Вся масса вод Мирового океана условно подразделяется на поверхностные и глубинные. Поверхностные воды – слой толщиной 200–300 м – по природным свойствам весьма разнородны; их можно назвать океанической тропосферой. Остальные воды – океаническая стратосфера, составляющая главную массу вод, однороднее.
Поверхностные воды – зона активного термического и динамического взаимодействия
океана и атмосферы. В соответствии с зональными климатическими изменениями они подразделяются на различные водные массы, прежде всего по термогалинным свойствам. Водные массы – это сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных зонах (очагах) океана и обладающие в течение длительного времени устойчивыми физико-химическими и биологическими свойствами.
Выделяют пять типов водных масс: экваториальные, тропические, субтропические, субполярные и полярные.
Экваториальные водные массы (0-5° с. ш.) образуют межпассатные противотечения. Они обладают постоянно высокими температурами (26-28 °С), четко выраженным слоем температурного скачка на глубине 20-50 м, пониженной плотностью и соленостью – 34 – 34,5‰, малым содержанием кислорода – 3-4 г/м 3 , небольшой насыщенностью жизненными формами. Преобладает подъем водных масс. В атмосфере над ними располагается пояс низкого давления и штилей.
Тропические водные массы (5– 35° с. ш. и 0–30° ю. ш.) распространены по экваториальным перифериям субтропических барических максимумов; они формируют пассатные течения. Температура летом достигает +26...+28°С, зимой опускается до +18... +20 °С, причем она различается у западных и восточных побережий из-за течений и прибрежных стационарных апвеллингов и даун-веллингов. Апвеллинг (англ, upwelling – всплывание) – восходящее движение воды с глубины 50–100 м, порождаемое сгонными ветрами у западных побережий материков в полосе 10–30 км. Обладая пониженной температурой и в связи с этим значительной насыщенностью кислородом, глубинные воды, богатые биогенными и минеральными веществами, входя в поверхностную освещенную зону, увеличивают продуктивность водной массы. Даунвеллинги – нисходящие потоки у восточных побережий материков за счет нагона воды; они заносят вниз тепло и кислород. Слой температурного скачка выражен весь год, соленость 35–35,5‰, содержание кислорода 2–4 г/м 3 .
Субтропические водные массы обладают наиболее характерными и устойчивыми свойствами в «ядре» – круговых акваториях, ограниченных большими кольцами течений. Температура в течение года изменяется от 28 до 15°С, есть слой температурного скачка. Соленость 36–37‰, содержание кислорода 4–5 г/м 3 . В центре круговоротов происходит опускание вод. В теплых течениях субтропические водные массы проникают в умеренные широты до 50° с. ш. и 40–45° ю. ш. Эти трансформированные субтропические водные массы занимают здесь практически полностью акватории Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Охлаждаясь, субтропические воды отдают огромное количество тепла атмосфере, особенно зимой, играя весьма значительную роль в планетарном теплообмене между широтами. Границы субтропических и тропических вод весьма условны, поэтому некоторые океанологи объединяют их в один тип тропических вод.
Субполярные – субарктические (50 – 70° с. ш.) и субантарктические (45–60° ю. ш.) водные массы. Для них типично разнообразие характеристик и по сезонам года, и по полушариям. Температура летом 12–15°С, зимой 5–7 °С, уменьшаясь в сторону полюсов. Морских льдов практически не бывает, но есть айсберги. Слой температурного скачка выражен лишь летом. Соленость уменьшается от 35 до 33‰ по направлению к полюсам. Содержание кислорода 4 – 6 г/м 3 , поэтому воды богаты жизненными формами. Эти водные массы занимают север Атлантики и Тихого океана, проникая в холодных течениях вдоль восточных берегов материков в умеренные широты. В южном полушарии они образуют сплошную зону к югу от всех материков. В целом это западная циркуляция воздушных и водных масс, полоса штормов.
Полярные водные массы в Арктике и вокруг Антарктиды обладают низкой температурой: летом около 0°С, зимой –1,5...–1,7°С. Здесь постоянны солоноватые морские и пресные материковые льды и их обломки. Слоя температурного скачка нет. Соленость 32–33‰. В холодных водах растворено максимальное количество кислорода – 5–7 г/м 3 . На границе с субполярными водами наблюдается опускание плотных холодных вод, особенно зимой.
