Циркуляция вод в мировом океане

 

Общая схема течений в Мировом океане формируется под влиянием сложных процессов взаимодействия океана и атмосферы. Важнейшая причина движения и течений воздушных и водных масс - это неравномерное распределение солнечной радиации по поверхности Земли. Различие в количествах тепла, получаемого в низких и высоких широтах, создает различия в плотности воздуха и воды, а это приводит к образованию воздушных и морских плотностных течений. Под влиянием атмосферной циркуляции возникают ветровые и дрейфовые течения, которые сочетаются с плотностными потоками и приливными. На рисунке 26 представлена схематическая карта течений Мирового океана в значительной мере учитывающая отмеченные особенности.

Главными элементами общей системы циркуляции вод в Мировом океане являются течения зональные и меридиональные, циклонические и

Рис. 26. Схематическая карта течений Мирового океана

(номера и названия течений см. табл. 7)

 

антициклонические, пограничные, а также глубинные и подповерхностные течения, зоны конвергенции (сходимости) и дивергенции (разветвления). Большинство из них являются частью системы замкнутых циркулярных круговоротов. Существуют экваториальные, субэкваториальные, тропические, субполярные и полярные круговороты. В Атлантическом океане тропический круговорот в северном полушарии включает течения антициклонического характера: Гольфстрим, Северо-Атлантическое, Канарское - они движутся по часовой стрелке; а в южном полушарии - Южное Пассатное, Бразильское, Южно-Атлантическое (Западных ветров), Бенгельское – они движутся против часовой стрелки. В умеренных и субполярных широтах северного полушария течения циклонического характера образуют круговороты, направленные против часовой стрелки. В южном полушарии образуется мощное циркумполярное течение Западных ветров, направленное с запада на восток. Антициклонические и циклонические круговороты связаны между собой, образуя единую планетарную систему течений. Доминируют зональные (субширотные) течения, а меридиональные представляют собой замыкающие звенья. Следует отметить, что в приповерхностных и глубинных слоях широко распространены противотечения (течения Ломоносова, Кромвеля и др.). Большое влияние на течения оказывают материки и рельеф дна Мирового океана.

 

Таблица 7

Основные течения Мирового океана

УРОВЕНЬ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ И ЕГО КОЛЕБАНИЕ. ВОДНЫЕ МАССЫ

 

Уровень моря. Нуль глубин

 

Свободная поверхность океанов и морей называется уровенной поверхностью. Невозмущенная поверхность Мирового океана - геоидальна. Реальная поверхность постоянно испытывает деформации - колебания уровня физико-механического, космического (приливы) или геодинамического (тектоника) характера. Для решения многих задач применяется понятие отсчетной поверхности - средний многолетний уровень моря, относительно которого рассматриваются высоты на суше и глубины океанов. Высота фактической уровенной поверхности моря над отсчетной поверхностью называется уровнем моря и измеряется в сантиметрах.

Уровни в разных местах значительно (иногда до 3 м) различаются. Чтобы сделать сравнимыми результаты измерений глубин, их приводят к определенной отсчетной поверхности, называемой нулем глубин. Для разных уровенных постов, на которых производятся наблюдения и измерения, существует свой нуль глубин, положение которого привязывается нивелировкой к государственной системе высот. Для России и Украины нуль поста проходит через нуль Кронштадтского футштока на Балтийском море.

 

Изменения уровня моря

 

Поверхность Мирового океана под влиянием различных сил испытывает периодические и непериодические изменения и колебания, отклоняясь от среднего многолетнего уровня, наиболее близкого к поверхности геоида. По продолжительности выделяются 3 группы колебаний уровня моря: кратковременные, сезонные, долгопериодные.

1. Кратковременныеколебания уровня, вызываемые синоптическими процессами в атмосфере, влиянием давления и ветра, называются анемобарическими колебаниями уровня. Они обусловлены длиной барической волны, распространяющейся из фронтальных областей повышенного или пониженного давления. Колебания, связанные со сгонно-нагонной циркуляцией вод под влиянием ветров, называются сгонно-нагонными колебаниями уровня. Они могут принимать катастрофические масштабы при прохождении тайфунов.

2 Сезонные колебания уровня связаны с изменением элементов водного баланса, колебаниями внешнего годового водообмена. Они могут быть обусловлены продолжительными и интенсивными ливнями, обильными снегопадами, таянием льдов, длительными периодами с засухами, интенсивным испарением. Наиболее высокое положение уровня моря в течение года приходится на лето. Это связано с пониженным атмосферным давлением, повышенными температурами воды, муссонными осадками и привносом дополнительного количества воды в период весеннего половодья. Зимой характерны пониженные отметки из-за изъятия части воды на формирование снежно-ледяного покрова.

