Структура вод Мирового океана

Свойства и динамика океанических вод, обмен энергии и веществ как в Мировом океане, так и между океаносферой и атмосферой сильно зависят от процессов, определяющих природу всей нашей планеты. Вместе с тем сам Мировой океан оказывает исключительно сильное влияние на планетарные процессы, т. е. на те процессы, с которыми связано формиро­вание и изменение природы всего земного шара.

Главные океанские фронты по положению почти совпадают с атмосферными. Значение главных фронтов в том, что они разграничивают тёплую и высокосолёную сферу Мирового океана от холодной и низкосолёной. Через главные фронты внутри океанской толщи происходит обмен свойствами между низкими и высокими широтами и завершается конечная фаза этого обмена. Кроме гидрологических фронтов выделяют климатические фронты океана, что особенно важно, так как климатические фронты океана, имея планетарный масштаб, подчёркивают генеральную картину зональности распределения океанологических характеристик и структуры динамической системы циркуляции вод на поверхности Мирового океана. Они же служат основой для климатического районирования. В настоящее время в пределах океаносферы существует довольно большое разнообразие фронтов и фронтальных зон. Они могут рассматриваться как границы вод с различной температурой и соленостью, течений и т. д. Сочетание в пространстве водных масс и границ между ними (фронтов) образует горизонтальную гидрологическую структуру вод отдельных районов и Океана в целом. В соответствии с законом географической зональности выделяют следующие важнейшие типы в горизонтальной структуре вод: экваториальные, тропические, субтропические, субарктические (субполярные) и субантарктические, арктические (полярные) и антарктические. Каждая горизонтальная структурная зона имеет соответственно и собственную вертикальную структуру, например, экваториальная поверхностная структурная зона, экваториальная промежуточная, экваториальная глубинная, экваториальная придонная и наоборот, в каждом вертикальном структурном слое можно выделить горизонтальные структурные зоны. Кроме того, в пределах каждой горизонтальной структуры выделяются более дробные подразделения, например, перу-чилийская или калифорнийская структура и т.д., что, в конечном счёте, обуславливает всёмногообразие вод Мирового океана. Границами разделения вертикальных структурных зон являются пограничные слои, а важнейших типов вод горизонтальной структуры океанские фронты.

· Вертикальная структура вод океана

В каждой структуре одноименные по вертикальному расположению водные массы в разных географических регионах имеют различные свойства. Естественно, что у Алеутских островов, или у берегов Антарктиды, или на экваторе водная толща отличается по всем своим физическим, химическим и биологическим характеристикам. Однако однотипные водные массы связывает общность их происхождения, близкие условия трансформации и распространения, сезонная и многолетняя изменчивость.

Поверхностные водные массы наиболее подвержены гидротермодинамическому влиянию всего комплекса атмосферных условий, г. частности годового хода температуры воздуха, осадков, ветров, влажности. При переносе течениями из областей образования в другие районы поверхностные воды сравнительно быстро трансформируются и приобретают новые качества.

Промежуточные воды формируются в основном в зонах климатически стационарных гидрологических фронтов либо в морях средиземноморского типа субтропического и тропического поясов. В первом случае они образуются как распресненные и сравнительно холодные, а во втором — как теплые и соленые. Иногда выделяют дополнительное структурное объединение — подповерхностные промежуточные воды, расположенные на сравнительно небольшой глубине под поверхностными. Они формируются в областях интенсивного испарения с поверхности (соленые воды) или в районах сильного зимнего охлаждения в субарктических и арктических районах океанов (холодный промежуточный слой).

Основной особенностью промежуточных вод по сравнению с поверхностными является почти полная независимость их от атмосферного влияния на всем пути распространения, хотя свойства их в очаге образования отличаются зимой и летом. Формирование их происходит, видимо, конвективным путем на поверхности и в подповерхностных слоях, а также за счет динамического опускания в зонах фронтов и конвергенций течений. Распространяются промежуточные воды главным образом по изопикническим поверхностям. Языки повышенной или пониженной солености, обнаруживаемые на меридиональных разрезах, пересекают главные зональные струи океанической циркуляции. Продвижение ядер промежуточных вод по направлению языков до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения. Возможно, что оно осуществляется боковым (горизонтальным) перемешиванием. Во всяком случае геострофическая циркуляция в ядре промежуточных вод повторяет главные черты субтропического круговорота обращения и не отличается экстремальными меридиональными составляющими.

Глубинные и придонные водные массы формируются на нижней границе промежуточных вод путем их смешивания и преобразования. Но главными очагами зарождения этих вод считаются шельф и материковый склон Антарктиды, а также арктические и субполярные области Атлантического океана. Таким образом, они связаны с термической конвекцией в полярных зонах. Поскольку процессы конвекции имеют ярко выраженный годовой ход, то интенсивность образования и цикличность во времени и пространстве свойств этих вод должны иметь сезонную изменчивость. Но эти процессы почти не изучены.

Перечисленная общность водных масс, слагающих вертикальную структуру океана, дала основания ввести обобщенное понятие о структурных зонах. Обмен свойствами и перемешивание вод в горизонтальном направлении происходят на границах основных макромасштабных элементов циркуляции вод, по которым проходят гидрологические фронты. Таким образом акватории водных масс оказываются непосредственно связанными с основными круговоротами вод.

