§ 33. Воды Океана

Количество минеральных веществ в граммах, растворённых в 1 литре (1 килограмме) океанической воды; важнейшее физико-химическое свойство вод Мирового океана, измеряемое в промилле (‰).

• 1. Единица измерения — промилле (‰), обозначающая одну тысячную долю числа (0,1%); средняя солёность вод Мирового океана составляет 35 ‰ (при выпаривании 1 л морской воды остаётся 35 г сухих солей).
• 2. Химический состав — в океанической воде растворены соединения почти всех химических элементов таблицы Менделеева; более 85% всех солей составляют ионы натрия и хлора (поваренная соль NaCl, придающая солёный вкус), соли магния придают горький привкус, а в микродозах обнаружены даже алюминий, медь, серебро и золото.
• 3. Источники солей — растворы из земных недр при зарождении планеты, грандиозный вынос растворённых минеральных веществ речным стоком с континентов (хотя в 1 л речной воды менее 1 г солей, суммарный объём стока колоссален), размыв морских осадочных пород дна (известняк, каменная соль) и гидротермальная деятельность подводных вулканов.
• 4. Географические закономерности — в поверхностных слоях солёность максимальна в жарких засушливых тропических широтах из-за сильнейшего испарения и дефицита осадков (Красное море — рекордсмен планеты со средней солёностью 42 ‰); в умеренных и экваториальных широтах солёность снижена осадками; в полярных морях и внутренних бассейнах (Балтийское море — около 10 ‰) она минимальна из-за таяния льдов и обильного речного притока.

Физическое свойство воды в Океане, определяющее её плотность, агрегатное состояние, характер планетарной циркуляции и условия обитания морских организмов.

• 1. Солнечная радиация — главный источник тепла для вод Океана; наибольшее количество солнечного тепла поступает в жарком поясе между тропиками, где температура поверхностных вод круглый год держится на уровне +25...+28 °C.
• 2. Широтная зональность — по мере удаления от экватора к полюсам температура поверхностного слоя воды закономерно понижается, достигая в арктических и антарктических широтах отметки 0...–1,5 °C (из-за высокой солёности морская вода замерзает при отрицательных температурах ниже 0 °C).
• 3. Глубинный температурный режим — с увеличением глубины солнечный свет быстро угасает, и температура воды резко падает; в основной глубинной толще Океана (от нескольких десятков метров до ложа океана) температура практически постоянна круглый год и составляет около +2 °C (за исключением районов подводного вулканизма и гидротерм).
• 4. Временная динамика — колебания температуры поверхностных вод зависят от смены времён года и времени суток, тогда как глубинные горизонты полностью изолированы от сезонных колебаний.

Гигантская свободно плавающая в океане или севшая на мель ледяная глыба, отколовшаяся от сползающего с суши в море ледникового покрова.

• 1. Происхождение и источники — образуются в результате обламывания краёв покровных ледников суши; главными поставщиками айсбергов в Мировой океан являются материковые ледниковые щиты Антарктиды и Гренландии.
• 2. Морфометрические параметры — высота айсбергов от подводного основания до вершины достигает нескольких сотен метров, а протяжённость столообразных ледяных полей может составлять десятки километров.
• 3. Плотность и плавучесть — айсберги сложены пресным глетчерным льдом, плотность которого меньше плотности солёной морской воды, поэтому около 80–90% всей массы айсберга скрыто под водой, что представляет скрытую опасность для мореплавания.
• 4. Отличие от морских льдов — морской лёд образуется прямо на поверхности океана при замерзании морской воды в полярных широтах и имеет толщину 5–7 метров, тогда как айсберг рождён на суше из спрессованного снега и ледникового фирна.

Основные типы волновых колебательных движений водной массы Мирового океана, порождаемые атмосферными процессами и глубинными эндогенными силами Земли.

• 1. Механизм ветровых волн — возникают под воздействием ветра, передающего воздушно-динамическую энергию водной поверхности; частицы воды при этом не перемещаются горизонтально, а совершают круговые колебания «вверх—вниз»; элементы волны включают гребень, подошву, высоту и длину.
• 2. Береговой прибой — при приближении к отмели нижняя часть волны тормозится о дно, гребень резко крутеет, теряет устойчивость и с грохотом опрокидывается на берег.
• 3. Экологическая функция — ветровое волнение интенсивно перемешивает водную толщу, насыщая поверхностные слои атмосферным кислородом и равномерно перераспределяя тепло и биогенные вещества.
• 4. Цунами — гигантские гравитационные длиннопериодные морские волны, возникающие при сильных подводных землетрясениях (подвижках тектонических плит океанического дна) или подводных извержениях вулканов.
• 5. Опасность цунами — в открытом океане высота волны цунами не превышает 1–2 метров при колоссальной скорости движения (до 800 км/ч), но при выходе на прибрежное мелководье скорость падает, а высота волны возрастает до нескольких десятков метров, смывая всё на побережье.

