X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018
ВОДЫ МИРОВОГО ОКЕАНА
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Роль океана в жизни Земли. Океан занимает почти 3/4 поверхности нашей планеты. Вода – одно из самых удивительных веществ на Земле, драгоценная жидкость, дар природы нашей планете. В таком количестве, как на Земле, её нет нигде в Солнечной системе.
Океан определяет многие черты природы Земли: отдает атмосфере накопленное тепло, питает ее влагой, часть которой переносится на сушу. Он оказывает большое влияние на климат, почву, растительный и животный мир суши. Велика его роль в хозяйственной деятельности человека. Океан – целитель, дающий лекарства и принимающий на свои берега миллионы отдыхающих. Он – источник морепродуктов, многих полезных ископаемых, энергии; он и «кухня погоды», и самая просторная в мире дорога, связывающая материки. Благодаря работе бактерий океан обладает способностью (до определенного предела) самоочищаться, и поэтому многие отходы, образовавшиеся на Земле, уничтожаются в нем.
История человечества неразрывно связана с изучением и освоением океана. Познание его началось в глубокой древности. Особенно много новых данных получено за последние десятилетия с помощью новейшей техники. Исследования, проведенные на научных судах, собранные автоматическими океанографическими станциями, а также искусственными спутниками Земли, помогли обнаружить вихри в водах океана, глубинные противотечения, доказать существование жизни на больших глубинах. Изучение строения дна океана позволило создать теорию движения литосферных плит.
Происхождение вод Мирового океана. Океан – главный хранитель воды, самого распространенного вещества на Земле, давно поражающего исследователей необычностью своих свойств. Только вода в нормальных земных условиях может находиться в трех состояниях. Это свойство обеспечивает вездесущность воды. Она пронизывает всю географическую оболочку и производит в ней разнообразную работу.
Как же появилась вода на Земле? Окончательно этот вопрос наукой ещё не решён. Предполагают, что вода или выделилась сразу при образовании литосферы из верхней мантии, или накапливалась постепенно. Вода и сейчас выделяется из магмы, попадая на поверхность планеты при извержении вулканов, при образовании океанической коры в зонах растяжения литосферных плит. Так будет происходить ещё многие миллионы лет. Часть воды поступает на Землю из космоса.
Свойства вод океана. Самые характерные их свойства – солёность и температура – нам уже известны. Океаническая вода – это слабый раствор, в котором обнаружены почти все химические вещества. В ней растворены газы, минеральные и органические вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов.
Основные изменения солёности наблюдаются в поверхностном слое. Соленость вод зависит главным образом от соотношения атмосферных осадков и испарения, которое изменяется в зависимости от географической широты. У экватора солёность около 34 %, близ тропиков – 36 %, а в умеренных и полярных широтах – около 33 %. Меньше солёность там, где количество осадков превышает испарение, где велик приток речных вод, где тают льды.
Известно, что воды океана нагреваются, как и суша, от притока солнечного тепла на его поверхность. Занимая большую площадь, океан получает больше тепла, чем суша. Температура поверхностных вод неодинакова и распределяется в зависимости от широты. В отдельных районах океана эта закономерность нарушается океаническими течениями, а в прибрежных частях – стоком более тёплых вод с материков. Температура воды в океане изменяется и с глубиной. Сначала понижение её очень значительно, а затем оно замедляется. На глубинах более 3–4 тыс. м температура обычно колеблется от +2 до 0 °С.
Льды в океане. От температуры океанских вод зависит образование льда. Известно, что морская вода замерзает при температуре -2 °С. При охлаждении плотность солёной воды увеличивается, верхний слой её оказывается тяжелее и погружается вниз, а к поверхности поднимаются более тёплые слои воды. Такое перемешивание воды препятствует образованию льда. Льды образуются только в арктических и субарктических широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают и некоторые неглубокие моря, расположенные в умеренном поясе. Различают однолетние и многолетние льды. Океанический лёд может быть неподвижным, если он связан с сушей, или плавучим, т.е. дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан, – айсберги.
Ледовый покров океана оказывает огромное влияние на климат Земли, на жизнь в нём самом. Льды отражают солнечные лучи, охлаждают воздух, способствуют образованию туманов. Они затрудняют судоходство и морские промыслы.
Водные массы. Вода – основной компонент природы океана. Большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода, наличием определенных живых организмов, называют водными массами. Эти свойства сохраняются на всем пространстве, которое занимает та или и иная водная масса.
