© Владимир Каланов,
"Знания-сила".
Часто можно слышать выражения «тёплое море» или «холодное, студёное море». Если иметь в виду только температуру воды, то оказывается, что разница между тёплым и холодным морем совершенно незначительна и касается она только верхнего, относительно тонкого слоя воды. Поэтому упомянутые выражения можно воспринимать только как литературный образ, как привычный речевой штамп.
Мировой океан в целом – это колоссальное хранилище холодной воды, сверху которого, да и то не везде, находится небольшой по толщине слой чуть более тёплой воды. Вода теплее 10 градусов составляет всего около 8 процентов общих водных запасов Мирового океана. Этот тёплый слой в среднем достигает толщины не более 100 метров. Под ним на больших глубинах температура воды находится в пределах от одного до четырёх градусов по Цельсию. Такую температуру имеют 75% океанской воды. В глубоководных желобах, а также в поверхностных слоях приполярных областей вода имеет ещё более низкую температуру.
Температурный режим океана отличается исключительной устойчивостью. Если в глобальном масштабе абсолютная разница температур воздуха достигает 150°C , то разница между максимальной и минимальной поверхностной температуры воды в океане в среднем на порядок меньше.
В абсолютных величинах эта разница в различных районах Мирового океана составляет от 4-5°C до 10-12°C в течение года . Например, колебание температуры поверхностных вод Тихого океана в районе Гавайских островов в течение года составляет не более 4°C, а в районе к югу от Алеутских островов – 6-8°C. Только в мелководных прибрежных районах морей умеренных климатических зон эти колебания могут быть больше. Например, у северного побережья Охотского моря разница средних температур поверхностной воды в самый тёплый и самый холодный месяцы года достигает 10-12°C.
Что касается суточных колебаний поверхностной температуры воды, то они в открытом море составляют всего лишь 0,2-0,4 градуса. Лишь в ясную солнечную погоду в самый тёплый месяц лета они могут составить 2 градуса. Суточные колебания температуры захватывают совсем тонкий поверхностный слой океанской воды.
Солнечным излучением вода в океане даже в экваториальной зоне прогревается на очень незначительную глубину (до 8-10 метров). В более глубокие слои тепловая энергия Солнца проникает только благодаря перемешиванию водных масс. Наиболее активная роль в перемешивании морской воды принадлежит ветру. Глубина ветрового перемешивания воды составляет обычно 30-40 м. На экваторе, при условии хорошего ветрового перемешивания, Солнце прогревает воду до глубины 80-100 м.
В наиболее беспокойных океанских широтах глубина теплового перемешивания бывает значительно больше. Например, в южной части Тихого океана, в полосе штормов между 50-й и 60-й параллелями, ветер перемешивает воду до глубин 50-65 метров, а южнее Гавайских островов – даже до глубины 100 метров.
Интенсивность теплового перемешивания особенно велика в районах мощных океанических течений. Например, к югу от Австралии тепловое перемешивание воды происходит до глубины 400-500 м.
В этой связи мы должны пояснить некоторые термины, принятые в океанологии.
Перемешивание, или вертикальный водообмен, бывает двух видов: фрикционное и конвективное . Фрикционное перемешивание происходит в движущемся потоке воды вследствие различий в скорости её отдельных слоёв. Такое перемешивание воды происходит при воздействии ветра или прилива (отлива) в море. Конвективное (плотностное) перемешивание происходит тогда, когда в силу каких-то причин плотность вышележащего слоя морской воды оказывается выше плотности подстилающего слоя. В такие моменты в море возникает вертикальная циркуляция вод . Наиболее интенсивно вертикальная циркуляция происходит в зимних условиях.
Плотность океанской воды с глубиной возрастает. Нормальный рост плотности с глубиной называется прямой стратификацией океанических вод . Бывает и обратная плотностная стратификация , но она наблюдается как кратковременное явление в океане.
Наиболее стабильна температура поверхностной воды в экваториальной зоне океана. Здесь она находится в пределах 20-30°C. Солнце в этой зоне приносит в любое время года примерно одинаковое количество тепла, а ветер постоянно перемешивает воду. Поэтому круглосуточно сохраняется постоянная температура воды. В открытом океане самые высокие температуры поверхностной воды отмечаются в зоне от 5 до 10 градусов северной широты. В заливах температура воды может быть выше, чем в открытом океане. Например, в Персидском заливе летом вода прогревается до 33°C.
Поверхностная температура воды в тропической зоне почти неизменна в течение всего года. Она никогда не опускается ниже 20°C, а в приэкваториальной зоне приближается к 30 градусам. На мелководье у самого берега днём вода может прогреться и до 35-40°C. Но в открытом море температура поддерживается с удивительным постоянством (26-28 градусов) круглые сутки.
