ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4690
Скачиваний: 7
подразделяют на вулканические и коралловые (органогенные).
Вулканические острова
–
результат
извержения подводных вулканов, вершины которых оказались над уровнем Океана. Они либо
образуют цепочку островов вдоль глубоководных желобов в переходной зоне океана (Курильские),
либо являются выходами на поверхность срединно-океанических хребтов (остров Исландия – часть
такого подводного хребта с разломом вдоль оси, активным вулканизмом и интенсивной
гидротермальной деятельностью). Нередко это сводово-глыбовые подводные хребты на ложе океана,
гребни которых увенчаны вулканическими горами (Гавайские острова). По дну океанов, особенно
Тихого, рассеяно огромное количество одиночных островов вулканического происхождения.
Коралловые острова
характерны для жаркого пояса, особенно много их в Тихом и Индийском
океанах. Коралловые сооружения –
атоллы
имеют форму кольца или подковы диаметром до
нескольких десятков километров вокруг мелководной лагуны. Основанием для них обычно служат
плосковершинные подводные вулканы –
гайоты.
Иногда атоллы образуют гирлянды вдоль берегов –
барьерные рифы,
например Большой Барьерный риф, протянувшийся вдоль восточного побережья
Австралии на 2000 км.
Уровенная поверхность океана –
свободная водная поверхность океанов и морей,
близкая к геоидной форме. В нашей стране за исходный уровень – стандарт, от которого
отсчитываются абсолютная высота поверхности суши и глубины морей, берется средний
многолетний уровень Балтийского моря у Кронштадта (Балтийская система высот).
Уровень Мирового океана подвержен разного рода колебаниям, как периодическим, так и
непериодическим. К
периодическим колебаниям
относятся, например, суточные колебания из-за
приливов-отливов, годовые из-за температуры, осадков, ветров.
Непериодические колебания
возникают из-за прохождения тропических циклонов, цунами, моретрясений и т. д. Периоды
колебаний могут быть
короткими
(прилив-отлив через 6 ч 12,5 мин) и
длительными, вековыми
(сотни
лет). Например, многие постройки Скандинавии, некогда возведенные на берегу моря, находятся
сейчас далеко от него. А в Голландии, Венеции происходит опускание суши и наступление моря.
Вековые изменения
могут быть вызваны разными причинами: изменениями объема воды в Океане
(гидрократические, или эвстатические,
колебания) или изменениями емкости Океана
(геократические, или тектонические,
колебания). Геократические колебания вызваны
тектоническими нарушениями дна Океана, из-за чего изменяется объем Мирового океана.
Это неоднократно происходило в течение геологического времени, вызывая
трансгрессии
(наступление) и
регрессии
(отступание) моря.
Рис. 80. Изменение уровня Мирового океана и его возможные отклонения в голоцене (по Р. К. Клиге
и др.)
Взаимосвязанные теократические и гидрократические изменения неоднократно происходили в
плейстоцене. При похолодании огромная масса воды в виде льда консервировалась на суше и уровень
Океана понижался на 100–120 м.
При потеплении во время межледниковий в результате таяния льда вода поступала в Океан и его
уровень повышался (рис. 79). На характер колебаний уровня Океана в четвертичный период
определенное влияние оказывали гляциоизостатические компенсации. На рисунке 80 отражено
направленное повышение уровня Мирового океана после окончания четвертичных оледенений в
голоцене (около 10 тыс. лет назад). Видно, что он достиг своего современного положения примерно в
середине атлантического периода голоцена около 6 тыс. лет назад и с тех пор испытывает
периодические колебания вокруг нулевой отметки. Вместе с тем повышение уровня Мирового океана
за последние 100 лет на 16 см связывают с глобальным антропогенным потеплением климата на
Земле, которое вызвало таяние ледников и тепловое расширение воды в Океане (рис. 81). Расчеты
свидетельствуют о дальнейшем повышении уровня Океана примерно на 20–30 см к середине XXI в.,
хотя крайние оценки существенно расходятся: от 5–7 см до 140 см. Общая картина изменения уровня
Океана весьма сложна и обычно вычисляется для определенных пунктов наблюдений.
Рис. 81. Современные изменения уровня Мирового океана (по Р. К. Клиге и др.)
14.2. Основные физико-химические свойства океанской (морской) воды
Океанская вода
–
универсальный однородный ионизированный раствор, в состав которого входят
все химические элементы. В растворе находятся твердые минеральные вещества (соли) и газы, а
также взвеси органического и неорганического происхождения.
Соленость морской воды.
