| Температура, °С | Солоність, %о | |||||
Питання для самоконтролю
1. Сольовий склад вод Світового океану й морів.
2. Розподіл солоності вод у Світовому океані. Причини змін солоності
океанічних вод.
3. Густина і тиск морської води. Вплив цих факторів на процеси, що
відбуваються в морях і океанах.
4.Теплові властивості морської води. Теплообмін між водною поверхнею та атмосферою.
5. Горизонтальні та вертикальні зміни температури води у Світовому океані. Аналіз причин такого розподілу.
6.Особливості процесу замерзання морської води, відмінність їх від материкових.
ВОДНІ МАСИ
Вперше термін “водні маси” був застосований в 1929 році австрійським вченим А.Дефантом. На сучасному етапі А.Д. Добровольський дав наступне визначення водної маси: “ Водною масою називають порівняно великий об’єм води, що формується в певних районах Світового океану, впродовж тривалого часу, має стійкі фізичні (температура, колір, густина), хімічні (солоність, вміст газів) та біологічні властивості і рухається, як одне ціле”. В кожній водній масі виділяють її ядро з найбільш вираженими показниками температури, солоності, густини. Від ядра до зовнішніх меж водної маси значення показників змінюється, але в допустимих значеннях для даної водної маси. Зміна і трансформація значення показників проходить під впливом трьох причин:
1) переходу з однієї кліматичної зони в іншу — зональна трансформація. Зональна трансформація пов’язана з рухом за меридіаном (теплі-холодні течії);
2) зміна зовнішніх умов в районах розміщення водної маси — сезонна трансформація. Сезонна трансформація пов’язана не з переносом водної маси, а з сезонними змінами гідрометеорологічних характеристик на місцях. Цю заново створену водну масу називають зимовою або літньою модифікацією;
3) змішування із сусідніми водними масами — трансформація змішування. Унаслідок перемішування двох водних мас формується третя, з проміжними характеристиками. Ця трансформація може відбуватися поступово, якщо між водними масами немає різкої межі (Канарська течія і Саргасове море) або різке розмежування (Лабрадорська течія і Гольфстрім).
Водні маси Світового океану поділяють на основні та вторинні. Основні водні маси займають великі простори і мають однорідну будову на великій відстані. Основні водні маси в свою чергу поділяють на: екваторіальні, тропічні, субтропічні, субполярні та полярні водні маси.
Екваторіальні водні маси мають високу температуру, незначну солоність і густину, малий вміст кисню і фосфатів (табл. 5.1).
Таблиця 5.1
Характеристика поверхневих водних мас Світового океану
| Водні маси | Товщина шару, м | Темпера-тура, °С | Солоність, ‰ | Густина, ум. од. | Вміст кисню, мг/л | Вміст фосфатів, мг/л |
| Екваторіальні | 150–300 | +26, +28 | 33–35 | 22–23 | 3–4 | 0,5–0 |
| Тропічні | 300–400 | +18, +27 | 34,5–35,5 | 24–26 | 2–4 | 1–2 |
| Субтропічні | 400–500 | +15, +28 | 35–37 | 23–26 | 4–5 | 0,5 |
| Субполярні | 300–400 | +5, +20 | 34–35 | 25–27 | 4,6–6 | 0,5–1,5 |
| Полярні | 100–200 | +5, –1,8 | 32–34 | 27–28 | 5–7 | 1,5–2 |
Тропічні водні маси займають найбільші простори. Для них характерні порівняно високі температура, солоність, густина, але вони дуже бідні на кисень.
Субтропічні водні маси найсолоніші, в них значно більше кисню, ніж у попередніх типах, і зовсім мало фосфатів.
У полярних і субполярних водних масах із зростанням географічної широти температура і солоність знижуються, а густина, вміст кисню і кількість фосфатів збільшуються.
Вторинні водні маси — це води зміщення основних водних мас, наприклад, Середземноморська водна маса в північній частині Атлантичного океану.
Також водні маси поділяють по кожному океану, по півкулям (північні, південні), по довготі (західні, східні) і по вертикалі.