В океане различают поверхностные, промежуточные, глубинные, придонные водные массы. В поверхностных модных массах до глубины 200 м выделяют экваториальные. тропические, умеренные и полярные водные массы. Они образуются в результате неравномерного поступления солнечного тепла на разных широтах и влияния атмосферы. В одних и тех же широтах свойства поверхностных водных масс могут различаться, поэтому выделяют ещё прибрежные и внутриокеанические массы.
Водные массы активно взаимодействуют с атмосферой: отдают ей тепло и влагу, поглощают из неё углекислый газ, выделяют кислород. Перемешиваясь, они изменяют свои свойства.
Воды Земли включают воды Мирового океана и воды суши. Мировой океан – это четыре океана и множество морей, заливов и проливов. Морем называется часть океана, более или менее обособленная от него сушей (островами, полуостровами) или возвышенностями подводного рельефа. Моря по степени обособленности от океана подразделяются на окраинные, внутренние и межостровные. Граница суши и моря называется береговой линией, которая может быть слабо изрезанной (тогда это представляет немало трудностей для судоходства, особенно в прибрежной зоне) и сильно изрезанной, образующей множество изгибов, иногда больших и глубоко вдающихся в сушу. Они называются заливами и могут быть образованы береговой линией как моря, так и океана. Узкое водное пространство, ограниченное с двух сторон сушей и соединяющее два смежных водоёма (океаны или моря), называется проливом.
Рельеф дна разделяется на четыре зоны: материковая отмель, или шельф, и материковый склон; переходная зона, ложе океана и срединно-океанические хребты. Переходная зона состоит из котловин окраинных морей, цепочек островов и глубоководных впадин; этой зоне присущи сильные и частые землетрясения.
Шельф – это затопленная часть континента. На шельфе встречаются формы рельефа, которые характерны для прибрежной части суши: затопленные речные долины, холмы, «бараньи лбы» и т.д. Дно шельфа сложено обычно гравием, галькой, песком, реже встречаются монолитные каменные или скалистые участки. В таких районах в результате расколов, разломов некоторые участки дна поднимаются, образуя уступы, что вызывает резкое изменение (повышение) высоты волны. Иногда бывает несколько таких уступов, в теплых морях они становятся основой формирования колониальных кораллов, образуя коралловые рифы или острова. Острова переходной зоны бывают материкового, кораллового, но чаще вулканического происхождения. Котловины окраинных морей располагаются на шельфе или в верхней части материкового склона. Эти моря обычно окружены цепочками живописных островов, относительно неглубоки, температура воды в них выше, чем в открытом океане, животный и растительный мир богат, так как происходит активное перемешивание вод (тёплых и холодных, пресных и солёных). Температура воды в морях и океанах зависит прежде всего от географической широты, в экваториальных широтах температура в течение всего года 27–28 °С, а в приполярных районах тогда же – 0 °С и даже ниже. В тропических и умеренных широтах температура воды у западных побережий на 3–5 °С выше, чем у восточных, из-за морских течений. Суточные и годовые колебания температуры воды незначительны. Наиболее велики они в умеренных широтах, составляя 5–10 °С. Самая высокая температура воды в Северном полушарии наблюдается в августе, а самая низкая – в феврале, а в Южном полушарии – наоборот. Температура воды зависит также от глубины моря. Мелководья летом быстро нагреваются и температура здесь значительно выше, а зимой быстро остывают. Кроме того, температура воды в морях и океанах понижается с глубиной. Солёность воды в морях выражается в промилле (‰ – одна тысячная доля, 1⁄10 процента). Самая высокая солёность вод в тропических широтах – 37 ‰, в экваториальных и умеренных широтах она составляет 34–35 ‰, в приполярных широтах она снижается до 32–33 ‰ из-за стока многочисленных рек и понижения испарения. Самая высокая солёность наблюдается в Красном море – до 42 ‰, поэтому в нём так легко плавать.
Лёд образуется только в морях и океанах, расположенных в приполярных и полярных широтах и имеющих слабосолёные воды. Тем не менее в некоторых морях ледовый покров сохраняется от 6 до 10 месяцев в году и более, что весьма затрудняет развитие туризма. Но в океанах и морях часто встречаются огромные массы льда материкового происхождения. Это – айсберги, «плавающие горы». Процесс их образования вызывает большой интерес у любителей наблюдать необычные явления природы (например, сход паковых льдов в океан в Гренландии или на Аляске). Для таких туристов организуются морские круизы.
Воды Мирового океана постоянно находятся в движении. Различают два вида движения вод:
1) колебательное – волнение;
2) поступательное – течения.