В умеренных зонах температура поверхностных вод, естественно, ниже, чем в приэкваториальных, а разница между летней и зимней температурами уже заметна и достигает 9-10 градусов. Например, в Тихом океане в районе 40-го градуса северной широты средняя температура поверхностной воды составляет в феврале около 10 градусов, а в августе – около 20.
Морская вода нагревается в результате поглощения ею солнечной энергии. Известно, что вода плохо пропускает красные лучи солнечного спектра, а длинноволновые инфракрасные лучи, несущие основную часть тепловой энергии, проникают в воду лишь на несколько сантиметров. Поэтому нагревание более глубоких слоёв океана происходит не за счёт непосредственного поглощения солнечного тепла, а вследствие вертикальных перемещений водных масс. Но даже в экваториальной зоне, где солнечные лучи почти под прямым углом направлены к поверхности океана, а ветер активно перемешивает воду, она глубже 300 метров остаётся постоянно холодной. Сезонные колебания почти не касаются морских глубин. В тропиках под слоем тёплой воды находится зона толщиной 300-400 метров, где температура с глубиной быстро падает. Область быстрого падения температуры называется термоклином . Здесь через каждые 10 метров глубины температура понижается примерно на 1 градус. В следующем слое толщиной в 1-1,5 км. скорость снижения температуры резко замедляется. У нижней границы этого слоя температура воды не превышает 2-3°C. В более глубоких слоях падение температуры продолжается, но происходит ещё медленнее. Слои океанской воды, начиная с глубины 1,2-1,5 км., уже совершенно не реагируют на изменение внешних температур. В придонном слое воды температура несколько повышается, что объясняется воздействием тепла земной коры. Существующее на больших глубинах чудовищное давление также препятствует дальнейшему падению температуры воды. Так, вода полярных районов, охлажденная у поверхности, опустившись на глубину 5 км., где давление увеличивается в 500 раз, будет иметь температуру на 0,5 градуса выше первоначальной.
Приполярная область, как и экваториальная зона, является зоной стабильной температуры поверхностных вод. Здесь солнечные лучи падают под острым углом к поверхности океана, как бы скользят над поверхностью. Значительная их часть не проникает в воду, а отражается от неё и уходит в мировое пространство. В приполярных областях температура поверхностных вод летом может подниматься до 10 градусов, а зимой опускаться до 4-0 или даже до минус 2 градусов. Как известно, морская вода может находиться в жидком состоянии и при отрицательной температуре, т.к. она представляет собой достаточно насыщенный раствор солей, что примерно на 1,5 градуса снижает температуру замерзания чистой воды.
Самым холодным районом Мирового океана считается море Уэдделла у берегов Антарктиды. Здесь океанская вода имеет самую низкую температуру. Воды Южного полушария в целом значительно холоднее вод Северного полушария. Такое различие объясняется согревающим воздействием материков, площадь которых в Южном полушарии Земли существенно меньше. Поэтому так называемый термический экватор Мирового океана, т.е. линия наибольших поверхностных температур воды, смещён относительно географического экватора к северу. Среднегодовая поверхностная температура океана на термическом экваторе составляет около 28°C в открытой акватории и около 32°C – в замкнутых морях. Такие температуры держатся стабильно и постоянно в течение многих лет, веков, тысячелетий и, вероятно, миллионов лет.
Географы и астрономы, взяв за основу высоту Солнца над горизонтом, теоретически разделили поверхность Земли с помощью двух тропиков и двух полярных кругов на пять геометрически правильных поясов или климатических зон.
В Мировом океане, вообще говоря, выделяют такие же климатические зоны. Но такое формальное деление далеко не всегда согласуется с интересами конкретных видов науки и практики. Например, в океанологии, климатологии, биологии, как и в практике сельского хозяйства, зоны, установленные только на основе географической широты, часто не совпадают с реальными климатическими зонами, с фактической зональностью распределения осадков, растений, животных. Для морских биологов, судоводителей, рыбаков важен не сам по себе полярный круг, их интересует прежде всего граница плавучих льдов.
Климатические зоны (пояса) в Мировом океане.
Учёные разных специальностей не имеют единого мнения, например, в вопросе о том, что считать тропической зоной океана, где она начинается и где кончается. Одни специалисты считают тропической зоной океана только тот пояс к северу и к югу от экватора, в котором возможно существование коралловых рифов. Другие считают, что такая зона охватывает область распространения морских черепах и т.д. Некоторые учёные считают необходимым выделить особые субтропические и субарктические зоны.
Климатологи и синоптики, которые в своей работе должны учитывать влияние многочисленных природных факторов, - температуру, влажность, силу и направление преобладающих ветров, количество осадков, близость океана, продолжительность сезонов и т.д., разделяют Землю на целых 13 зон: одну экваториальную и по две субэкваториальных, тропических, субтропических, умеренных, субполярных и полярных.