Непрерывные поступательные горизонтальные перемещения колоссальных масс воды в толще Океана в определённом направлении на огромные расстояния.

• 1. Причина образования — главная движущая сила поверхностных течений — система постоянных господствующих ветров Земли (пассаты в тропиках, западные ветры умеренных широт).
• 2. Пространственные масштабы — ширина течений может достигать десятков и сотен километров, глубина — сотен метров, а протяжённость — многих тысяч километров через целые океаны.
• 3. Температурная классификация — тёплые течения (температура воды выше температуры окружающей среды, на картах обозначаются красными стрелками) и холодные течения (температура воды ниже окружающей среды, обозначаются синими стрелками).
• 4. Траектории движения — тёплые течения направлены из экваториальных широт в сторону умеренных и полярных областей (Гольфстрим, Северо-Атлантическое), а холодные течения возвращают охлаждённые воды от полюсов к экватору (Перуанское, Лабрадорское, течение Западных Ветров).
• 5. Планетарное значение — течения выступают глобальным терморегулятором планеты, сглаживая контрасты климата между экватором и полюсами и перераспределяя тепло по всему земному шару.

Периодические колебательные движения уровня океанических вод, выражающиеся в ритмичном подъёме и опускании воды у побережий материков и островов.

• 1. Гравитационная природа — порождаются силами всемирного тяготения: гравитационным воздействием Луны и Солнца на водную оболочку вращающейся Земли (влияние Луны в 2,17 раза сильнее из-за её близости).
• 2. Ритмичность — в большинстве акваторий за лунные сутки (24 часа 50 минут) наблюдаются два прилива и два отлива с периодической сменой фаз каждые ~6 часов.
• 3. Влияние очертаний берегов — в открытом океане амплитуда прилива составляет менее 1 метра; во внутренних морях с узкими проливами (Балтийское, Чёрное) приливы практически незаметны; в сужающихся заливах открытого океана вода концентрируется и вздымается на гигантскую высоту.
• 4. Географические рекорды — высочайшие приливы на планете зарегистрированы в заливе Фанди у атлантического побережья Канады (до 18 м); в России максимальные приливы наблюдаются в Пенжинской губе Охотского моря (до 13 м), а также на побережье Белого моря.

Солёность океанических вод сформировалась в ходе длительной геологической истории Земли под воздействием четырёх ключевых природных факторов:

• Выделение минеральных растворов из недр: на ранних этапах развития Земли при дегазации мантии и вулканических излияниях выделялись кислые газы и горячие растворы, обогащавшие первичный гидросферный бассейн хлором, серой и другими летучими элементами;
• Речной вынос солей с суши: текучие поверхностные воды суши миллионы лет растворяют горные породы континентов и несут выщелоченные минеральные вещества в моря и океаны; хотя концентрация солей в речной воде мала (менее 1 г на литр), суммарный объём пресноводного речного стока колоссален;
• Растворение пород ложа океана: морская вода непрерывно растворяет осадочные породы дна и берегов (пласты известняка, гипса, каменной соли);
• Постоянное испарение: в круговороте воды в природе с поверхности Океана испаряется исключительно чистая дистиллированная вода (пар), в то время как растворённые соли остаются в Океане и накапливаются на протяжении миллиардов лет. Дополнительный вклад вносят гидротермальные источники и подводные вулканы.

Солёность вод Мирового океана распределена крайне неравномерно:

• В глубинной толще Океана: на глубинах от нескольких десятков метров до самого океанического дна солёность практически однородна и близка к средней по планете — около 35 ‰ (исключение составляют лишь рифтовые зоны подводных вулканов и гидротерм, где солёность возрастает в разы);
• В поверхностных водах: солёность резко меняется в зависимости от широты и внешних географических условий:
• В тропических широтах солёность наивысшая (до 37–42 ‰), так как здесь сухо, выпадает ничтожно мало осадков, а жаркое солнце вызывает интенсивнейшее испарение;
• В экваториальных и умеренных широтах солёность понижена (около 33–34 ‰) из-за круглогодичного выпадения обильных атмосферных осадков, разбавляющих поверхностный слой;
• В полярных широтах солёность наименьшая (31–32 ‰) из-за слабого испарения и таяния плавучих морских льдов и ледников;
• Во внутренних морях: в тропическом Красном море солёность достигает рекордных 42 ‰ (нет постоянных рек, дождей почти нет, колоссальное испарение), а во внутреннем Балтийском море умеренного пояса солёность составляет всего около 10 ‰ благодаря впадению сотен рек и слабому испарению.