Главной причиной образования волн является ветер, средняя высота ветровых волн составляет 4–6 м, у берегов некоторых стран высота волн достигает 20 м и более, а длина волны – более 250 м. Высокие волны – возможность организации сёрфинга международного класса. Когда ветер стихает, ещё долго остаются длинные пологие волны зыби, на которых так приятно качаться в тёплом море. Близ берега из-за трения о дно волны опрокидываются, образуя прибой. У берегов с сильным прибоем купание в море практически невозможно. В сейсмически активных районах дна Мирового океана в результате землетрясений или извержений вулканов возникают огромные волны – цунами, вызывающие катастрофические разрушения. Районы, где они бывают довольно часто, неблагоприятны для туризма.
Ещё одним видом волнения являются приливно-отливные движения. Причина их возникновения – влияние притяжения Луны и Солнца. В узких заливах ряда стран высота приливов так высока, что это явление стало важным условием, привлекающим множество туристов. Течения – горизонтальные перемещения воды в морях и океанах, своеобразные «реки в океане». Они характеризуются определённой температурой, направлением и скоростью. О влиянии течений на климат уже говорилось, а мы рассмотрим морские и океанические течения непосредственно как условие развития туризма. Безусловно, если у самого берега проходит мощное течение, это ухудшает туристские возможности территории, особенно если это холодное течение, так как купающиеся в море люди или даже небольшие суда могут быть отнесены далеко от берега.
В то же время слабые по мощности и скорости местные течения широко используются парусными судами при организации яхтинга и фишинга. Растительный и животный мир Мирового океана богат и разнообразен, особенно в морях шельфовой зоны и в районах, расположенных на стыке тёплого и холодного течений. По масштабам использования и значению для туризма ведущее место занимают рыбы, затем колониальные кораллы, морские звери, моллюски и иглокожие, а также разнообразные водоросли. Они являются не только объектом рыбалки и подводной охоты, но и частью великолепных подводных ландшафтов, привлекающих тысячи любителей подводного плавания.
К водам суши относятся реки, озёра, болота, подземные воды и ледники. Река – постоянный водный поток, текущий в разработанном этим потоком углублении, называемым руслом. Место, где река начинается, называется истоком. Место впадения реки в другую реку, озеро, море или океан называется устьем. Устья могут иметь различную форму: дельта, эстуарий, сухое устье. Дельта – сеть протоков, разделённая наносами реки, имеет в плане треугольную форму. Эстуарий – воронкообразное расширенное и затопленное морскими водами устье реки. В пустынных, засушливых районах некоторые реки иногда не достигают другого водоёма, пересыхая или изливая воды в небольшую котловину, образуя болото. Всякая река от истока до устья течёт в понижении, созданном её наносами и называемом речной долиной. Речные долины горных и равнинных рек отличаются друг от друга. Многие речные долины равнинных рек имеют сложное строение, включая пойму и террасы, что придаёт многоплановость и соответственно большую привлекательность местности. Долины горных рек слабо разработаны, часто имеют форму ущелий, придавая местности «дикий», первозданный вид. Главная река со всеми её притоками и притоками притоков называется речной системой.
Есть страны, на территории которых нет главных рек, а только их притоки, но это не означает, что возможности развития водных видов туризма здесь невелики. Главным условием, определяющим возможности туризма, является полноводностъ рек. Маловодные реки, которые «курица вброд перейдет», пусть это даже главная река системы, представляют незначительный интерес для туризма. Напротив, многоводные реки, пусть это даже притоки притоков, создают хорошие возможности для развития различных видов водного туризма. При этом в целом не имеет значения, какая это река – горная или равнинная. Температура воды в реках и озёрах имеет большое, часто определяющее влияние при оценке возможности рекреации, но найти в литературе конкретный показатель – задача маловероятная, практически невыполнимая. Даже если речь идет о данных в пределах государственных границ, получить такие специальные сведения в Гидрометеослужбе сложно, например, если жителю Московской области нужны данные о летней температуре воды в малой реке Алтайского края. А если речь идёт о реке в другом государстве, то это просто нереально. Поэтому в практике обычно пользуются косвенными данными. В приморских рекреационных районах, как правило, указывается температура прибрежных вод. Можно также воспользоваться данными температуры воды в крупных озерах, расположенных на территории изучаемых стран. Аналогичным образом можно получить сведения о скорости течения. Но в этом случае ситуация упрощается тем, что не требуется получить конкретную цифру, а достаточно бывает и приблизительной оценки.