По массе растворенные соли составляют всего 3,5%, но они придают
воде горько-соленый вкус и другие свойства. Состав морской воды и содержание в ней разных групп
солей видны из таблицы 8. Морская вода по составу резко отличается от речной воды, ибо в ней
преобладают хлориды. Интересно отметить, что состав солей плазмы крови близок к составу солей
морской воды, в которой, как считают многие ученые, зародилась жизнь.
Та
блица 8
Содержание солей в морской и речной воде
(в % от всей массы солей) (по Л. К. Давыдову и др.)
Основные соединения
Морская вода Речная вода
Хлориды (Nad, MgCl,)
88.7
5
Сульфаты (MgSO
4
, CaSO
4
, K
2
SO
4
)
10,8
10
Карбонаты (СаСО
3
)
0,3
60
Соединения азота, фосфора, кремния, органические и прочие вещества
0,2
25
ВСЕГО
100%
100%
Соленость
–
количество солей в граммах в I кг морской воды.
Средняя соленость Океана 35%
0
. Из
35 граммов солей в морской воде больше всего поваренной соли (около 27 г), поэтому она соленая.
Горький вкус ей придают соли магния. Линии на карте, соединяющие точки с одинаковой
соленостью, называются
изогалинами.
Океанская вода образовалась из горячих соленых растворов земных недр и газов, так что
соленость
ее изначальная. Состав морской воды напоминает состав
ювенильных вод,
т. е. вод и газов,
выделяющихся при вулканических извержениях из магмы и впервые вступающих в круговорот воды
на Земле. Газы, выделяемые из современных вулканов, состоят преимущественно из водяного пара
(около 75%), углекислого газа (до 20%), хлора (7%), метана (3%), серы и других компонентов.
Первоначальный состав солей морской воды и соленость ее были несколько иными. Изменения,
которые она претерпела в процессе эволюции Земли, были вызваны прежде всего появлением жизни,
особенно механизма фотосинтеза и связанного с ним продуцирования кислорода. Некоторые
изменения, по-видимому, вносили речные воды, которые на первых порах выщелачивали горные
породы на суше и доставляли в Океан легкорастворимые соли, а в дальнейшем – в основном
карбонаты. Однако живые организмы, особенно животные, потребляли огромное количество сначала
кремния, а потом кальция для образования своих внутренних скелетов и раковин. После отмирания
они погружались на дно и выпадали из круговорота минеральных веществ, не увеличивая
содержание карбонатов в морской воде.
В истории развития Мирового океана были периоды, когда соленость колебалась в сторону
уменьшения или увеличения. Это происходило как в результате геологических причин, ибо
тектоническая активизация недр и вулканизм влияли на активность дегазации магмы, так и за счет
климатических изменений. В суровые ледниковые эпохи, когда большие массы пресной воды
консервировались на суше в виде ледников, соленость возрастала. При потеплении в межледниковые
эпохи, когда в Океан поступали талые ледниковые воды, она уменьшалась. В аридные эпохи
соленость увеличивалась, во влажные – уменьшалась.
В распределении солености поверхностных вод примерно до глубины 200 м прослеживается
зональность,
что связано с балансом (приходом и расходом) пресной воды, и прежде всего с
количеством выпадающих осадков и испарением. Уменьшают соленость морской воды речные воды
и айсберги.
В экваториальных и субэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем тратится
воды на испарение (К увлажнения >1), и велик речной сток, соленость чуть менее 35%
0
. В
тропических и субтропических широтах из-за отрицательного пресного баланса (осадков мало, а
испарение велико) соленость составляет 37%о. В умеренных широтах соленость близка к 35%о. В
приполярных и полярных широтах соленость наименьшая – около 32%о, поскольку количество
осадков превышает испарение, велик речной сток, особенно сибирских рек, много айсбергов,
главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии.
Рис. 82. Типы вертикального распределения солености (по Л. К. Давыдову и др.)
Зональную закономерность солености нарушают морские течения и приток речных вод.
Например, в умеренных широтах северного полушария соленость больше у западных берегов
материков, куда поступают субтропические воды повышенной солености, приносимые теплыми
течениями, меньше – у восточных берегов материков, куда холодные течения приносят менее
соленые субполярные воды.
Из океанов наибольшей соленостью обладает Атлантический океан. Это объясняется, во-первых,
сравнительной узостью его в низких широтах в сочетании с близостью к Африке с ее пустынями,
откуда на океан беспрепятственно дует жаркий сухой ветер, повышающий испарение морской воды.
Во-вторых, в умеренных широтах западный ветер уносит атлантический воздух далеко в глубь
Евразии, где из него выпадает значительная часть осадков, не полностью возвращающихся в
Атлантический океан. Соленость Тихого океана меньше, так как он, наоборот, широк в
экваториальном поясе, где соленость воды пониженная, а в умеренных широтах Кордильеры и Анды
задерживают обильные осадки на наветренных западных склонах гор, и они вновь поступают в
Тихий океан, рассоляя его.
