Гидрология океанов и морей

Часть речного стока остается на континентах, аккумулируясь в бессточных водоемах (Каспийское море, Аральское море, Мертвое море), но подавляющий объем стока воды, растворенных и взвешенных веществ выносится реками и подземными водами с суши в Мировой океан.

Мировым океаном называется вся совокупность океанов и морей, имеющих непосредственную связь с океанами и которая обладает единством, т.е. взаимосвязанностью частей и общностью солевого состава. В связи с этим выше перечисленные бессточные водоемы на континентах, строго говоря, являются озерами. Хотя, в прошлом они имели связь с Мировым океаном, от которого унаследовали повышенную соленость вод. Мировой океан состоит из четырех океанов: Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого и Тихого (часто выделяют пятый – Южный океан, вокруг Антарктиды) и множества морей. Выделяют внутренние моря, окраинные и межостровные.

В Мировом океане заключено около 86% общего количества воды на Земле. Средняя глубина Мирового океана 3795 м. В рельефе дна выделяют подводные окраины материков и ложе Мирового океана.

Подводные окраины материков имеют несколько основных крупных областей:

- шельф;

- материковый или континентальный склон;

- материковое или континентальное подножие.

Область шельфа прилегает к суше и представляет собой мелководные зоны с глубинами менее 200 м и относительно пологим наклоном в сторону океана. В рельефе шельфа обнаружены древние береговые линии, затопленные террасы и русла рек.

Материковый склон представляет собой относительно крутой уступ, ограничивающий шельф и собственно континентальную плиту. Уступ опускается до глубины 2,5-3 км, с уклоном 5-7⁰ иногда до 15⁰. Поверхность уступа изрезана каньонами, по которым осуществляется вынос растворенных и взвешенных веществ с континентов к материковому подножью.

Материковое подножье – это полого наклонная слабоволнистая равнина, связывающая материковый склон с ложем Мирового океана. Характеризуется очень высокой мощностью осадков.

Рельеф подводных окраин морей и океанов бывает двух типов:

- плоский, характерен для относительно спокойных в тектоническом отношении областей (Белое, Карское, Баренцево моря);

- котловинный, характерен для подвижных участков земной коры, которые называются геосинклиналями. Они формируются вследствие прогибания земной коры и отличаются высокой тектонической активностью.

Ложе Мирового океана х арактеризуется различной степенью расчлененности, т.к. здесь существуют:

- срединно-океанические хребты (зоны спрединга);

- глубоководные желоба (зоны субдукции) и крупные котловины;

- абиссальные (глубоководные) равнины;

- гайоты (плосковершинные подводные горы, бывшие вулканы).

Соленость и химический состав Мирового океана остаются постоянными в течение очень долгого времени. Как минимум 600 млн лет. Суммарное содержание всех солей в морской воде называется соленостью и измеряется в промилле (‰). Общая соленость вод океана составляет около 35‰, т.е. в 1 кг воды содержится 35 г солей. Крайние значения солености вод Мирового океана 33-37‰. У поверхности соленость снижается за счет атмосферных осадков, притока пресной воды с суши, таяния льдов. В аридных зонах, где сток невелик, а испарение большое соленость увеличивается (Красное море 40-41‰). В гумидных зонах, за счет поверхностного стока, соленость уменьшается. Примерами опресненных вод является: Азовское море (11-12‰), Черное море (17-18‰), Каспийское море (на севере 2-5‰, на юге до 15‰).

В воде морей и океанов присутствуют практически все химические элементы, однако солевой состав формируют калий, магний, кальций, натрий, сульфат-ион, хлор, фтор, йод, которые дают в сумме 99,9% по массе.

Температура морской воды определяется следующими факторами:

- широтой;

- преобладающими ветрами;

- океанические течениями.

Изменения температуры воды, связанные с климатической зональностью, сказываются только на верхнем слое 100-200 м, ниже находятся внезональные воды. В придонных слоях температура воды 0 - +3°, а в высоких широтах 0° - -2⁰. Переход от верхнего слоя теплой воды к нижнему, с низкой температурой называется термоклином. В толщах Мирового океана он находится на глубине от 300 до 1500 м.

Плотность воды Мирового океана зависит от солености и температуры. На поверхности плотность изменяется в соответствии с климатической зональностью. По мере удаления от экватора плотность воды повышается. Крайние значения плотности океанической воды 1,022 – 1,028 кг/м³. Средняя по солености и температуре вода имеет плотность 1,025 кг/м³. Колебания плотности, обусловленные изменением температуры и солености ответственны за формирование глубинных течений в Мировом океане. Кроме этих факторов морские воды приводят в движение ветер, притяжение Луны и Солнца, землетрясения.