Скорость течения реки находится в прямой зависимости от рельефа той местности, по которой она протекает, т.е. от падения и уклона. Падением реки называется превышение истока над устьем, а уклоном реки – отношение этой разницы высот к длине реки. Если река имеет большую величину падения и значительную длину, то уклон невелик. Часто так бывает у равнинных рек, которые имеют небольшие уклоны и малую скорость течения, редко превышающую 1 м/с. Уклоны горных рек значительны, так как величина падения часто огромна, а длина – мала. Поэтому скорость течения в горных реках велика, обычно более 5 м/с. Скорость течения оказывает большое влияние на туризм. На крупных, полноводных равнинных реках возможна организация речных круизов, а на малых равнинных реках – лодочных походов и прогулок. Полноводные горные реки предоставляют возможность организации рафтинга (сплавов). Особый интерес для любителей рафтинга представляют реки, на которых встречается множество препятствий: пороги, перекаты.
Пороги – это крупные камни твердых пород, перегораживающие русло реки.
Перекаты – это крупный обломочный материал (крупный гравий или галька), встречающийся на мелководьях в русле реки.
Важнейшим элементом характеристики является режим реки, т.е. изменение водности реки по сезонам, колебание уровня и изменение температуры воды. Уровень воды в реках большинства стран изменяется в течение года. Конечно, есть исключения (например, Амазонка), но они только подтверждают правило. Самые высокие уровни воды в реках бывают во время половодий и паводков. Половодье – ежегодно повторяющийся в определённое время года длительный и высокий подъём уровня воды в реке, причины которого могут быть различными и они, как правило, не представляют интереса для развития туризма. Паводок – значительный, но кратковременный и внезапный подъём уровня воды в реке. Предвидеть паводок бывает сложно, и он может нанести существенный урон, как, например, паводок, вызванный ливневыми дождями в августе 2002 г. на Черноморском побережье Северного Кавказа. На реках многих стран субтропического, тропического и, реже, умеренного поясов в летнее время уровень воды резко снижается; реки мелеют, затрудняя судоходство и сплав, такое явление называется межень. Реки, моря и озёра умеренного приполярного и полярного поясов замерзают в зимнее время года. С одной стороны, это ограничивает возможности развития традиционных видов туризма, а с другой – создаёт иные предпосылки: организация подлёдной рыбалки или катания на санях, лыжах, снегоходах в условиях устойчивого ледового покрова.
Озеро – это замкнутый водоем, образовавшийся в природном углублении, которое называется озерной котловиной. Происхождение озёрной котловины обусловливает величину, форму, размер и в значительной степени режим озера. По происхождению котловин различают озёра:
- тектонические, образовавшиеся в результате разломов (Байкал) или прогибов (Виктория) земной коры, вулканические (Кроноцкое), в кратерах потухших вулканов;
- запрудные или завальные (Сарезское), образованные в результате появления естественных плотин, перегородивших речную долину в горах;
- ледниковые, последствия деятельности древнего ледника (Онежское);
- карстовые в карстовых провалах и воронках; озёра-старицы – остаток старого русла реки;
- остаточные, или реликтовые, возникшие после отступления моря (Каспийское);
- искусственные – водохранилища.
Озёра подразделяются на сточные, из которых вытекают реки, и бессточные. Сточные озёра пресные, а бессточные – солёные, причём их солёность может быть во много раз выше солёности океана. В некоторых озёрах соль может выпадать в осадок, образуя рапу. Крупные озёра представляют значительный интерес для рекреационного и спортивного, реже для лечебно-оздоровительного видов туризма. Оценивая возможности развития туризма на берегах озёр, важно знать температуру, режим озера, состав горных пород, слагающих дно и берега, и ряд других показателей, например прозрачность. Крутые и обрывистые или заболоченные берега более живописны, но ограничивают возможности использования, пологие – более благоприятны, так как возможна организация пляжей, зон отдыха. Важным благоприятным условием является богатый водный мир озер – растительный и животный. Болота – избыточно увлажнённые участки суши с влаголюбивой растительностью. Они подразделяются на низинные, переходные и верховые.
Подземные воды – это воды, находящиеся в почвах и горных породах верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состояниях. Они заполняют промежутки между отдельными частицами, поры рыхлых пород и трещины твёрдых горных пород. Глубина залегания, направление и интенсивность движения подземных вод зависят от водопроницаемости горных пород. Водопроницаемые породы (пески, галечники, гравий) пропускают воду. Водонепроницаемые, или водоупорные (глина, сланцы), не пропускают, задерживают воду. По условиям залегания подземные воды разделяются на почвенные, грунтовые и межпластовые (артезианские). Для туризма наибольшую ценность представляют артезианские воды, находящиеся между двумя водоупорными пластами, так как они более чистые, чем грунтовые. Там, где слой водоупорных пород, над которым лежит водоносный, выходит на поверхность, появляется источник. Источники бывают нисходящие (питаются ненапорными, грунтовыми водами) и восходящие (питаются напорными, артезианскими водами).