Эти примеры показывают совершенно нормальное положение в науке, когда каждая специальная дисциплина требует особых исходных, базовых условий для решения стоящих перед ней задач и получения конкретных результатов. Главное, что мы должны отметить в вопросе зональности Земли и Мирового океана, состоит в том, что, во-первых, широтная зональность как суши, так и океана не имеет или почти не имеет отношения к температурному режиму океанских глубин и к происходящим там физическим и биологическим процессам. Во-вторых, всякое зональное деление Земли и океана условно и не может быть универсальным для всех отраслей науки и практики.
Основной источник данных - буи ARGO.
Поля получены при помощи оптимального анализа.
На нашем сайте помещена карта поверхностных температур Мирового океана, на которой отмечается температура воды в конкретной точке океана в каждый данный момент в реальном режиме времени. Информация о температуре океанской воды передаётся в службу погоды многих стран с нескольких тысяч судовых и стационарных синоптических станций, а также многочисленными датчиками – буями, которые установлены на якорях или дрейфуют в различных районах Мирового океана. Вся эта система создана объединёнными усилиями десятков стран мира. Ценность такой системы очевидна: она является важным элементом Всемирной службы погоды и вместе с метеорологическими спутниками участвует в подготовке данных для составления глобальных анализов и прогнозов погоды. А надёжный прогноз погоды нужен всем: учёным, водителям морских и воздушных судов, рыбакам, туристам.
© Владимир
Каланов,
"Знания-сила"
Температура вод. Мирового океана неодинакова в разных местах всего нагреваются океаны в полосах примерно на 20 ° с ш и
20 ° пл ш, которые совпадают с областями высокого давления. Это объясняется малой облачностью в субтропических, тропических и субэкваториальных широтах. Океаны поглощают тепло главным образом в поясе 30 ° ю ш - 20 ° п ю ш, а отдают его атмосфере в высоких широтах. Это - важный фактор смягчения климата в умеренных и полярных широтах холодное время рокори року.
Только верхний слой воды толщиной 1 см собирает солнечное тепло. Он поглощает 94% солнечной энергии, попадающей на поверхность океана. От поверхности солнечная энергия передается вглубь. Основную роль при этом видиг играют динамические процессы, обусловленные различными причинами. Все вместе динамические процессы (вертикальные и горизонтальные движения воды) обусловливают хорошо перемещения тепла от поверхности на разные глубины. Благодаря этому воды океанов. Профит во всей своей толще и сосредотачивают в себе огромное количество теплтепла.
Средняя температура воды на поверхности. Мирового океана составляет 17,54 °. С (температура воздуха над океаном 14,4 °. С). Средняя температура воды на поверхности в северной и южной полярной областях состояние ставляет соответственно -0,75 и -0,79 °. С, в экваториальной полосе 26,7 °. С и 27,3 °. С. В. Северном полушарии температура воды выше, чем в. Южной, что объясняется влиянием материкеів.
На больших глубинах распределение температур определяется глубинной циркуляцией воды, которые погрузились в высоких широтах, имеют низкую температуру, нежели погрузились в низких широтах. В придонном слое тем мпературе меняется от 1,4 - 1,8 °. С в низких широтах до 0 °. С и ниже в высокийих.
Соленость воды океанов является одним из важнейших ее особенностей
Вода - лучший растворитель. Она хоть и слабый (содержит около 4% по весу растворенного твердого вещества), но очень богат по качественному составу раствор. В воде растворены все известные элементы, правда, здеби ильшого-в мизерном количестве, но в сумме они дают значительные величины. Достаточно сказать, что, кроме огромного количества основных солей - NaCl, MgSO, MgCgCl 2 , в морской воде растворено золота примерно 8 милл т, никеля 80 мл н т, серебра 164 милл т, 800 млн т молибдена, йода 80 млрд т т.д.
Кроме твердого вещества, в воде растворены и газы (кислород, азот, углекислота, а в застойных водах - сероводород) и органическое вещество
От солености морской воды зависят температуры ее замерзания и наибольшей плотности, а от них - длительность процессов перемешивания воды в океанах. Следовательно, она влияет на температуру воздуха и климат. Зем млі.
Соленость в. Мировом океане распределяется неравномерно и зависит в основном от соотношения испарения и осадков в полярных и субполярных областях, где вода опресняется таянием льда, солон ность меньше: в. Арктике она равна в среднем 31,4 ‰ в. Антарктике - 33,93%%о.
В умеренных широтах соленость близка к нормальной (средней) и составляет около 35 ‰. Это объясняется интенсивным перемешивания м воды в этих широтах. Самая высокая соленость в открытом океане - в субтроп печных широтах обоих полушарий (там испарения преобладает над осадками) - более 37,25 ‰. В экваториальной полосе через опреснение осадками она несколько ниже средней. Наибольшая соленость. Мирового океа ну в закрытых морях тропической зоны - более 42 ‰ (Красное море). С глубиной соленость меняется очень мал мало.