Каждая водная масса имеет свой очаг формирования. При встречах водных масс с разными свойствами образуются океанологические фронты, или зоны конвергенции (лат. converge – схожусь). Обычно они формируются на стыке теплых и холодных поверхностных течений и характеризуются опусканием водных масс. В Мировом океане несколько фронтальных зон, но основных – четыре, по две в северном и южном полушариях. В умеренных широтах они выражены у восточных берегов материков на границах субполярного циклонического и субтропического антициклонического круговоротов с их соответственно холодными и теплыми течениями: у Ньюфаундленда, Хоккайдо, Фолклендских островов и Новой Зеландии. В этих фронтальных зонах гидротермические характеристики (температура, соленость, плотность, скорости течения, сезонные колебания температуры, размеры ветровых волн, количество туманов, облачность и пр.) достигают экстремальных значений. К востоку из-за перемешивания вод фронтальные контрасты размываются. Именно в этих зонах зарождаются фронтальные циклоны внетропических широт. Две фронтальные зоны существуют и по обе стороны от термического экватора у западных берегов материков между тропическими относительно холодными водами и теплыми экваториальными водами межпассатных противотечений. Они тоже отличаются высокими значениями гидрометеорологических характеристик, большой динамической и биологической активностью, интенсивным взаимодействием океана и атмосферы. Это районы зарождения тропических циклонов.
Есть в океане и зоны дивергенции (лат. diuergento – отклоняюсь) – зоны расходимости поверхностных течений и подъема глубинных вод: у западных берегов материков умеренных широт и над термическим экватором у восточных берегов материков. Такие зоны богаты фито- и зоопланктоном, отличаются повышенной биологической продуктивностью и являются районами эффективного рыбного промысла.
Океаническую стратосферу по глубине делят на три слоя, различающиеся по температуре, освещенности и другим свойствам: промежуточные, глубинные и придонные воды. Промежуточные воды располагаются на глубинах от 300 – 500 до 1000–1200 м. Толщина их максимальна в полярных широтах и в центральных частях антициклонических круговоротов, где преобладает опускание вод. Их свойства несколько различны в зависимости от широты распространения. Общий перенос этих вод направлен от высоких широт к экватору.
Глубинные и особенно придонные воды (толщина слоя последних – 1000–1500 м над дном) отличаются большой однородностью (низкими температурами, богатством кислорода) и медленной скоростью перемещения в меридиональном направлении от полярных широт к экватору. Особенно широко распространены антарктические воды, «сползающие» с материкового склона Антарктиды. Они не только занимают все южное полушарие, но и доходят до 10–12° с. ш. в Тихом океане, до 40° с. ш. в Атлантике и до Аравийского моря в Индийском океане.
Из характеристики водных масс, особенно поверхностных, и течений ярко видно взаимодействие океана и атмосферы. Океан дает атмосфере основную массу тепла, преобразуя лучистую энергию Солнца в тепловую. Океан – огромный дистиллятор, снабжающий сушу посредством атмосферы пресной водой. Тепло, поступающее в атмосферу от океанов, обусловливает различное атмосферное давление. Из-за разницы в давлении возникает ветер. Он вызывает волнение и течения, которые переносят тепло в высокие широты или холод в низкие и т. д. Процессы взаимодействия двух оболочек Земли – атмосферы и океаносферы – сложны и многообразны.
Водные массы Мирового океана могут быть разделены на типы, характеризующиеся определенными свойствами или определенным соотношением различных характеристик. Название каждой Водной массы отражает район формирования (источник) и пути ее перемещения. Например, антарктическая придонная вода образуется в различных районах вокруг Антарктического материка и обнаруживается у дна на больших участках океана. Водные массы образуются либо в результате термохалинных изменений, обусловленных взаимодействием моря и атмосферы, либо в результате перемешивания двух или более вод. После формирования Водная масса смещается на горизонт, определяемый ее плотностью, в зависимости от вертикального распределения плотности окружающей воды, и, постепенно перемешиваясь или взаимодействуя с атмосферой (если Водная масса распространяется у поверхности или на горизонтах, близких к поверхности), теряет характерную черту (или черты), которую она приобрела в районе формирования.
Основные Водные массы Мирового океана образуются в результате термохалинных изменений. Такие Водные массы имеют экстремум по одной или многим характеристикам. Слой, в котором наблюдается этот экстремум (глубина слоя определяется плотностью воды), называется срединным слоем. Этот слой может быть обнаружен при исследовании вертикального распределения типичных свойств В. м.