Своеобразный тип источников – гейзеры, периодически выбрасывающие горячую воду и пар на большую высоту. Они образуются в основном в районах современного вулканизма, где близко к поверхности залегает магма. Источники с температурой воды до 20 °С называют холодными, от 20 до 37 °С – тёплыми, а свыше 37 °С – горячими, или термальными. Подземные воды различны по химическому составу. Подземные воды, содержащие большое количество солей и газов, называются минеральными. В зависимости от химического состава их подразделяют на хлоридные, сульфатные, магниевые, радоновые и т.д. Минерализацией называют сумму растворённых в воде веществ без газов. По степени минерализации различают воды питьевого и бальнеологического назначения («бальнео» – ванна).
Грязи – это разжиженные массы, содержащие вещества, подобные гормонам или витаминам, минерального или органического происхождения. В зависимости от способа образования и состава бывают пресные, морские, сопочные и гидротермальные грязи. Пресные, например, сапропель – это органические вещества (продукты разложения растительных и животных остатков) с малой примесью минеральных, образующиеся на дне пресных водоёмов. Морские, например, иловые сульфидные грязи – это отложения морских заливов, лиманов и солёных озёр, образовавшиеся вокруг источников минеральных вод. Сопочные грязи – результат подземной разгрузки термальных вод в толщу глинистых пород. Гидротермальные грязи образуются в местах выхода на поверхность горячих парообразных струй, которые растворяют породу, образуя жидкую грязевую массу. Эти грязи характерны для районов с активной вулканической деятельностью и в настоящее время не применяются в лечебно-оздоровительной практике.
Мировой океан составляет 96 % массы всей гидросферы. Это огромный водный объект, занимающий 71 % поверхности Земли. Он простирается во всех широтах и во всех климатических поясах планеты. Это – единое неделимое водное пространство, разделённое материками на отдельные океаны. Вопрос о количестве океанов остаётся открытым и сегодня. Классически выделяется четыре: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. В то же время, на юге нашей планеты у берегов Антарктиды свойства океанической воды, а также животный и растительный мир на столько сильно отличаются, что их целесообразно рассматривать как самостоятельный Южный океан, относя к его акватории южные воды Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Вместе с тем, между Тихим и Индийским океанами граница практически отсутствует, потому в некоторых классификациях их рассматривают как единое водное пространство. Более того, выделение Северного Ледовитого океана также некоторыми океанологами ставится под сомнение прежде всего из-за его очень небольших размеров. Иногда он рассматривается, как внутреннее море Атлантики.
Теория литосферных плит предполагает, что океаническая кора начала образовываться раньше материковой, поэтому Мировому океану уже несколько миллиардов лет. На ранних этапах своего формирования он был горячим, его воды были насыщены карбонатами и металлами. Видимо, здесь каким-то образом и зародилась жизнь. Современный океан уже не такой, каким он был тогда, и даже участки его древнего дна не сохранились до наших дней. Связано это с постоянным движением океанической коры, образованием новой и погружением старой обратно в мантию. Прообразом современного мирового океана был древний океан Панталасса, существовавший в эпоху суперматерика – Пангеи. Возраст наиболее древних фрагментов океанического дна обычно не превышает 200 миллионов лет. Вплоть до второй половины XX века о его рельефе ничего не было известно. Предполагалось, что дно океана ровное, однако, это не так. Оно, как и суша, имеет очень сложный рельеф. В основании каждого океана находится срединно-океанический хребет. Он представляет собой границу между литосферными плитами, где постоянно формируется новая океаническая кора. Следует заметить, что Красное море также обладает собственным срединно-океаническим хребтом и геологически является океаном, однако, еще только зарождающимся, на его образование уйдет по меньшей мере 100 миллионов лет. У краёв материков на океаническом дне формируются океанические желоба – следствия погружения коры под материки. На дне также располагаются целые системы подводных гор, вулканов, между ними находятся океанические равнины, называемые котловинами. Само ложе океана также не начинается мгновенно. Материк переходит в океан через шельфовую зону – материковую отмель, залитую водой. За шельфом начинается материковый склон или батиаль. Батиаль переходит в океаническое дно или абиссаль, глубокие участки которой в виде желобов носят название ультраабиссаль. Мировой океан оказывает колоссальное влияние на климат. По сути, все погодные явления происходят на планете из-за наличия воды в атмосфере, а её там не могло бы быть без океана. Океан аккумулирует огромные запасы тепла. В то время, когда на суше происходят сильные перепады температур, температура океана в течение года меняется значительно меньше и не так резко. Это, с одной стороны, делает климат планеты теплее и мягче, с другой – способствует циркуляции воздушных масс на её поверхности.