Морские течения - постепенные движения водных масс в океанах и морях, обусловленные различными силами (гравитационными, трения и припливоутворюючимы). Они играют значительную роль в жизни. Мирового океана и мореплавании; поощряют обмена водных масс, изменении берегов (разрушение, намыв новой суши), обмеление акваторий портов, переноса льда и др.; большое влияние на климата разных частях земного шара: например, сист еми. Североатлантического течения смягчают климат. Европы. Морские течения различаются: по происхождению - морские течения, обусловленные трением ветра о поверхность моря (ветровые течения), неравномерным распределение ом температуры и солености воды (плотность течения), уклоном уровня (стоковые течения) и т др.; по степени устойчивости - устойчивые, меняющиеся, временные, периодические (например, сезонные течения, которые меняют направления п ид влиянием муссонов) по размещению - поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные, придонные; по физико-химическим свойствам - теплые, холодные, опресненные, осолоненныеонені.
На направление морских течений влияет вращения. Земли, которое отклоняет течения в. Северном полушарии - вправо, в. Южном - влево
Основные поверхностные течения возникают под влиянием пассатов, дующих над океанами круглогодично
Рассмотрим течения. Тихого океана. Течение, возникающее пол влиянием северо-восточного пассата, образует с ним угол 45 °, отклоняясь вправо вол преобладающего направления ветра. Поэтому течение идет с востока на запад вздов вж экватора, немного севернее от него. Это течение создает северо-восточный пассат. Ее называют. Северной пассатнотною.
Юго-восточный пассат образует. Южную пассатный течение, которое отклоняется от направления пассата влево на 45 °. Она имеет направление такой же, как и предыдущая, с востока на запад, но проходит южнее экв ватораа.
Обе. Пассатное (экваториальные) течения, идя параллельно с экватором, достигают восточного берега материков и разветвляются, причем одна струя возвращает вдоль берега на север, а второй - на юг. Южное ответвление. Северной. Пассатного течения и северное ответвление. Южной. Пассатного течения. Идут друг другу навстречу. Встретившись, они сливаются и через зону экваториального затишья направляются с запада на восток, образуя экваториальную противотечениемію.
Правое ответвление. Северной. Пассатного течения идет на север вдоль восточного берега материка результате вращения. Земли оно постепенно отклоняется от берега и около 40-й параллели поворачивает на восток в откр рыт океан. Здесь его подхватывают юго-западные ветры и заставляют идти в направлении с запада на восток. Дойдя до западного берега материка, течение разветвляется, ее правое ответвление идет на юг отклоняясь вращением. Земли вправо, и поэтому отходит от берега. Дойдя до. Северной пассатной (экваториальной) течения, это ответвление сливается с ней и образует замкнутый северное экваториальное кругов ьце течиечій.
Левое ответвление течения направляется на север, отклоняется вращением. Земли вправо, прижимается к западному берегу материка и идет вдоль него
Северо-восточные ветры, дующие с приполярного пространства, тоже создают течение. Она, неся очень холодную воду, идет на юг вдоль восточных берегов материка. Евразии
В. Южном полушарии левое ответвление. Южной. Пассатного течения направляется на юг вдоль восточного берега. Австралии, вращением. Земли отклоняется влево и оттесняется от берега. У 40-й параллели это ответвления течения возвращает в открытый океан, вскакивает северо-западными ветрами и идет с запада на восток. У западных берегов. Америки течение разветвляется. Левое ответвление возвращает вдоль бе. Рега материка на север. Отклоняясь вращением. Земли влево, это течение отходит вол берега и соединяется с. Южной пассатной течению, образуя южное экваториальное кольцо течений. Правое же ответвлении я мимо южной оконечности. Америки проходит на восток в соседней океаокеан.
Особенно страшны волны, возникающие от землетрясений и вулканических извержений, когда воды падают на берег. Волны такого происхождения называются цунами
В результате действия. Луны на поверхность. Мирового океана возникают приливы и отливы. Очень высокие приливы бывают в заливе. Сен-Мало во. Франции - до 15 м. У вершины залива файле высота прилива может дос ягаты 18 м.
В южной части. Атлантического океана высокие приливы - до 12-14 м - можно наблюдать у берегов. Патагонии к северу от входа в. Магелланов пролив
В. Тихом океане наибольшие приливы в. Охотском море у берегов. России
В. Индийском океане высокие приливы бывают у западных берегов. Индии (до 12 м)
Вода — простейшее химическое соединение водорода с кислородом, однако океанская вода — универсальный однородный ионизированный раствор, в состав которого входят 75 химических элементов. Это твердые минеральные вещества (соли), газы, а также взвеси органического и неорганического происхождения.
Вола обладает множеством различных физических и химических свойств. Прежде всего они зависят оглавления и температуры окружающей среды. Дадим краткую характеристику некоторым из них.