Температурный режим океанических вод подчиняется двум фундаментальным закономерностям:

• Изменение с географической широтой на поверхности:
• Главный источник тепла — энергия Солнца; наибольшее количество солнечной радиации получает жаркий пояс между тропиками, где температура воды у поверхности круглый год составляет +25...+28 °C;
• Чем дальше от экватора к полюсам, тем меньше солнечного тепла падает на единицу площади; в полярных районах Арктики и Антарктики температура поверхностных вод опускается до 0...–1,5 °C;
• Поверхностная температура также колеблется по сезонам года и времени суток;
• Изменение с глубиной:
• Солнечные лучи прогревают лишь верхний тонкий слой воды толщиной в несколько десятков метров;
• Ниже температура быстро снижается, и в основной толще Океана вплоть до дна держится на постоянной низкой отметке около +2 °C (выше температура бывает лишь локально у жерл подводных вулканов и гидротермальных источников).

Водная масса Океана находится в непрерывном динамическом движении нескольких основных видов:

• Ветровые волны: колебательные движения частиц воды «вверх—вниз» на поверхности под действием силы ветра; у пологих берегов волны разрушаются, превращаясь в береговой прибой;
• Катастрофические волны цунами: гравитационные волны колоссальной разрушительной силы, порождаемые подвижками дна при сильных подводных землетрясениях и извержениях вулканов; несутся со скоростью до 800 км/ч и вздымаются у побережья на десятки метров;
• Океанические течения: горизонтальные потоки гигантских объёмов воды, переносящие водные массы на тысячи километров под действием постоянных ветров (пассатов и западных ветров); подразделяются на тёплые и холодные;
• Приливы и отливы: суточные периодические подъёмы и спады уровня воды у побережий под действием силы гравитационного притяжения Луны и Солнца.

Характеристика и географическое положение указанных пяти океанических течений:

• Гольфстрим: мощное тёплое течение в северной части Атлантического океана; берёт начало во Флоридском проливе и движется вдоль восточного побережья Северной Америки на северо-восток, перенося колоссальные объёмы нагретой тропической воды (показано на карте красной стрелкой);
• Течение Западных Ветров (Антарктическое циркумполярное): самое мощное и протяжённое холодное течение планеты; совершает непрерывный круговой обход вокруг Антарктиды в Южном полушарии с запада на восток в полосе 40–55° ю. ш. под действием устойчивых западных ветров (показано синей стрелкой);
• Лабрадорское течение: холодное поверхностное течение на северо-западе Атлантического океана; течёт с севера из моря Баффина вдоль берегов полуострова Лабрадор и острова Ньюфаундленд на юг, неся арктические холодные воды и многочисленные айсберги к берегам Северной Америки (синяя стрелка);
• Перуанское течение (течение Гумбольдта): холодное течение в юго-восточной части Тихого океана; направлено с юга на север вдоль западного побережья Южной Америки (Чили и Перу), охлаждает прибрежный воздух и обуславливает экстремальную засушливость береговой пустыни Атакама (синяя стрелка);
• Северо-Атлантическое течение: мощное тёплое продолжение Гольфстрима; пересекает Атлантический океан в северо-восточном направлении к берегам Западной и Северной Европы, отдавая тепло атмосфере и обеспечивая незамерзающий порт Мурманск за полярным кругом (красная стрелка).

Солёность океанической воды обусловлена комплексом взаимосвязанных природных факторов:

• Древнее происхождение: первичный океан Земли изначально обогащался минеральными солями за счёт вулканических газов и кислых горячих растворов, поступавших из мантии при формировании земной коры;
• Постоянный речной приток: реки континентов миллионы лет размывают горные породы суши и несут в Океан растворённые соли; хотя в пресной речной воде содержится менее 1 грамма солей на литр, миллиарды кубических метров стока за миллионы лет принесли гигантскую массу растворённых минералов;
• Размыв пород океанического ложа: морские воды непрерывно растворяют известняки, каменную соль и другие осадочные толщи морского дна;
• Испарение воды: в глобальном круговороте вода испаряется в атмосферу абсолютно чистой (пресной), а все поступившие соли навсегда остаются в океаническом резервуаре и постепенно накапливаются.