Наибольшую часть поверхностных и подповерхностных Водных масс составляют центральные Водные массы, которые обнаруживаются в умеренных широтах в обоих полушариях. Они характеризуются высокой соленостью и довольно высокими температурами и могут быть подразделены на такие подтипы, как западная и восточная центральные Водные массы. Это именно те Водные массы, которые являются источником срединного слоя с низким максимумом солености (субтропическое противотечение), формирующегося в результате опускания поверхностных вод в зонах субтропических конвергенции (35—40° с. и ю. ш.) в большинстве тропических районов океана. Между центральными Водными массами северного и южного полушарий находится экваториальная вода. Эта Водная масса хорошо развита в Тихом и Индийском океанах, но ее нет в Атлантическом океане.
В направлении к полюсам центральные Водные массы охлаждаются, что связано с таянием льда и температурным контрастом между водой и атмосферой. Между полярными поверхностными Водными массами и глубинными водами существуют воды промежуточной зоны — субарктическая и субантарктическая поверхностные воды. При стыке Водных масс промежуточной зоны происходит опускание вод вдоль зоны конвергенции. Эту зону, или полярный фронт, можно рассматривать как район образования промежуточных Водных масс Мирового океана. Они холодные, имеют низкую соленость и отделяют верхнюю теплую водную сферу от нижней холодной. В Атлантическом океане наиболее распространенной промежуточной Водной массой является антарктическая промежуточная вода, образующаяся в пределах южного полярного фронта; она может быть прослежена «методом ядра» до 20° с. ш. Севернее этой широты существует срединный слой с неярко выраженным минимумом солености.
Субарктическая промежуточная вода встречается в более северных широтах, но она гораздо менее ярко выражена и не распространяется так широко, как антарктическая промежуточная вода.
Из-за мелководности Берингова пролива циркуляция между Северным Ледовитым океаном и северной частью Тихого океана ограничена; поэтому субарктическая промежуточная вода в Тихом океане имеет малое распространение Однако у побережья России происходит опускание вод и формирование промежуточной Водной массы, очень похожей на субарктическую; так как эта Водная масса неарктического происхождения, она названа северотихоокеанской промежуточной водой.
Глубинные и придонные воды образуются в полярных районах, наиболее активно — вокруг Антарктического материка и в районах, прилегающих к Южной Гренландии. Влияние Арктического бассейна на глубоководную циркуляцию Мирового океана незначительно вследствие отчлененности глубин Арктического бассейна подводными хребтами — порогами. Предполагают, что источником большей части глубинных и придонных вод является атлантический сектор Южного океана (море Уэдделла). Сильная глубоководная циркуляция приводит к тому, что влияние Атлантического океана ощущается в большинстве районов Мирового океана. Тихий океан не имеет больших источников глубинной воды, и поэтому поток ниже 2000 м, вероятно, слаб. Индийский океан имеет сложную систему глубинных вод, которая зависит скорее от смешения многих других Водных масс чем от образования типов Водных масс в результате термохалинных изменений.
Под влиянием определенных геофизических факторов. Водная масса характеризуется постоянным и непрерывным распределением физико-химических и биологических свойств в течение длительного времени. Все компоненты водной массы образуют некий единый комплекс, который может изменяться или двигаться как одно целое . В отличие от воздушных масс , для масс достаточно важную роль играет вертикальная зональность.
Главные характеристики водных масс:
- температура воды,
- содержание биогенных солей (фосфаты , силикаты , нитраты),
- содержание растворенных газов (кислород , углекислый газ).
Характеристики водных масс не остаются неизменными постоянно, они в определенных пределах колеблются по сезонам и многолетне. Между водными массами не существует четких границ, вместо того - переходные зоны взаимного влияния. Наиболее ярко это можно наблюдать на границе теплых и холодных морских течений .
Основными факторами формирования водных масс являются тепловой и водный балансы региона .
Водные массы довольно активно взаимодействуют с атмосферой . Они отдают ей тепло и влагу, биогенный и механический кислород, а из нее усваивают углекислый газ.
Классификация
Различают первичные и вторичные водные массы . К первым относят те, характеристики которых формируются под воздействием земной атмосферы. Они характеризуются наибольшей амплитудой изменений своих свойств в определенном объеме водной толщи. К вторичным водным массам относят те, что формируются под влиянием перемешивания первичных. Они характеризуются наибольшей гомогенностью .