Вода — это растворитель. Поскольку вода является растворителем, можно судить о том, что все воды — это газо-солевые растворы различного химического состава и различной концентрации.
Соленость морской воды (табл. 1). Концентрация растворенных в воде веществ характеризуется соленостью, которая измеряется в промилле (%о), т. е. в граммах вещества на 1 кг воды.
|
Основные соединения |
Морская вода |
Речная вода |
|
Хлориды (NaCI, MgCb) |
||
|
Сульфаты (MgS0 4 , CaS0 4 , K 2 S0 4) |
||
|
Карбонаты (СаСОд) |
||
|
Соединения азота, фосфора, кремния, органические и прочие вещества |
||
Линии на карте, соединяющие точки с одинаковой соленостью, называют изогалинами.
Соленость пресной воды (см. табл. 1) в среднем равна 0,146 %о, а морской — в среднем 35 %о. Растворенные в воде соли придают ей горько-соленый вкус.
Около 27 из 35 граммов составляет хлористый натрий (поваренная соль), поэтому вода соленая. Соли магния придают ей горький вкус.
Поскольку вода в океанах образовалась из горячих соленых растворов земных недр и газов, соленость ее была изначальной. Есть основания предполагать, что на первых этапах формирования океана его воды по солевому составу мало отличались от речных. Различия наметились и стали усиливаться после преобразования горных пород в результате их выветривания, а также развития биосферы. Современный солевой состав океана, как показывают ископаемые остатки, сложился не позже протерозоя.
Помимо хлоридов, сульфитов и карбонатов в морской воде обнаружены почти все известные на Земле химические элементы, в том числе и благородные металлы. Однако содержание большинства элементов в морской воле ничтожно, например, золота в кубометре воды выявлено лишь 0,008 мг, а на наличие олова и кобальта указывает их присутствие в крови морских животных и в донных осадках.
Соленость океанских вод — величина не постоянная (рис. 1). Она зависит от климата (соотношения осадков и испарения с поверхности океана), образования или таяния льдов, морских течений, вблизи материков — от притока пресных речных вод.
Рис. 1. Зависимость солености вод от широты
В открытом океане соленость колеблется в пределах 32- 38%; в окраинных и средиземных морях колебания ее значительно больше.
Особенно сильно на соленость вод до глубины 200 м влияет количество выпадающих и испарение. Исходя из этого можно говорить, что соленость морской воды подвержена закону зональности.
В экваториальных и субэкваториальных районах соленость составляет 34 %с, потому что количество выпадавших осадков больше воды, затраченной на испарение. В тропических и субтропических широтах — 37 так как осадков мало, а испарение велико. В умеренных широтах — 35 %о. Наименьшая соленость морской воды наблюдается в приполярных и полярных областях — всего 32 так как количество осадков превышает испарение.
Морские течения, сток речных вод и айсберги нарушают зональную закономерность солености. Например, в умеренных широтах Северного полушария соленость вод больше около западных берегов материков, куда с помощью течений приносятся более соленые субтропические воды, меньшая соленость воды — у восточных берегов, куда холодные течения приносят менее соленую воду.
Сезонное изменение солености воды происходит в приполярных широтах: осенью за счет образования льда и уменьшения силы речного стока соленость увеличивается, а весной-летом за счет таяния льда и усиления речного стока соленость уменьшается. Вокруг Гренландии и Антарктиды в летний период соленость становится меньше в результате таяния близлежащих айсбергов и ледников.
Самый соленый из всех океанов — Атлантический океан, наименьшую соленость имеют воды Северного Ледовитого океана (особенно у азиатского побережья, близ устьев сибирских рек — менее 10 %о).
Среди частей океана — морей и заливов — максимальная соленость наблюдается в областях, ограниченных пустынями, например, в Красном море — 42 %с, в Персидском заливе — 39 %с.
От солености воды зависят ее плотность, электропроводность, образование льда и многие другие свойства.
Кроме различных солей, в водах Мирового океана растворены разные газы: азот, кислород, диоксид углерода, сероводород и др. Как и в атмосфере, в океанских водах преобладают кислород и азот, но в несколько других пропорциях (например, общее количество свободного кислорода в океане 7480 млрд т, что в 158 раз меньше, чем в атмосфере). Несмотря на то что газы занимают сравнительно мало места в воде, этого достаточно, чтобы оказывать влияние на органическую жизнь и различные биологические процессы.
Количество газов определяется температурой и соленостью вод: чем выше температура и соленость, тем меньше растворимость газов и ниже их содержание в воде.
Так, например, при 25 °С в воде может раствориться до 4,9 см /л кислорода и 9,1 см 3 /л азота, при 5 °С — соответственно 7,1 и 12,7 см 3 /л. Из этого вытекают два важных следствия: 1) содержание кислорода в поверхностных водах океана значительно выше в умеренных и особенно полярных широтах, чем в низких (субтропических и тропических), что сказывается на развитии органической жизни — богатстве первых и относительной бедности вторых вод; 2) в одних и тех же широтах содержание кислорода в водах океана зимой выше, чем летом.