Рис. 5. Області поширення поверхневих водних мас
(за В. М. Степановим)
У вертикальному напрямі розрізняють чотири структурні водні зони: поверхневу, проміжну, глибинну, придонну.
Поверхнева зона, нижня межа якої залягає на глибині 100–200 м, надзвичайно динамічна. Мінливість властивостей її вод зумовлена сезонними коливаннями температури і вітровим хвилюванням. Об’єм води в цій зоні 68,4 млн км3, або 5,1% від загального об’єму Світового океану.
У проміжній зоні (200–2000 м) поверхнева циркуляція води з її широтним перенесенням речовини та енергії змінюється глибинною, в якій переважає меридіональне переміщення водних мас. У високих широтах до цієї зони належить шар теплої води, що проникає сюди з низьких широт. Об’єм води в проміжній зоні 414,2 млн км3, або 30%.
Глибинна зона (2000–4000 м) — зона меридіонального переміщення води та енергії, водообміну між океанами. В ній зосереджено понад половину (50,7%) усієї водної маси океанів — 680,0 млн. км3.
Придонна зона (понад 4000 м) утворюється водами полярного походження. Товща цієї води залежить від рельєфу дна, але найпотужніша вона в Антарктиці через високе положення тут її верхньої межі. Об’єм води у придонній зоні — 176,3 млн км3, або 13,2%.
Між різними водними масами формуються так звані гідрологічні фронти. Це вузькі смуги розмежування різних водних мас або океанічних течій, в яких найбільші горизонтальні градієнти температур, солоності, густини та інших океанографічних характеристик. Вони супроводжуються контрастами кольору води, нагромадженням сміття, піни. Мають ширину від 20 м до 1000 м. Область, усередині якої змінюється положення океанічного фронту, називають фронтальною зоною.
Питання для самоконтролю
1. Дайте визначення водної маси.
2. Охарактеризуйте основні та вторинні водні маси.
Рівень Світового океану
Рівень моря – це положення вільної поверхні води океанів і морів, що вимірюється по прямовисній лінії відносно умовного початку підрахунку.
Світовий океан перебуває в безперервному русі і його поверхня ніколи не залишається спокійною, вона зазнає постійних горизонтальних і вертикальних переміщень водних мас. Їхній рівень змінюється під впливом таких факторів: вітрового нагону і згону води, припливів та відпливів, течій, зміни атмосферного і щільності води, поверхневого випаровування, випадіння опадів, стоку річкових вод, підводних землетрусів і виверження вулканів. У прибережній зоні океанів і морів із тієї або іншої причини рівень моря змінюється від 10 до 15 м й більше, а у відкритій частині моря ці величини значно менші.
Особливості коливання рівня Світового океану
Учені виділяють періодичні, неперіодичні та вікові коливання рівня Світового океану.
Періодичні коливання бувають: припливно-відпливні; коливання, що виникають у результаті річного ходу опадів, випаровування і стоку річкових вод; коливання, що пов’язані з періодичною зміною напрямку вітру (наприклад, у районах дії мусонів).
Неперіодичні коливання викликаються випадковими змінами напрямку і швидкості вітру, величини опадів, випаровування і стоку, тимчасовими течіями, неперіодичними змінами атмосферного тиску, густини води та іншими випадковими причинами.
Вікові коливання відбуваються внаслідок незначних вертикальних рухів материків, зміни гідрологічного режиму в басейнах, що живлять річки і в результаті танення льодовиків.
Велика кількість геологічних факторів свідчать про те, що в минулі епохи відбувалися величезні за масштабами наступання і відступання океану, які зачіпали й континенти. Суша колись займала набагато більшу площу, а водойми мали характер неглибоких морів.
Так, на думку російського вченого Д.П.Найдена, наприкінці крейдового періоду моря в межах сучасних континентів займали 55 млн км2. Це були в основному епіконтинентальні басейни, глибини яких не перевищувала 200-400 м.