По глубине и физико-географическими свойствами выделяют следующие типы водных масс:
- поверхностные :
- поверхностные (первичные) - до глубин 150-200 м,
- подповерхностные (первичные и вторичные) - от 150-200 м до 400-500 м;
- промежуточные (первичные и вторичные) - срединный слой океанических вод толщиной около 1000 м, на глубинах от 400-500 м до 1000-1500 м, температура которого лишь на несколько градусов выше точки замерзания воды; постоянная граница между поверхностными и глубинными водами, что препятствует их перемешиванию;
- глубинные (вторичные) - на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м;
- придонные (вторичные) - глубже 3 км.
Распространение
Типы поверхностных водных масс
Экваториальные
На протяжении всего года экваториальные воды сильно прогреваются солнцем, что находится в зените . Толщина слоя - 150-300 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 60-70 до 120-130 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −2 10 −3 см/сек. Температура вод составляет 27°...+28°С, сезонная изменчивость небольшая 2 °C. Средняя соленость от 33-34 до 34-35 ‰, ниже, чем в тропических широтах, потому что многочисленные реки и сильные ежедневные ливни довольно сильно влияют, опресняя верхний слой воды. Условная плотность 22,0-23,0. Содержание кислорода 3,0-4,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,0 мкг-ат/л.
Тропические
Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 50-70 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −3 см/сек. Температура вод составляет от 18-20 до 25-27°С. Средняя соленость 34,5-35,5 ‰. Условная плотность 24,0-26,0. Содержание кислорода 2,0-4,0 мл/л; фосфатов - 1,0-2,0 мкг-ат/л.
Субтропические
Толщина слоя - 400-500 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 20-30 до 80-100 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −3 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 25-28°С. Средняя соленость от 35-36 до 36-37 ‰. Условная плотность от 23,0-24,0 до 25,0-26,0. Содержание кислорода 4,0-5,0 мл/л; фосфатов - <0,5 мкг-ат/л.
Субполярные
Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −4 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 5-10°С. Средняя соленость 34-35 ‰. Условная плотность 25,0-27,0. Содержание кислорода 4,0-6,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,5 мкг-ат/л.
Полярные
Толщина слоя - 100-200 м. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 5-10 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −3 10 −4 см/сек. Температура вод составляет от 0-5 до -1,8°С. Средняя соленость 32-34 ‰. Условная плотность 27,0-28,0. Содержание кислорода 5,0-7,0 мл/л; фосфатов - 1,5-2,0 мкг-ат/л.
Исследования
При изучении водных масс используют методику Т, S-кривых и изопикнический метод, позволяющие устанавливать гомогенность температуры, солености и других физико-химических показателей на кривой вертикального распределения .
Примечания
Литература
- (англ.) Emery, W. J. and J. Meincke. 1986 Global water masses: summary and review. Oceanologica Acta, 9:-391.
- (рус.) Агеноров В. К. Об основных водных массах в гидросфере, М. - Свердловск, 1944.
- (рус.) Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М. - Л., 1947.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Индийского океана, Л., 1959.
- (рус.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, т. 1, выпуск 1.
- (нем.) Defant A., Dynamische Ozeanographie, B., 1929.
- (англ.) Sverdrup Н. U., Jonson М. W., Fleming R. Н., The oceans, Englewood Cliffs, 1959.
В каждом из океанов имеются характерные для них Водные массы Например, в Атлантическом океане различаются: Водные массы Гольфстрима, Северная тропическая, Южная тропическая и др. поверхностные Водные массы Водные массы , Северная атлантическая, Южная атлантическая и др. промежуточные Водные массы , Средиземноморская глубинная Водные массы и др.; в Тихом океане - Северная тропическая, Северная центрально-субтропическая, Южная тропическая и др. поверхностные Водные массы , Северная субтропическая, Южная субтропическая и др. подповерхностные Водные массы , Северная тихоокеанская, Южная тихоокеанская и др. промежуточные Водные массы , Тихоокеанские глубинные Водные массы и др.
При изучении Водные массы применяется метод Т, -kpивых и изопикнический метод, позволяющие установить однородность температуры, солёности и других показателей на кривой их вертикального распределения.