Вода – «универсальный растворитель»: в ней, хотя бы в малой степени, способен раствориться любой из элементов. Вода имеет наибольшую среди всех обычных жидкостей теплоёмкость, то есть для её нагревания на один градус требуется затратить больше тепла по сравнению с другими жидкостями. Больше тепла требуется и на её испарение. Эти и другие особенности воды имеют огромное биологическое значение. Так, благодаря высокой теплоёмкости воды сезонные колебания температуры воздуха оказываются меньше, чем это было бы в ином случае.
Температура всей массы океанской воды около 4 градусов по Цельсию. Океаны холодные. Вода в них прогревается только у самой поверхности, а с глубиной она становится холоднее. Только 8 % вод океана теплее 10 градусов, более половины холоднее 2–3 градусов. С глубиной температура изменяется неравномерно.
Вода – наиболее теплоёмкое тело на Земле. Поэтому океан медленно нагревается и медленно отдаёт тепло, служит аккумулятором тепла. На его долю приходится более 2/3 поглощённой 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., причём 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 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 лёд отличается от пресноводного в ряде отношений. У солёной воды температура замерзания понижается по мере увеличения солёности. В диапазоне солёности 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 солёность окажется близкой к нулю. При быстром замерзании большая часть рассола захватится льдом и его солёность будет почти такой же, как и солёность окружающей воды.
Обычно прочность морского льда составляет одну треть прочности пресноводного льда той же толщины. Однако старый морской лед (с очень низкой солёностью) или лёд, образовавшийся при температуре ниже точки кристаллизации хлористого натрия, не уступает по прочности пресноводным льдам.
Замерзание морской воды происходит при отрицательных температурах: при средней солёности – около -2 град. Чем выше солёность, 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 солёная подстилающая вода.
Когда поверхностный слой воды охладится до точки замерзания и перестанет углубляться, начнётся 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 лёд 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 лёд – весьма плохой проводник тепла.
Толщина арктического льда около 2 м, а температура воздуха зимой в районе Северного полюса опускается до -40 град. Лёд действует как изолятор, предохраняя океан от выхолаживания.
Морской лёд играет и другую важную роль в энергетическом бюджете океана. Вода – хороший поглотитель солнечной энергии. Напротив, лёд, в особенности пресный, и снег – очень хорошие отражатели. Если чистая вода поглощает около 80 % падающей радиации, то морской лёд 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 твёрдое тело, он все же медленно течёт. Снег, накапливаясь в Гренландии, Антарктиде и горах высоких широт, даёт 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 % объёма айсберга находится под водой. Этот объём 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 лёд солоноватый, но солёность его в несколько раз меньше солености площади Мирового океана. 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, растворёнными в ней хлоридами (более 88 %) и сульфатами (около 11 %). Солёный вкус воде придает поваренная соль, горький – соли магния. Для океанской воды характерно постоянное процентное соотношение различных солей, несмотря на различную солёность. Соли, как и сама вода океанов, поступали на земную поверхность, прежде всего из недр Земли, особенно на заре её 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, солёность 34–35 промилле. В тропических широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому солёность составляет 37 промилле. В умеренных широтах солёность 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 солёность наблюдается в тропических внутренних морях, окружённых пустынями. Солёность влияет на другие свойства воды, такие, как плотность, температура замерзания и т.д.
Плотность морской воды зависит от давления, температуры и солёности. Плотность морской воды близка к 1.025 г/см куб. Охлаждаясь, вода становится ещё более тяжёлой. Давление также увеличивает плотность морской воды. Поэтому на глубине 5000 м плотность морской воды возрастает до 1,050 г/см3. Как правило, океанографы не измеряют плотность непосредственно, предпочитая вычислять её по данным о температуре, солёности и давлении. Часто их интересует зависимость плотности морской воды только от температуры и солёности.
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 днём 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 её 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 солёной 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 солёности – 1500 м/с, что в 4–5 раз превышает скорость звука в атмосфере. С увеличением температуры, солёности 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 растёт 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, твёрдые частицы органического и неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3,5 %, но от них зависят определённые свойства воды.