Наименьшая соленость воды в Северном Ледовитом океане, особенно у Азиатского побережья,
близ устьев сибирских рек – менее 10%о. Однако в приполярных широтах происходит сезонное
изменение солености воды: осенью – зимой при образовании морского льда и уменьшении речного
стока соленость возрастает, весной – летом при таянии морского льда и увеличении речного стока –
уменьшается. Вокруг Гренландии и Антарктиды летом соленость становится меньше еще и за счет
тающих айсбергов и подтаивания краевых частей покровных и шельфовых ледников.
Максимальная соленость воды наблюдается в тропических внутренних морях и заливах,
окруженных пустынями, например в Красном море – 42%
0
, в Персидском заливе – 39%
0
.
Несмотря на различную соленость морской воды в разных акваториях Океана, процентное
соотношение растворенных в ней солей неизменно. Оно обеспечивается подвижностью воды,
непрерывным горизонтальным и вертикальным ее перемешиванием, что в совокупности приводит к
общей циркуляции вод Мирового океана.
Изменение солености воды по вертикали в океанах различно. Намечено пять зональных типов
вертикального распределения солености: I – полярный, II – субполярный, III – умеренный, IV –
тропический и V – экваториальный. Они представлены в виде графиков на рисунке 82.
Распределение солености по глубине в морях весьма различно в зависимости от величины баланса
пресной влаги, интенсивности вертикального перемешивания и водообмена с соседними
акваториями.
Годовые колебания солености в открытых частях Океана незначительны и в поверхностных слоях
не превышают 1 %о, а с глубины 1500 – 2000 м соленость в течение года практически неизменна. В
прибрежных окраинных морях и заливах сезонные колебания солености воды значительнее. В морях
Северного Ледовитого океана в конце весны соленость снижается за счет притока речных вод, а в
акваториях с муссонным климатом летом – еще и за счет обилия осадков. В полярных и субполярных
широтах сезонные изменения солености поверхностных вод обусловлены в большей степени
процессами замерзания воды осенью и таяния морских льдов весной, а также таянием ледников и
айсбергов во время полярного дня, о чем будет сказано позже.
Соленость воды влияет на многие ее физические свойства: температуру, плотность,
электропроводность, скорость распространения звука, быстроту образования льда и др.
Интересно заметить, что в морях близ карстовых побережий на дне нередки мощные подводные
(субмаринные) источники пресной воды, поднимающиеся к поверхности в виде фонтанов. Такие
«пресные окна» среди соленой воды известны у берегов Югославии в Адриатическом море, у берегов
Абхазии в Черном море, у берегов Франции, Флориды и в других местах. Эта вода используется
моряками для хозяйственно-бытовых нужд.
Газовый состав океанов.
В морской воде, кроме солей, растворены газы азот, кислород, диоксид
углерода, сероводород и др. И хотя содержание газов в воде крайне незначительно и заметно
изменяется в пространстве и во времени, их достаточно для развития органической жизни и
биогеохимических процессов.
Кислорода
в морской воде больше, чем в атмосфере, особенно в верхнем слое (35% при
температуре 0 °С). Главным источником его служит фитопланктон, который называют «легкими
планеты». Глубже 200 м содержание кислорода уменьшается, но с 1500 м вновь возрастает, даже в
экваториальных широтах, за счет поступления вод из приполярных областей, где насыщенность
кислородом достигает 70–90%. Расходуется кислород путем отдачи в атмосферу при избытке его в
поверхностных слоях (особенно днем), на дыхание морских организмов и на окисление различных
веществ.
Азота
в морской воде меньше, чем в атмосфере. Содержание свободного азота связано с
распадом органических веществ. Растворенный в воде азот усваивается особыми бактериями,
перерабатывается в азотистые соединения, которые имеют большое значение для жизни растений и
животных. В морской воде растворено некоторое количество свободной и связанной
углекислоты,
которая попадает в воду из воздуха при дыхании морских организмов, при разложении органических
веществ, а также при вулканических извержениях. Она важна для биологических процессов, так как
это единственный источник углерода, который необходим растениям для построения органического
вещества.
Сероводород
образуется в глубоких застойных котловинах в нижних частях водных толщ
при разложении органических веществ и в результате жизнедеятельности микроорганизмов
(например, в Черном море). Так как сероводород является сильно ядовитым веществом, он резко
понижает биологическую продуктивность воды.