Суточные изменения газового состава воды, связанные с колебаниями температуры, невелики.
Наличие в океанской воде кислорода способствует развитию в ней органической жизни и окислению органических и минеральных продуктов. Главным источником кислорода в океанской воде является фитопланктон, называемый «легкими планеты». В основном кислород расходуется на дыхание растений и животных в верхних слоях морских вод и на окисление различных веществ. В интервале глубин 600-2000 м расположен слой кислородного минимума. Небольшое количество кислорода здесь сочетается с повышенным содержанием углекислого газа. Причина — разложение в этом слое воды основной массы поступающего сверху органического вещества и интенсивное растворение биогенного карбоната. Оба процесса нуждаются в свободном кислороде.
Количество азота в морской воде гораздо меньше, чем в атмосфере. Этот газ в основном попадает в воду из воздуха при распаде органических веществ, но также вырабатывается при дыхании морских организмов и их разложении.
В толще воды, в глубоких застойных котловинах, в результате жизнедеятельности организмов происходит образование сероводорода, который является ядовитым и тормозит биологическую продуктивность вод.
Вода — одно из самых теплоемких тел в природе. Теплоемкость только десяти метрового слоя океана в четыре раза больше теплоемкости всей атмосферы, а слой воды в 1 см поглощает 94 % солнечного тепла, поступающего на ее поверхность (рис. 2). Благодаря этому обстоятельству океан медленно нагревается и медленно отдает тепло. Вследствие высокой теплоемкости все водные объекты являются мощными аккумуляторами тепла. Охлаждаясь, вода постепенно отдает свое тепло в атмосферу. Поэтому Мировой океан выполняет функцию терморегулятора нашей планеты.
Рис. 2. Зависимость теплоемкости волы от температуры
Самую низкую теплопроводность имеет лед и особенно снег. Вследствие этого лед является предохранителем воды на поверхности водоема от переохлаждения, а снег защищает от промерзания почву, озимые культуры.
Теплота испарения воды — 597 кал/г, а теплота плавления — 79,4 кал/г — эти свойства очень важны для живых организмов.
Показатель теплового состояния океана — температура.
Средняя температура океанских вод — 4 °С.
Несмотря на то что поверхностный слой океана выполняет функции терморегулятора Земли, в свою очередь, температура морских вод зависит от теплового баланса (прихода и расхода тепла). Приход тепла складывается из , а расход — из затрат на испарение воды и турбулентный теплообмен с атмосферой. Несмотря на то что доля тепла, расходуемого на турбулентный теплообмен, не велика, его значение огромно. Именно с его помощью через атмосферу происходит планетарное перераспределение тепла.
На поверхности температура океанских вод колеблется в пределах от -2 °С (температура замерзания) до 29 °С в открытом океане (35,6 °С в Персидском заливе). Среднегодовая температура поверхностных вод Мирового океана составляет 17,4°С, причем в Северном полушарии она примерно на 3 °С выше, чем в Южном. Наибольшая температура поверхностных океанских вод в Северном полушарии — в августе, а наименьшая — в феврале. В Южном полушарии все наоборот.
Поскольку имеет тепловые взаимосвязи с атмосферой, температура поверхностных вод, как и температура воздуха, зависит от широты местности, т. е. подчинена закону зональности (табл. 2). Зональность выражается в постепенном уменьшении температуры воды от экватора к полюсам.
В тропических и умеренных широтах температура воды в основном зависит от морских течений. Так, благодаря теплым течениям в тропических широтах на западе океанов температуры на 5-7 °С выше, чем на востоке. Однако в Северном полушарии вследствие теплых течений на востоке океанов температуры весь год положительные, а на западе из-за холодных течений вода зимой замерзает. В высоких широтах температура во время полярного дня составляет около О °С, а во время полярной ночи подольдом — около -1,5 (-1,7) °С. Здесь на температуру воды в основном влияют ледовые явления. Осенью выделяется теплота, смягчающая температуру воздуха и воды, а весной на таяние затрачивается тепло.
Таблица 2. Средние годовые температуры поверхностных вод океанов
|
Средняя годовая температура, "С |
Средняя годовая температура, °С |
||||
|
Северное полушарие |
Южное полушарие |
Северное полушарие |
Южное полушарие |
||
Самый холодный из всех океанов — Северный Ледовитый, а самый теплый — Тихий океан, гак как основная его площадь располагается в экваториально-тропических широтах (средняя годовая температура поверхности вод -19,1 °С).
Немаловажное влияние на показатель температуры океанической воды оказывает климат окружающих территорий, а также время года, так как от этого зависит солнечное тепло, нагревающее верхний слой Мирового океана. Наибольшая температура воды в Северном полушарии наблюдается в августе, наименьшая — в феврале, а в Южном — наоборот. Суточные колебания температуры морской воды на всех широтах составляют около 1 °С, наибольшие значения годовых колебаний температур наблюдаются в субтропических широтах — 8-10 °С.