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 слоёв 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 ещё 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.
Морская вода – это раствор 44 химических элементов. Важную роль играют соли. Общее количество солей в Мировом океане измеряется астрономической цифрой 49,2·1015 т. В среднем солёность Мирового океана составляет около 3,5 % (с колебаниями от 3,4 до 3,6 %). Это значит, что в каждом литре морской воды растворено 35 грамм солей (в основном это хлорид натрия). Это 0,6 моль/л (в предположении, что вся соль представляет собой NaCl, что на самом деле не так).
Если всю морскую соль в сухом виде распределить по поверхности суши, то её слой составит почти 150 м. Средняя солёность воды Мирового океана 35 промилле (то есть в каждом килограмме воды содержится 35 г соли), в тропических морях солёность может достигать 42 промилле.
Солёность воды в океанах почти повсеместно близка к 3,5 %, однако вода в морях имеет неравномерно распределённую солёность. Наименее солёной является вода Финского залива и северной части Ботнического залива, входящих в акваторию Балтийского моря. Наиболее солёной является вода Красного моря. Солёные озёра, такие как Мёртвое море, могут иметь значительно больший уровень содержания солей.
Сильно распреснены воды в устьях крупных рек. Например, при сравнительно небольшом объёме вод Северного Ледовитого океана в него впадает несколько крупных рек – Енисей, Обь, Лена, Макензи и другие. Он наиболее распреснен, особенно у поверхности, где средняя годовая температура чуть выше -1 °С (при средней для всего Мирового океана 17,5 °С). Зимой 9/10 площади Северного Ледовитого океана покрыто дрейфующими льдами толщиной до 4,5 м. От Гренландского ледникового щита постоянно откалываются айсберги, один из которых стал причиной крупнейшей морской катастрофы и гибели в 1912 г. пассажирского судна «Титаник». Но гораздо более крупные айсберги встречаются близ Антарктиды.
Самая высокая температура у поверхности воды в Тихом океане – 19,4 °С; Индийский океан имеет 17,3 °С; Атлантический – 16,5 °С. При таких средних температурах вода в Персидском заливе регулярно нагревается до 35 °С. С глубиной температура воды, как правило, падает. Хотя бывают исключения, обусловленные поднятием глубинных тёплых вод. Примером может служить западная часть Ледовитого океана, куда вторгается Гольфстрим. На глубине 2 км на всей акватории Мирового океана обычно температура не превышает 2–3 °С; в Северном Ледовитом океане она ещё ниже.
Мировой океан – мощный накопитель тепла и регулятор теплового режима Земли. Если бы океана не было, средняя температура поверхности Земли составила бы -21 °С, то есть была бы на 36° ниже той, которая имеется в действительности. Почти все моря Атлантического океана – Балтийское, Северное, Средиземное, Чёрное, Карибское и др. – и крупные заливы – Бискайский, Гвинейский – находятся в Северном полушарии. В Южном полушарии – моря Уэддела, Скоша, Лазарева – у Антарктиды.
Научное обоснование появлению солёной воды в море было положено работами сэра Эдмонда Хэлли в 1715 году. Он предположил, что соль и другие минералы вымывались из почвы и доставлялись в море реками. Достигнув океана, соли оставались и постепенно концентрировались. Хэлли заметил, что большинство озёр, не имеющих водной связи с океанами, имеют солёную воду.
Теория Хэлли отчасти верна. Вдобавок к ней следует упомянуть, что соединения натрия вымывались из дна океанов на ранних этапах их формирования. Присутствие другого элемента соли, хлора, объясняется его высвобождением (в виде соляной кислоты) из недр Земли при извержениях вулканов. Ионы натрия и хлора постепенно стали основными составляющими солевого состава морской воды.
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.
Если бы наша атмосфера состояла только из основных газов: азота, кислорода и аргона, то она была бы прозрачной для инфракрасной радиации. В результате обратно отраженная от поверхности Земли радиация могла бы без изменения пройти через атмосферу. Однако воздух, кроме трёх основных газов, содержит небольшое количество углекислого газа (0,03 %) и водяных паров. И углекислый газ, и водяные пары в атмосфере сильно адсорбируют инфракрасную радиацию. Кроме того, при конденсации водяных паров образуются облака, которые отражают и рассеивают поступающий солнечный свет.