Поскольку растворимость газов интенсивнее при низких температурах, воды высоких широт
содержат их больше, в том числе важнейшего для жизни газа – кислорода. Поверхностные воды там
даже перенасыщены кислородом и биологическая продуктивность вод выше, чем в низких широтах,
хотя видовое разнообразие животных и растений беднее. В холодное время года Океан поглощает
газы из атмосферы, в теплое время он выделяет их.
Плотность
–
важное физическое свойство морской воды. Морская вода плотнее пресной воды.
Чем выше соленость и ниже температура воды, тем плотность ее больше. Плотность поверхностных
вод увеличивается от экватора к тропикам благодаря нарастанию солености и от умеренных широт к
полярным кругам в результате понижения температуры, а зимой еще и за счет увеличения солености.
Это приводит к интенсивному опусканию полярных вод в холодный сезон, который продолжается 8 –
9 месяцев. В придонных слоях полярные воды движутся к экватору, вследствие чего глубинные воды
Мирового океана в целом холодные (2 – 4°С), но обогащенные кислородом.
Цвет и прозрачность
зависят от отражения, поглощения и рассеяния солнечного света, а также
от взвешенных в воде веществ органического и минерального происхождения. Синий цвет присущ
воде в открытой части Океана, где нет взвесей. У побережий, где много взвесей, приносимых реками
и временными водотоками с суши, а также за счет взмучивания прибрежного грунта при волнении,
цвет воды зеленоватый, желтый, коричневый и др. При обилии планктона цвет воды синевато-
зеленый.
Для визуальных наблюдений цвета морской воды используется шкала цветности, состоящая из 21
пробирки с цветными растворами – от синего до коричневого цвета. Цвет воды нельзя отождествлять
с цветом поверхности моря. Он зависит от погодных условий, особенно от облачности, а также от
ветра и волнения.
Прозрачность лучше в открытой части Океана, например в Саргассовом море, – 67 м, хуже – у
побережий, где много взвесей. Прозрачность уменьшается в период массового развития планктона.
Свечение моря (биолюминесценция) –
это свечение в морской воде живых организмов,
содержащих фосфор и испускающих «живой» свет. Светятся прежде всего простейшие низшие
организмы (ночесветка и др.), некоторые бактерии, медузы, черви, рыбы во всех слоях воды. Поэтому
мрачные глубины Океана не совсем лишены света. Свечение усили-
вается при волнении, поэтому судам ночью сопутствует настоящая иллюминация. Среди биологов
нет единого мнения о назначении свечения. Предполагают, что оно служит либо для отпугивания
хищников, либо для поисков пищи, либо для привлечения особей противоположного пола в темноте.
Холодное свечение морских рыб позволяет находить их косяки рыболовным судам.
Звукопроводимость –
акустическое свойство морской воды. Распространение звука в морской
воде зависит от температуры, солености, давления, содержания газов и взвесей. В среднем скорость
звука в Мировом океане колеблется в пределах 1400–1550 м/с. С повышением температуры,
увеличением солености и давления она увеличивается, при уменьшении – убывает. В океанах
обнаружены слои с разной проводимостью звука:
зву-корассеивающий слой
и слой, обладающий
звуковой сверхпроводимостью, –
подводный
«звуковой канал».
К звукорассеивающему слою приурочены скопления зоопланктона и
соответственно рыб. Он испытывает суточные миграции: ночью поднимается, днем опускается. Его
используют подводники, так как он гасит шум от двигателей подводных лодок, и рыболовные суда –
для обнаружения косяков рыб. «Звуковой канал» начали использовать для краткосрочного прогноза
волн цунами, в практике подводной навигации для сверхдальней передачи акустических сигналов.
Электропроводность
морской воды высокая. Она прямо пропорциональна солености и
температуре.
Естественная радиоактивность
морских вод мала, но многие растения и животные способны
концентрировать радиоактивные изотопы. Поэтому в настоящее время улов рыбы и других
морепродуктов проходит спецпроверку на радиоактивность.
14.3. Тепловой режим Мирового океана
Основной источник поступления тепла, получаемого поверхностью Мирового океана, –
суммарная солнечная радиация. Ее доля в экваториально-тропических широтах составляет 90 %.
Главная статья расхода – затрата тепла на испарение, которая в тех же широтах достигает 80 %.
Дополнительным источником перераспределения тепла служат речные воды, материки (их теплое
или холодное «дыхание»), господствующие ветры и особенно морские течения.
Поскольку вода – одно из самых теплоемких тел, а Мировой океан составляет 71 % поверхности
земного шара, он, точнее, его поверхностный слой, является гигантским аккумулятором тепла и
выполняет функции терморегулятора планеты.
Средняя годовая температура поверхностных вод океана +17,4°С, т. е. на 3 °С больше средней
годовой температуры воздуха. Причем в северном полушарии она на 3°С выше, чем в южном.