Температура океанской воды изменяется и с глубиной. Она понижается и уже на глубине 1000 м практически всюду (в среднем) ниже 5,0 °С. На глубине 2000 м температура воды выравнивается, снижаясь до 2,0-3,0 °С, а в полярных широтах — до десятых градуса выше нуля, после чего она или понижается очень медленно, или даже несколько повышается. Например, в рифтовых зонах океана, где на больших глубинах существуют мощные выходы подземных горячих вод, находящихся под большим давлением, с температурой до 250-300 °С. В целом в Мировом океане по вертикали выделяют два основных слоя воды: теплый поверхностный и мощный холодный , простирающийся до дна. Между ними расположен переходный слой температурного скачка, или главный термоклип , в пределах него происходит резкое понижение температуры.
Эта картина вертикального распределения температуры воды в океане нарушается в высоких широтах, где на глубине 300- 800 м прослеживается слой более теплой и соленой воды, поступившей из умеренных широт (табл. 3).
Таблица 3. Средние величины температуры воды океана, °С
|
Глубина, м |
||||||
|
Экваториальные |
||||||
|
Тропические |
||||||
|
Полярная |
||||||
Резкое увеличение объема воды при замерзании — это своеобразное свойство воды. При резком понижении температуры и ее переходе через нулевую отметку происходит резкое увеличение объема льда. При увеличении объема лед становится более легким и всплывает на поверхность, становясь менее плотным. Лед предохраняет глубинные слои воды от промерзания, так как является плохим проводником тепла. Более чем на 10 % увеличивается объем льда по сравнению с исходным объемом воды. При нагревании происходит процесс, обратный расширению, — сжатие.
Температура и соленость — главные факторы, обусловливающие плотность воды.
Для морской воды чем ниже температура и выше соленость, тем больше плотность воды (рис. 3). Так, при солености 35 %о и температуре 0 °С плотность морской воды составляет 1,02813 г/см 3 (масса каждого кубометра такой морской воды на 28,13 кг больше, чем соответствующего объема дистиллированной воды). Температура морской воды наибольшей плотности не +4 °С, как у пресной, а отрицательная (-2,47 °С при солености 30 %с и -3,52 °С при солености 35 %о
Рис. 3. Связь плотности морской волы с ее соленостью и температурой
Благодаря нарастанию солености плотность воды увеличивается от экватора к тропикам, а в результате понижения температуры — от умеренных широт к Полярным кругам. Зимой происходит опускание полярных вод и их движение в придонных слоях к экватору, поэтому глубинные воды Мирового океана в целом холодные, но обогащенные кислородом.
Выявлена зависимость плотности воды и от давления (рис. 4).
Рис. 4. Зависимость плотности морской волы (Л"=35 %о) от давления при различных температурах
Это важное свойство воды. В процессе испарения вода проходит через грунт, который, в свою очередь, является естественным фильтром. Однако при нарушении предела загрязнения процесс самоочищения нарушается.
Цвет и прозрачность зависят от отражения, поглощения и рассеяния солнечного света, а также от наличия взвешенных частиц органического и минерального происхождения. В открытой части цвет океана синий, у побережья, там, где много взвесей, — зеленоватый, желтый, коричневый.
В открытой части океана прозрачность воды выше, чем у побережья. В Саргассовом море прозрачность воды — до 67 м. В период развития планктона прозрачность уменьшается.
В морях возможно такое явление, как свечение моря (биолюминесценция). Светятся в морской воде живые организмы, содержащие фосфор, прежде всего такие, как простейшие (ночесветка и др.), бактерии, медузы, черви, рыбы. Предположительно свечение служит для отпугивания хищников, для поисков пиши или для привлечения особей противоположного пола в темноте. Свечение помогает рыболовным судам находить косяки рыб в морской воде.
Звукопроводимость -
акустическое свойство воды. В океанах обнаружен звукорассеивающий мой
и подводный «звуковой канал»,
обладающий звуковой сверхпроводимостью. Звукорассеивающий слой ночью поднимается, а днем опускается. Он используется подводниками, так как гасит шум от двигателей подлодок, и рыболовными судами для обнаружения косяков рыб. «Звуковой
сигнал» применяется для краткосрочного прогноза волн цунами, в подводной навигации для сверхдальней передачи акустических сигналов.
Электропроводность морской воды высокая, она прямо пропорциональна солености и температуре.
Естественная радиоактивность морских вод мала. Но многие животные и растения обладают способностью концентрации радиоактивных изотопов, поэтому улов морепродуктов подвергается проверке на радиоактивность.