Перенос тепла от земной поверхности в атмосферу происходит тремя путями. Часть энергии переносится тепловым излучением. Часть переноса осуществляется нагреванием воздуха, который входит в контакт с сушей. Однако наибольшая часть переноса осуществляется испарением воды. Водяные пары, поднимаясь в атмосферу, конденсируются в различные виды облаков и выпадающие осадки (дождь или снег), и таким образом атмосфера получает тепло за счёт испарения.
На Земле вода играет важную роль как аккумулятор тепла, потому что она поглощает инфракрасную радиацию, а также вследствие механизма испарения и конденсации. Над засушливыми районами эти влияния уменьшаются, и поэтому именно здесь мы наблюдаем самые большие суточные и годовые амплитуды температуры. С другой стороны, во влажных океанических районах наблюдаются наименьшие изменения температуры. Кроме того, так как океан является большим резервуаром тепла по сравнению с сушей, он хранит большие количества тепла и в дальнейшем, таким образом, ослабляет годовые колебания температуры. Поступающая на Землю солнечная радиация взаимодействует с атмосферой, облаками и поверхностью Земли. Энергия переносится от экватора по направлению к полюсу ветрами и океаническими течениями, которые обусловлены различным нагреванием земной поверхности. Мировой океан играет важную роль в энергетическом балансе Земли.
Их всех планет Солнечной системы только на Земле есть океан. Вероятно, океан образовался из воды, освободившейся при разогреве водосодержащих минералов в конце периода формирования Земли как планеты.
Циркуляцию глубинных вод океана обычно рассматривают как термохалинную. Холодная вода в высоких широтах опускается на глубину и распространяется в направлении экватора под более теплой и менее плотной поверхностной водой. Поверхностные течения в океане имеют преимущественно ветровое происхождение. Вращение Земли оказывает всестороннее влияние на океаны (сила Кориолиса). В северном и южном полушариях основные океанические течения образуют антициклонические вихри (круговороты); в зоне климатического экватора они разделяются Экваториальным противотечением восточного направления. Течения на западной стороне круговоротов, такие, как Гольфстим и Куросио, более сильные и переносят больше воды, чем течения на восточной стороне океанических бассейнов.
Изучая свойства вод Мирового океана, следует отметить, что океан холодный, солёный, тёмный и стратифицированный. Температура более чем половины вод океана не достигает 2,3 град. Теплые воды сосредоточены в относительно тонком приповерхностном слое выше термоклина. Из-за увеличения плотности воды с глубиной, её перемешивание в горизонтальной плоскости осуществляется легче, чем в вертикальной. Солёности более 75 % океанских вод составляет в среднем 34,69 промилле. Примерно на 85 % солевой раствор морской воды состоит из хлористого натрия. Почти вся солнечная радиация поглощается верхними 100 м воды. На глубинах ниже нескольких сотен метров источником света служат лишь люминесцирующие организмы. Океан сравнительно проницаем для звуковых волн, чего нельзя сказать о световой и электромагнитной радиации. Поэтому для его изучения и в других целях широко используются акустические методы.
Человек разносторонне использует ресурсы океана (как органического, так и неорганического происхождения). Ежегодно в мире добывается около 60 млн т морских продуктов, что составляет около 1 % потребляемой человеком пищи. Большую часть этих продуктов составляет рыба.
Океан играет большую роль в жизни нашей планеты. Он аккумулирует большое количество тепла в экваториальной и умеренной зоне и течениями переносит это тепло в приполярные районы Земли, тем самым значительно смягчая климат полярных областей.
К сожалению, Мировой океан, особенно в последнее время, подвергается сильному загрязнению. В океане можно обнаружить пластики, нефть, ДДТ и всевозможные отходы хозяйственной деятельности человека. Проблема загрязнения океана может возникнуть в будущем, если использование энергии и ресурсов будет возрастать и дальше.
Список использованных источников
1. Мировой океан // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD.
2. Мировой океан // Энциклопедия Кольера [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/1054.
3. Мировой океан и его свойства [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://naturae.ru/vodnye-resursy/mirovoi-okean/.
4. Мировой океан, общие характеристики // География-Земли.рф – интернет-портал [Интернет-ресурс]. Режим доступа: http://география-земли.рф/%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9-%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD-%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B8%D0%B5-%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8.html.
5. Описание Мирового океана [Интернет-ресурс]. Режим доступа: http://awesomeworld.ru/nezhivaya-priroda/mirovoy-okean.html.
6. Что называют мировым океаном? Мировой океан: ресурсы [Интернет-ресурс]. Режим доступа: http://fb.ru/article/157724/chto-nazyivayut-mirovyim-okeanom-mirovoy-okean-resursyi.