Разница в солёности Красного моря (42 ‰) и Балтийского моря (около 10 ‰) определяется кардинальным различием их географического положения и климатических условий:

• Красное море: расположено в жарком тропическом поясе между пустынями Аравии и Африки; температура воздуха крайне высока, осадков практически не выпадает, а испарение колоссально; кроме того, в Красное море не впадает ни одна постоянная река, способная опреснить его воды, а водообмен с Индийским океаном ограничен узким Баб-эль-Мандебским проливом, что приводит к максимальной концентрации солей (42 ‰);
• Балтийское море: расположено в умеренном поясе с прохладным влажным климатом; здесь испарение крайне мало, а осадков выпадает много; кроме того, в Балтику непрерывно впадает около 250 пресноводных рек (Нева, Висла, Одра, Даугава и др.), несущих гигантские объёмы пресной воды, что опресняет море до рекордно низких 10 ‰.

Температура воды в Мировом океане меняется в зависимости от притока солнечной радиации и глубины:

• Почему меняется: главным источником тепла является Солнце; поскольку Земля имеет шарообразную форму, угол падения солнечных лучей на поверхность неодинаков — максимальное прогревание происходит в приэкваториальной зоне, а минимальное — у полюсов;
• Как меняется по поверхности: в экваториальных и тропических широтах поверхностные воды прогреваются до +25...+28 °C; по направлению к умеренным широтам температура снижается до +10...+15 °C, а в арктических и антарктических широтах опускается до 0...–1,5 °C;
• Как меняется с глубиной: вода обладает низкой теплопроводностью, и солнечные лучи поглощаются в верхних слоях (до 100–200 м); глубже температура резко падает, а на глубинах от нескольких сотен метров до океанического дна держится на стабильном уровне около +2 °C.

Движение океанических вод обусловлено действием комплекса внешних и внутренних сил Земли:

• Сила ветра: трение воздушных масс о водную гладь порождает ветровые волны на поверхности, а постоянные планетарные ветры (пассаты и западные переносы) приводят в движение поверхностные океанические течения;
• Гравитационное притяжение Луны и Солнца: взаимное притяжение небесных тел и вращение системы Земля—Луна вызывают регулярные суточные приливы и отливы;
• Эндогенные процессы в недрах Земли: тектонические подвижки плит дна, подводные землетрясения и вулканические извержения мгновенно передают импульс толще воды, порождая гигантские разрушительные волны цунами;
• Разность плотностей воды: различия в температуре и солёности водных масс (холодные и солёные воды плотнее и опускаются на дно, тёплые поднимаются) формируют глубоководную термохалинную циркуляцию.

Приливы и отливы образуются под действием сил всемирного тяготения небесных тел:

• Главная причина — гравитационное притяжение Луны, которая расположена относительно близко к Земле и своей массой притягивает гидросферу; водная оболочка Земли слегка вытягивается по направлению к Луне, формируя приливной горб на стороне, обращённой к Луне, и на противоположной стороне планеты;
• Осевое вращение Земли: при суточном вращении Земли приливные выступы последовательно перемещаются по поверхности океанов, вызывая на побережьях то повышение уровня воды (прилив), то его понижение и отступание от берега (отлив);
• Влияние Солнца: масса Солнца колоссальна, но из-за огромного расстояния его приливообразующая сила более чем в 2 раза слабее лунной; когда Луна, Земля и Солнце выстраиваются в одну линию (новолуние и полнолуние), их притяжение складывается, порождая максимальные сизигийные приливы.

Правильный ответ: б) в промилле.

Обоснование: Промилле (‰) — это общепринятая в географии и океанологии единица измерения солёности, обозначающая одну тысячную долю числа (0,1% или десятую долю процента). Она показывает точное число граммов минеральных веществ, растворённых в 1 литре (или 1 килограмме) морской воды.

Правильный ответ: б) 35 ‰.

Обоснование: Средняя солёность вод Мирового океана составляет ровно 35 ‰ (тридцать пять промилле). Это означает, что при полном испарении 1 литра океанической воды на дне останется 35 граммов сухого остатка солей. Для сравнения: 42 ‰ — это солёность Красного моря, а пресной считается вода с солёностью менее 1 ‰.

Правильный ответ: б) понижается.

Обоснование: Из-за сферической формы Земли угол падения солнечных лучей максимален на экваторе и уменьшается к высоким широтам. Поэтому температура поверхностных вод закономерно понижается от +25...+28 °C в районе экватора до 0...–1,5 °C в полярных морях Арктики и Антарктики.

Правильный ответ: б) ветра.

Обоснование: Абсолютное большинство волн на поверхности морей и океанов (ветровые волны) формируется под кинетическим воздействием ветра. Ветер давит на поверхность воды, заставляя водные частицы совершать круговые колебания вверх и вниз, переходящие в нарастающее волновое движение (чем сильнее ветер, тем выше образующиеся волны).