Приливы, т.е. поднятия уровня воды в океане связаны с гравитационным притяжением Луны. Из-за того, что одна сторона Земли ближе к Луне, чем другая лунное притяжение на ближней стороне на 7% больше, чем на дальней. Вращение Луны вокруг Земли приводит к образованию в океане приливных вздутий в океане (приливных волн), перемещающихся вокруг Земли вслед за Луной. Слабые приливные явления проявляются в атмосфере и даже вызывают колебания земной коры с амплитудой около 10 см. Высота приливов в разных частях Мирового океана зависит от морфологии берегов и отличается очень значительно (от 0,5 до 10 м). В замкнутых водоемах приливы практически не ощущаются. Когда Земля, Луна и Солнце оказываются на одной линии (в полнолуние и новолуние) приливы достигают максимальной силы.

Поверхностные океанические течения своим происхождением обязаны ветру. Сила трения воздуха о водную поверхность приводит к возникновению широкого спектра волновых движений, а в открытом море ветровых или дрейфовых течений. Под воздействием постоянно дующих тропических пассатов поверхностные слои воды увлекаются ветром вдоль экватора в западном направлении формируя экваториальное течение. Которое огибало бы весь земной шар если бы на его пути не вставали континенты. Форма континентального шельфа, очертания береговой линии, эффект Кориолиса изменяют направление течения вод формируя систему поверхностных течений (рис. 2.2).

Глубинные течения образуются за счет изменения плотности вод. В высоких широтах переохлажденные и более соленые (за счет вымораживания пресной воды) поэтому более плотные океанические воды погружаются и движутся в придонных слоях, а их место занимают более теплые и легкие воды тропиков.

В полузамкнутых водоемах течения складываются иначе. Например, в Средиземном море испарение намного превышает осадки и сток с суши. Поэтому уровень воды поддерживается мощным течением (4 км/ч) через Гибралтарский пролив из Атлантического океана. В результате длительного испарения вода Средиземного моря приобрела повышенную соленость (в восточной части до 39‰), что привело к формированию обратного течения из Средиземного моря в Атлантический океан в придонных слоях. Если полузамкнутый водоем активно поступает пресная вода, то она формирует поверхностные слои и течения. А в случае высокого порога, отделяющего водоем от Мирового океана, в глубине бассейна формируются застойные воды. Кислород в них постепенно истощается, формируется сероводород и большинство организмов погибает (Черное море).

 

Рис. 2.2. Течения Мирового океана

Волновое движение в глубокой воде, связанное с ветром или другими факторами заставляет частицы воды двигаться по замкнутым орбиталям в вертикальной плоскости. При этом поступательное движение в воде не возникает. Можно видеть, как плавающий на поверхности воды предмет поднимается и

опускается с волнами, движущимися в определенном направлении, но остается на месте, если не подгоняется ветром.

В волнах различают следующие элементы:

- гребень волны (верхняя часть);

- подошва (ложбина или низшая часть волны);

- высота волны (расстояние по вертикали между гребнем и ложбиной, зависит от силы ветра);

- длина волны (расстояние от гребня одной волны до гребня другой);

- глубина проникновения волны (зависит от высоты волны и соотношения длины волны и глубины водоема);

- период (время, за которое волна проходит расстояние равное своей длине);

- фронт волны (линия, проходящая вдоль гребня и перпендикулярная движению волны).

Подходя к берегу, волны захватывают всю толщу воды и в результате трения подошвы о дно волны начинают деформироваться. Колебательное движение частиц воды сменяется на поступательное. Скорость и длина уменьшаются, а высота и крутизна увеличиваются до тех пор, пока волна не опрокидывается, образуя прибой.

Высота большинства океанических волн около 3 м. Штормовые волны достигают высоты 10-16 м. Еще большей высотой отличаются цунами – гигантские волны, возникающие при сильных подводных землетрясениях, извержениях вулканов, а также обвалах горных пород в береговой зоне.

Под воздействием прибрежных течений или косо подходящих к берегу волн обломочный материал перемещается вдоль берега. Скорость перемещения зависит от глубины, скорости течения и интенсивности волнения. По данным В.П.Зенковича при волнении в 3 балла на Черном море отдельные гальки за счет поступательно-возвратного движения перемещаются вдоль пляжа со скоростью 43 м в час, а вся масса окрашенной гальки (около м³) за час смещалась на 17-20 м. Менее крупный обломочный материал может двигаться быстрее.

Транспортируемый волнами или прибрежными течениями материал уносится на глубину или двигается вдоль берега. В результате формируются пляжи (в затишных местах), косы (продолжение пляжей от какого-либо выступа суши), бары (подводные насыпи и отмели из песка и галечника), волнонамывные террассы (на удалении от берега, где волноприбойная деятельность ослабевает), заводи и лагуны (за счет кос и баров, перегораживающих входы в бухты или отчленяющих от моря вогнутые берега).

Для того, чтобы усилить (ограничить) аккумуляцию материала или нежелательную эрозию берегов используют различные подводные сооружения, защитные стенки, облицовки, волнорезы, дамбы, ведутся дночерпательные работы. Предотвращению негативных процессов в прибрежных районах способствует инженерно-геологический мониторинг берегов.