине. Их можно наблюдать в проливах, соединяющих моря с различной соленостью. Например, по проливу Босфор по дну из Средиземного моря в Черное идет более соленая и плотная вода, а навстречу этому потоку оп поверхности – более пресная.

Те­чения нарушают широтную зональность в распределении темпе­ратуры. Во всех трех океанах – Атлантическом, Индийском и Ти­хом – под влиянием течений возникают температурные аномалии: положительные аномалии связаны с переносом теплых вод от эква­тора в более высокие широты течениями, имеющими близкое к ме­ридиональному направление; отрицательные аномалии вызваны противоположно направленными (от высоких широт к экватору) холодными течениями. Течения оказывают влияние на распределение и других океа­нологических характеристик: солености, содержания кислорода, биогенных веществ, цвета, прозрачности и др. Распределение этих характеристик оказывает огромное влияние на развитие биологи­ческих процессов, растительный и животный мир морей и океа­нов.

Смешанные течения – приливы и отливы, возникающие в результате осевого вращения Земли и притяжения планеты Солнцем и Луной. В каждой точке поверхности Океана 2 раза в сутки наблюдается прилив и 2 раза – отлив. Высота приливной волны в открытом океане – около 1,5 м, а у берегов – зависит от их конфигурации. Самый высокий прилив в заливе Фанди у берегов Северной Америки в Атлантическом океане – 18 м.

Океан как среда жизни

В Мировом океане жизнь существует повсюду – в разных формах и разных проявлениях. По условиям существования в Океане выделяются две различные области: толща воды (пелагиаль) и дно (бенталь).Бенталь разделяется на прибрежную – литораль, имеющую глубины до 200 м, и глубинную – абиссаль. Абиссальная область представлена своеобразными организмами, приспособленными к обитанию в условиях низкой температуры, вы­сокого давления, отсутствия света и относительно малого содержа­ния кислорода.

Органический мир Океана состоит из трех групп: бентоса, планктона, нектона. Бентос – обитатели дна (растения, черви, моллюски), неспособные надолго подниматься в толщу воды. Планктон – обитатели водной толщи (бактерии, грибки, водоросли, простейшие и т. д.), не обладающие способностью активно перемещаться на большие расстояния. Нектон – обитатели вод, свободно проплывающие большие расстояния (киты, дельфины, рыбы).

Зеленые растения могут развиваться только там, где освеще­ние достаточно для фотосинтеза (до глубины не более 200 м). Большую часть массы живого вещества в Океане составляет фитопланктон, населяющий верхний 100-метровый слой воды. Средняя масса фитопланктона 1,7 млрд. т, годовая продукция 550 млрд. т. Самая распро­страненная форма фитопланктона – диатомовые водоросли, пред­ставленные 15 тыс. видов. Одна диатомовая водоросль за месяц способна дать 10 млн. экземпляров. Только потому, что фито­планктон быстро отмирает и поедается в больших количествах, он не заполнил Океан. Фитопланктон – начальное звено пищевой цепи в Океане. Места обильного развития фитопланк­тона – места повышенного плодородия в Океане, богатые жизнью вообще.

Распределение жизни в Океане очень неравномерно и имеет отчетливо выраженный зональный характер. В высоких широтах северного, полушария условия развития фитопланктона неблаго­приятные – сплошной ледяной покров, полярная ночь, низкое по­ложение Солнца над горизонтом летом, холодная (ниже 0°С) вода, слабая вертикальная циркуляция (следствие опресненности верх­него слоя воды), не обеспечивающая выноса питательных веществ с глубин. Летом появляются в полыньях некоторые холодолюбивые рыбы и питающиеся рыбой тюлени.

В субполярных широтах происходит сезонная миграция кромки полярных льдов. В холодную часть года в слое в не­сколько сотен метров вода интенсивно перемешивается (следствие охлаждения), обогащаясь кислородом и питательными солями. Весной и летом поступает много света, и, несмотря на сравни­тельно низкую температуру воды (результат затрат тепла на таяние), в ней развивается масса фитопланктона. Затем следует короткий период развития зоопланктона, питающегося фито­планктоном. В этот период в субполярной зоне скапливается множество рыбы (сельдь, треска, пикша, морской окунь и др.). Приходят на откорм киты, которых особенно много в южном полушарии.

В умеренных широтах обоих полушарий сильное перемешива­ние воды, достаточное количество тепла и света создают наибо­лее благоприятные условия для развития жизни. Это самые про­дуктивные зоны Океана. Максимальное развитие фитопланктона наблюдается весной. Он усваивает питательные вещества, коли­чество их уменьшается – начинается развитие зоопланктона. Осенью – второй максимум развития фитопланктона. Обилие зоо­планктона обусловливает обилие рыбы (сельдь, треска, анчоус, лосось, сардина, тунец, камбала, палтус, навага и т. д.).

В субтропических и тропических широтах вода на поверх­ности Океана имеет повышенную соленость, но из-за высокой температуры оказывается сравнительно легкой, что мешает пе­ремешиванию. Частицы, содержащие питательные вещества, не задерживаясь, опускаются на дно. Кислорода в 2 раза меньше, чем в умеренной зоне. Фитопланктон развивается сла6o, мало и зоопланктона. В субтропических широтах вода обладает наиболь­шей прозрачностью и интенсивным голубым цветом (цвет океан­ской пустыни). В теплой воде растут не связанные с дном бурые водоросли – саргассы, типичные для этой части Океана.

В экваториальных широтах на границе пассатных течений и экваториального противотечения происходит перемешивание воды, и поэтому она относительно богата питательными солями и кислородом. Планктона здесь значительно больше, чем в соседних широтах, хотя и не так много, как на северной окраине уме­ренной зоны.

Теплая вода содержит мало углекислого газа и поэтому плохо растворяет углекислый кальций, который содержится в ней в изо­билии и легко усваивается растениями и животными. В резуль­тате раковины и скелеты животных приобретают массивность и прочность, а после отмирания организмов образуются мощные толщи карбонатовых отложений, коралловые рифы и острова, столь характерные для низких широт.

Широтная зональность распределения жизни в верхних слоях Океана, хорошо выраженная в его открытой части, нарушается на окраине под влиянием ветров и течений.

megaobuchalka.ru

Смотрите также

• 
  Окружающий мир свойства воды
• 
  Значение воды и свойства
• 
  Практическая работа свойства воды
• 
  Аномалии физических свойств воды
• 
  Полезные свойства морской воды
• 
  Органолептические свойства воды это
• 
  Удивительные свойства воды викторина
• 
  Свойства воздуха и воды
• 
  Свойства воды 2 класс
• 
  Крещенская вода ее свойства
• 
  Свойства воды в клетке