Абсолютна величина коливань рівня Світового океану за 130 млн років, тобто від початку крейдового періоду до наших днів, становить 50-2500 м, найбільш ймовірно 100-200 м.
Коливання рівня зумовлювалися різними причинами, із яких найбільше значення мали нагромадження осадків, лави та формування систем океанічних піднять. На підвищення рівня океану впливає стан дна і льодовитість.
Учені вважають, що зниження рівня Світового океану, під час максимального зледеніння досягало 180 м.
Канадський учений Р.Л. Грасті висловив ідею про взаємозв’язок середнього рівня Світового океану з процесами гороутворення на континентах. Він вважав, що стискання при утворенні протяжних гірських поясів повинно було затронути і глибини океанів. Так, якщо край континентального масиву починає жолобитися під дією тектонічних сил і оскільки континент фактично плаває в шарі пластичної мантії, який лежить під ним і не змінює своєї маси, то він повинен витискувати і далі відповідний об’єм мантії, збільшувати площу прилеглого району океану, та зменшувати його глибини.
За розрахунками Грасті, якщо площа Світового океану збільшиться хоча б на 1%, то його рівень повинен знизитися приблизно на 40 м. Унаслідок стискання під час утворення гірського хребта висотою до 3000 м, довжиною до 6000 км і шириною до 400 км рівень Світового океану скрізь повинен знизитися більш як на 10 м.
Особливий інтерес у крейдовий період викликає всесвітній наступ моря, який досяг свого максимуму приблизно 90 млн років тому. Швидкий потім відступ моря пояснюють опусканням дна Тихого океану. Грасті висловлює припущення, що частково відступ моря стався внаслідок значного зменшення площі континентів від зіткнення Індії з Південною Азією в результаті дрейфу континентів. Це стискання підтверджується великими складками, що виникли під час утворення Гімалаїв.
Пуерторіканський учений Дж. Віверу вважає, що рівень Світового океану за останні 20 млн років знизився більш як на 450 м і пояснює це тим, що Земля збільшується в об’ємі. Від цього земна кора тріскається в найтонших місцях, де утворюються океанічні розломи, поступово розширюючись. Морська вода, як вважав Вівер, йде з океанів крізь ці тріщини у глибинні шари кори.
За допомогою штучних супутників Землі встановлено, що поверхня океану (без врахування впливу хвиль, течій та припливів)є достатньо нерівною і не підкоряється фізичному закону “сполучених посудин”, тобто вода не залишається на одному рівні. На поверхні океану виявлено і вивчено декілька величезних водних западин і опуклостей. Так, на південь від острова Шрі-Ланка поверхня океану опущена на 112 м нижче рівня земного еліпсоїда. На північний схід від Австралії, в районі острова Нова Гвінея, рівень водної поверхні вищий за рівень еліпсоїда на 78 м.
Найбільша випуклість знайдена в південно-західній частині Тихого океану. Уся північна частина поверхні Атлантичного океану являє собою плато, найбільш висока частина якого на 67 м вища за рівень еліпсоїда. В районі Карибського моря й Бермудського трикутника поверхня води на 64 м нижча за рівень земного еліпсоїда.
Фактичній дійсний рівень моря в кожному місці – це непостійна величина, як і рівень Світового океану в цілому. Тому на основі багаторічних систематичних спостережень за рівневою рейкою (футштоком) і за записами самописців (маріографом) визначають середній багаторічний рівень моря, що є відрахунковою поверхнею (еталоном, основним горизонтом) для вимірювання висот точок Землі на суші і глибин в океанах і морях. У країнах СНД – це нуль Кронштадтського футштока, який було встановлено ще у 1840 р. російським ученим М.Ф.Рейнеке. Його висота наближено до середнього рівня Балтійського моря, який вище, ніж рівень інших морів, що з’єднуються зі Світовим океаном лише на 0.02 м. У Великобританії, наприклад, за нуль глибини приймають середній рівень малих сизигійних вод – під час припливів і відпливів.
Питання для самоконтролю
1. Причини коливання рівнів океанів й морів.
2. Особливості коливання рівня Світового океану.