Лит.: Агеноров В. К., Об основных водных массах в гидросфере, М. - Свердловск, 1944; Зубов Н. Н., Динамическая океанология, М. - Л., 1947; Муромцев А. М., Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958; его же, Основные черты гидрологии
Под влиянием определенных геофизических факторов. Водная масса характеризуется постоянным и непрерывным распределением физико-химических и биологических свойств в течение длительного времени. Все компоненты водной массы образуют некий единый комплекс, который может изменяться или двигаться как одно целое . В отличие от воздушных масс , для масс достаточно важную роль играет вертикальная зональность.
Главные характеристики водных масс:
- температура воды,
- содержание биогенных солей (фосфаты , силикаты , нитраты),
- содержание растворенных газов (кислород , углекислый газ).
Характеристики водных масс не остаются неизменными постоянно, они в определенных пределах колеблются по сезонам и многолетне. Между водными массами не существует четких границ, вместо того - переходные зоны взаимного влияния. Наиболее ярко это можно наблюдать на границе теплых и холодных морских течений .
Основными факторами формирования водных масс являются тепловой и водный балансы региона .
Водные массы довольно активно взаимодействуют с атмосферой . Они отдают ей тепло и влагу, биогенный и механический кислород, а из нее усваивают углекислый газ.
Классификация
Различают первичные и вторичные водные массы . К первым относят те, характеристики которых формируются под воздействием земной атмосферы. Они характеризуются наибольшей амплитудой изменений своих свойств в определенном объеме водной толщи. К вторичных водных масс относят те, что формируются под влиянием перемешивания первичных. Они характеризуются наибольшей гомогенностью .
По глубине и физико-географическими свойствами выделяют следующие типы водных масс:
- поверхностные :
- поверхностные (первичные) - до глубин 150-200 м,
- подповерхностные (первичные и вторичные) - от 150-200 м до 400-500 м;
- промежуточные (первичные и вторичные) - срединный слой океанических вод толщиной около 1000 м, на глубинах от 400-500 м до 1000-1500 м, температура которого лишь на несколько градусов выше точки замерзания воды; постоянная граница между поверхностными и глубинными водами, что препятствует их перемешиванию;
- глубинные (вторичные) - на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м;
- придонные (вторичные) - глубже 3 км.
Распространение
Типы поверхностных водных масс
Экваториальные
На протяжении всего года экваториальные воды сильно прогреваются солнцем, что находится в зените . Толщина слоя - 150-300 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 60-70 до 120-130 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −2 10 −3 см/сек. Температура вод составляет 27°...+28°С, сезонная изменчивость небольшая 2 °C. Средняя соленость от 33-34 до 34-35 ‰, ниже, чем в тропических широтах, потому что многочисленные реки и сильные ежедневные ливни довольно сильно влияют, опресняя верхний слой воды. Условная плотность 22,0-23,0. Содержание кислорода 3,0-4,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,0 мкг-ат/л.
Тропические
Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 50-70 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −3 см/сек. Температура вод составляет от 18-20 до 25-27°С. Средняя соленость 34,5-35,5 ‰. Условная плотность 24,0-26,0. Содержание кислорода 2,0-4,0 мл/л; фосфатов - 1,0-2,0 мкг-ат/л.
Субтропические
Толщина слоя - 400-500 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 20-30 до 80-100 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −3 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 25-28°С. Средняя соленость от 35-36 до 36-37 ‰. Условная плотность от 23,0-24,0 до 25,0-26,0. Содержание кислорода 4,0-5,0 мл/л; фосфатов - <0,5 мкг-ат/л.
Субполярные
Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 −4 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 5-10°С. Средняя соленость 34-35 ‰. Условная плотность 25,0-27,0. Содержание кислорода 4,0-6,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,5 мкг-ат/л.
Литература
- (англ.) Emery, W. J. and J. Meincke. 1986 Global water masses: summary and review. Oceanologica Acta, 9:-391.
- (рус.) Агеноров В. К. Об основных водных массах в гидросфере, М. - Свердловск, 1944.
- (рус.) Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М. - Л., 1947.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Индийского океана, Л., 1959.
- (рус.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, т. 1, выпуск 1.
- (нем.) Defant A., Dynamische Ozeanographie, B., 1929.
- (англ.) Sverdrup Н. U., Jonson М. W., Fleming R. Н., The oceans, Englewood Cliffs, 1959.