3.Долгопериодные изменения уровня подразделяются на:

а) Многолетние колебания. Они зависят от климатических изменений, связанных, например, с солнечной активностью. Имеют незначительный размах - 20-30 см.

б) Вековые колебания измеряются периодами в десятилетия и сотни лет и связаны с циклическим развитием климата («эпохи похолодания»).

в) Периоды геологического масштаба исчисляются тысячелетиями и миллионами лет. К ним относятся:

- эвстатические колебания уровня, связанные с изменением объема материковых ледников в ледниковые периоды и межледниковья;

- колебания уровня, связанные с медленными эпейрогенетическимидвижениями земной коры (планета «дышит») тектонического характера и, в связи с этим, изменением размеров и формы океанов.

Постоянно проводимое изучение уровня моря важно не только для решения чисто прикладных задач (например, составление навигационных карт), но и для разработки глобальных климатических, геолого-тектонических и геодезических проблем Земли.

Водные массы океана

Водной массой называется сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенном участке Мирового океана, обладающий в течение длительного времени постоянным комплексом физических, химических и биологических характеристик, и распространяющийся как одно единое целое (по А.Д.Добровольскому, 1947).

Каждая водная масса обладает набором физико-химических параметров, позволяющих идентифицировать ее, провести модельные исследования. К таким параметрам относятся: температура, соленость, цвет, прозрачность, содержание О₂, Н₂S, химические коэффициенты, изотопный состав воды, минералогический состав взвесей, видовой состав планктона, бентоса и др. К структурно-морфологическим элементам водной массы относят:

1. Ядро – отчетливо выделяющийся участок с устойчивыми показателями, близкими показателями того района в Мировом океане, где формировалась эта водная масса.

2. Периферия – окраинные участки водной массы с некоторыми изменениями параметров водной среды вследствие трансформации трех видов:

- зональная трансформация – переход из одной климатической зоны в другую и смешивание с другими водными массами;

- сезонная трансформация – изменение местных гидро-метеорологических характеристик в летний – зимний период.

- трансформация смешивания – перемешивание соседних водных масс.

3. Фронт – пограничная область двух водных масс, которая может быть условно показана в виде линии на поверхности океана по максимальной величине горизонтальных градиентов. Для фронта характерна фронтальная трансформация водной среды, которая протекает наиболее активно и сопровождается процессами уплотнения, смешивания, вертикальными движениями вод.

Водная масса - понятие географическое, связанное с местом ее формирования и путями распространения. Для распознания водных масс, их границ, а также для исследования пространственного распространения водных масс используется Т,S-анализ, который графически выражается Т,S-кривой (рис. 27). На графике по абсциссе откладывается соленость (S, ‰), а по ординате - температура (Т, °C). Полученное Т,S-поле позволяет строить изопикны - линии равных плотностей.

 

Рис. 27. T, S-кривые трех станций НИС «Витязь», 1966 г.

 

Водные массы Мирового океана относятся к категории морские воды (S более 1‰) или галосфера. Здесь выделяют основные и вторичные водные массы. Основных водных масс шесть: экваториальные, тропические, субтропические, умеренных широт, субполярные и полярные. По вертикали они делятся на: поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные и придонные; по полушариям на: северные, южные; по долготам на: восточные, западные.

Концепция водных масс положена в основу районирования Мирового океана.

 

ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ МИРОВОГО ОКЕАНА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

 

Биологические ресурсы

 

Океан — среда обитания различных организмов. В океане обитает около 150 тыс. видов животных и более 15 тыс. видов растений, многие из которых могут использоваться в качестве биологических ресурсов. Особенно много одноклеточных организмов, в частности одноклеточных водорослей. Они составляют до 80 % всей фитомассы океана. По современным данным на долю океана приходится около 40% первичной продукции и около 0,5% всей биомассы нашей планеты.

Под биологическими ресурсами океана понимается потенциальная продукция полезных организмов, которая всегда выше возможного изъятия биологических продуктов. Продукция характеризует производительность (продуцирование) организмов, т.е. это понятие экологическое.

Биомасса - это количество живых организмов (по массе или объему) в 1 м³ воды (для планктона и нектона) или на 1 м² площади (для бентоса).

По условиям обитания все морские организмы подразделяются на планктон, бентос и нектон.

Планктон включает в себя многочисленные виды одноклеточных водорослей, из животных — различных простейших, рачков, некоторые виды червей, кишечнополостных и моллюсков. Организмы планктона не имеют органов активного плавания и перемещаются в буквальном смысле по воле волн и течений. В состав планктона входят кремнистые организмы (диатомовые водоросли и радиолярии), известковые организмы (водоросли кокколитофориды), из простейших — фораминиферы.