На основании анализа большого количества осредненных Т, S- кривых на всей акватории Тихого океана выделено 9 типов структур (с севера на юг): субарктическая, субтропическая, тропическая и восточно-тропическая северные, экваториальная, тропическая и субтропическая южные, субантарктическая, антарктическая. Северная субарктическая и обе субтропические структуры имеют восточные разновидности, обусловленные специфическим режимом восточной части океана у берегов Америки. Так же тяготеет к берегам Калифорнии и южной Мексики северная восточно-тропическая структура. Границы между основными типами структур вытянуты в широтном направлении, за исключением восточных разновидностей, у которых западные границы имеют меридиональную ориентацию.

Границы между типами структур в северной части океана согласуются с границами типов стратификации вертикальных профилей температуры и солености, хотя исходные материалы и методика их получения разные. Более того, совокупность типов вертикальных Т- и S-профилей определяют структуры и их границы значительно более подробно.

Субарктическая структура вод имеет монотонное по вертикали увеличение солености и более сложное изменение температуры. На глубинах 100 — 200 м в холодном подповерхностном слое наблюдаются наибольшие по всей вертикали градиенты солености. Теплый промежуточный слой (200 — 1000 м) наблюдается при ослаблении градиентов солености. Поверхностный слой (до 50 — 75 м) подвержен резким сезонным изменениям обоих свойств.

Между 40 и 45° с. ш. находится переходная зона между субарктической и субтропической структурами. Продвигаясь на восток от 165° — 160° з. д., она непосредственно переходит в восточные разновидности субарктической, субтропической и тропической структур. На поверхности океана, на глубинах 200 м и отчасти на 800 м во всей этой зоне находятся близкие по свойствам воды, которые относятся к субтропической водной массе.

Субтропическая структура разделяется на слои, в которых находятся соответствующие водные массы различной солености. Подповерхностный слой повышенной солености (60 — 300 м) отличается повышенными вертикальными градиентами температуры. Это приводит к сохранению устойчивой вертикальной стратификации вод по плотности. Ниже 1000 — 1200 м располагаются глубинные, а глубже 3000 м — придонные воды.

Тропические воды отличаются значительно более высокой температурой на поверхности. Подповерхностный слой повышенной солености имеет меньшую толщину, но более высокую соленость.

В промежуточном слое пониженная соленость выражена не тай резко в связи с удалением от очага образования на субарктическом фронте.

Экваториальная структура характеризуется поверхностным опресненным слоем (до 50 — 100 м) с высокой температурой на западе и значительным понижением ее на востоке. В том же направлении понижается и соленость, образуя у берегов Центральной Америки восточную экваториально-тропическую водную массу. Подповерхностный слой повышенной солености занимает в среднем толщину от 50 до 125 м, а по величинам солености он несколько ниже, чем в тропических структурах обоих полушарий. Промежуточная вода здесь южного, субантарктического происхождения. На длинном пути она интенсивно размывается, и ее соленость относительно высока — 34,5 — 34,6%о. На севере экваториальной структуры наблюдаются два слоя пониженной солености.

Структура вод южного полушария имеет четыре типа. Непосредственно к экватору примыкает тропическая структура, которая распространяется на юг до 30° ю. ш. на западе и до 20° ю. ш. на востоке океана. Она обладает наибольшей соленостью на поверхности и в подповерхностном слое (до 36,5°/оо), а также максимальной для южной части температурой. Подповерхностный слой повышенной солености простирается в глубину от 50 до 300 м. Промежуточные воды заглубляются до 1200 — 1400 м с соленостью в ядре до 34,3 — 34,5%о. Особенно низкая соленость отмечается на востоке тропической структуры. Глубинные и придонные воды имеют температуру 1 — 2°С и соленость 34,6 — 34,7°/оо.

Южная субтропическая структура отличается от северной большей соленостью на всех глубинах. В этой структуре также имеется подповерхностный осолоненный слой, но он часто выходит на поверхность океана. Таким образом, формируется особенно глубокий, иногда до 300 — 350 м, поверхностный, почти однородный слой повышенной солености — до 35,6 — 35,7°/оо. Промежуточная вода пониженной солености находится на самой большой глубине (до 1600 — 1800 м) с соленостью до 34,2 — 34,3%о.

В субантарктической структуре соленость на поверхности уменьшается до 34,1 — 34,2%о, а температура — до 10 — 11°С. В ядре слоя повышенной солености она составляет 34,3 — 34,7%о на глубинах 100 — 200 м, в ядре промежуточной воды пониженной солености она уменьшается до 34,3%о, а в глубинных и придонных водах такая же, как и в общем по Тихому океану, — 34,6 — 34,7°/оо.

В антарктической структуре соленость монотонно повышается ко дну от 33,8 — 33,9%о до максимальных значений в глубинпых и придонных водах Тихого океана: 34,7 — 34,8°/оо. В стратификации температуры снова появляются холодный подповерхностный и теплый промежуточный слои. Первый из них находится на глубинах 125 — 350 м с температурой летом до 1,5°, а второй — от 350 до 1200 — 1300 м с температурой до 2,5°. Глубинные воды имеют здесь наиболее высокую нижнюю границу — до 2300 м.