К бентосу относятся различные животные и растения, живущие либо на поверхности морского дна, либо в донном грунте. Это различные водоросли, морская трава (представители цветковых растений), многие виды моллюсков, ракообразные, черни, иглокожие, некоторые простейшие. К бентосным организмам относятся также «обрастатели» — моллюски, губки, водоросли, поселяющиеся, в частности, на поверхностях искусственных сооружений. Многим бентосным свойственны явления симбиоза (например, одноклеточная зеленая водоросль зооксантелла, поселяющаяся в полости живых коралловых полипов).

Нектон объединяет всех морских животных, активно перемещающихся в воде или по ее поверхности. Это рыбы, морские млекопитающие (китообразные, ластоногие), некоторые представители моллюсков (осьминоги, кальмары, каракатицы и др.), рептилий (коралловые змеи, черепахи и др.). Хотя нектон представлен преимущественно крупными животными, его биомасса в 23 раза меньше суммарной биомассы планктона.

В используемых биоресурсах главное место занимает нектон, а в нем преобладают рыбы (80%), кальмары (10%), ластоногие. На долю рыб приходится 90% ресурсов океана (используемых). В рыбном промысле добываются сельдевые (30%), тресковые, камбаловые, особо ценные осетровые и лососевые. Зверобойный промысел (моржи, тюлени, котики) и китобойный промысел сейчас ограничены. Бентос дает ракообразных (крабы, лангусты, омары) и моллюсков (мидии, устрицы). Добываются и водоросли (ламинарии, филлофора, анфельция).

В океане выделяются две области распространения жизни — пелагиаль (поверхность воды и водная толща) и бенталь (дно океана).

В пелагиали наиболее населена верхняя 50-метровая толща воды, но и здесь жизнь распространена неодинаково. Ближе к берегу она обильней, чем в открытом океане.

В бентали также большая часть жизни сосредоточена на малых прибрежных глубинах. На 8% площади океана, лежащей на глубине менее 200 м, сосредоточено 59% всей биомассы океана. На ту часть океана, которая имеет глубины от 200 до 3000 м (17% площади), приходится 31% биомассы. На глубинах более 3 тыс. м (75% площади океана) биомасса составляет только 0,5%. Яркое представление о закономерностях распределения жизни в океане дает рисунок 28.

Рис.28. Распределение первичной продукции (мг/м² в день) в океане

1 - < 100; 2 – 100-150; 3 – 150-250; 4 – 250-500; 5 - >500

 

Примерно 60% площади Мирового океана в плане продуктивности представляют собой «пустыню». В открытом океане этот показатель составляет 7 кг/км², на материковом склоне – 65, а на шельфе – 2504 кг/км². Средняя продуктивность - 184 кг/км². 90% улова приходится на шельф.

Общий годовой вылов морских организмов составлял в 90-х гг. ХХ в. 75 млн. т., сейчас – более 100 млн. т. Нужны меры по регулированию и ограничению промыслов.

Минеральные ресурсы

 

В морской воде, называемой иногда «тощей рудой» представлены почти все элементы системы Менделеева, однако их концентрация столь мала, что добыча является нерентабельной. Полезные ископаемые содержатся также в донных отложениях, на шельфе и в береговых россыпях. В россыпях добывают титан, цирконий, касситерит, золото, платину, серебро, цинк, алмазы. Шахтным способом добывают каменный уголь (Англия, Япония), руды (Fe, Ni, Cu, Hg, Sn). Эксплуатируется более 350 морских месторождений нефти и несколько сотен - газа. В 1990 г. доля «морской» нефти в общей добыче составила около 30% и продолжает расти. Нефть, газ добывают в основном на шельфе (Персидский, Мексиканский заливы, Северное море, Нефтяные камни на Каспии). В Украине крупные месторождения нефти и газа сосредоточены в прибрежной части Черного и Азовского морей. Особо ценными являются железо-марганциевые конкреции на дне океана, запасы которых составляют 2 трлн.т. Из морской воды извлекают поваренную соль, Mg, К, Вr. В аридных регионах из морской воды ежегодно добывают миллионы кубометров пресной воды в результате дистилляции (более 100 опреснительных установок в Кувейте, США, Шевченко на Каспии).

 

Энергетические ресурсы

 

Энергетические ресурсы океана огромны, и они экологически чистые. Существует несколько источников энергии, которые представлены приливно-отливной деятельностью, ветровым волнением, термическим градиентом морской воды на разных глубинах, осмотическим давлением в районах смешивания соленой и пресной воды. Добыча энергии из океана находится в стадии научных и опытно-инженерных разработок. Реально существует приливная электростанция ПЭС в Сен-Мало (Франция) мощностью 240 тыс. кВт, построенная в 1967 г. в устье р.Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш. В России действует единственная Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове. Имеются проекты строительства приливных электростанций в устье р.Мезень и в Пенжинском заливе Охотского моря.

Океаническая энергетика - дело будущего.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МИРОВОГО ОКЕАНА