Подвижность — характерное свойство жидкой воды. Под действием силы тяжести, под влиянием ветра, притяжения Луной и Солнцем и других факторов происходит движение воды. При движении вода перемешивается, что позволяет равномерно распределяться водам разных солености, химического состава и температуры.
Лето, как известно, благодатная пора для отдыха и загара. Но купаться, загорать и отдыхать хочется в любое время года. И как же долго приходится дожидаться жары и теплой водички в водоёмах. Особенно актуальны подобные мечтания в зимние холода. Сегодня никого уже не удивишь новогодними поездками в самое настоящее лето. С жарким солнцем, горячим песком и ласковым морем самого что ни на есть удивительного цвета. А возможность такая есть благодаря температурным особенностям Мирового океана.
Мировой океан намного больше по площади, чем суша. Поэтому неудивительно, что и солнечного тепла на него приходится значительно больше. Но даже солнечные лучи не способны равномерно и систематически прогреть его полностью. Тепло получает лишь неглубокий слой на поверхности. Его толщина всего несколько метров. Но в результате регулярного движения и перемешивания тепло может передаваться на более низкие слои. А уже на глубинах в 3-4 километра средняя температура воды остается неизменной и около дна океана составляет +2-0С. Причем при погружении на глубины, температура воды в мировом океане сначала изменяется резкими скачками, и лишь опускаясь ниже, начинает изменяться в сторону плавного понижения.
Чем сильнее происходит удаление от экватора, тем ниже становится температура поверхности воды. Это очевидно и напрямую связано с общим количеством поступающих теплых солнечных лучей. И поскольку Земля имеет форму шара, то лучи падают на нее под различными углами. Таким образом, экватору достаётся намного больше солнечного тепла, чем обоим полюсам. Поэтому вода здесь регулярно прогревается до +28С+29С. Этим объясняется более высокая температура тропических вод, чем средняя Мирового океана.
Рассматривая, почему и как меняется температура воды, определяющее значение здесь имеют климат и географическое положение. Если воды окружены бескрайними пустынями, как Красное море, то они способны прогреваться до +34С. Еще выше они в Персидском заливе - до +35,6С. Отдаляясь от экватора, начинают работать теплые течения. В это же время холодные массы направляются навстречу теплым. Происходит смешивание гигантских водных масс. Ветер также способен перемешивать поверхностные слои. В этом отношении, конечно же, показателен пример Тихого океана, занимающего почти половину всего Мирового и треть всей планеты Земля. Так, в состоянии шторма ветер перемешивает воды в поверхностном слое Тихого океана в южных широтах на глубину до 65 метров. Смешиваясь и растворяясь, средняя температура воды в мировом океане составляет +17,5С.
Рассматривая среднестатистическую температуру воды океанов, можно констатировать следующее: поверхностный слой Тихого океана самый теплый +19,4С. Второе место у Индийского +17,3С. Температура поверхностных вод Атлантического океана +16,5С – третье место. Чемпионом по самой холодной воде — чуть выше +1С — предсказуемо является Северный Ледовитый. Но, несмотря на то, что средняя температура поверхностных вод Тихого океана самая высокая, из-за огромных размеров в нем имеются участки, где она в зимний период может опускаться до -1С (Берингов пролив).
Высокая соленость является отличительной чертой вод мирового океана. Она многократно превосходит по этому критерию показатели вод на суше. Морская вода содержит 44 химических элемента, но наибольшее количество среди них занимает соль. Чтобы понять, сколько соли находится в Мировом океане, нужно представить такую картину — слой соли, равномерно рассыпанный по суше, будет равен толщине в 150 метров.
Океаны по солености можно расставить таким образом:
От этого напрямую зависит и плотность. Так, средняя плотность воды в Тихом океане также более низкая, чем в других.
Максимальная солёность тропических вод до 35,5-35,6 ‰ выше, чем средняя Мирового океана.
Почему и как меняется соленость воды? Причин существующей разницы несколько:
Возле материков, на небольших расстояниях от берега соленость вод не такая высокая, как в центре океана, поскольку на них действует опреснение стоков рек и таяние льдов. А повышению солености активно способствует испарение и образование льдов.
К примеру, у Красного моря отсутствуют впадающие в него реки, но присутствует очень большая испаряемость в связи сильным солнечным нагревом и малым количеством осадков. В результате соленость составляет 42%о. А если взять к рассмотрению Балтийское море, то его соленость не превышает 1%о и оно, по сути, очень близко к показателям пресного. Объясняется это тем, что оно расположено в климате с очень низким испарением и наибольшим количеством осадков.
На берегу любого моря очень нелегко удержаться от желания искупаться. Море, волны, песок выступают в роли искусителей. Но кого-то искушает возможность сделать погружение в зимнюю прорубь, а кому-то доставит удовольствие купание исключительно при температуре воды не меньше +20С. Все очень индивидуально в этом мире. Но есть и обычный среднестатистический человек, который будет рад обычному среднестатистическому купанию в водоеме. Нормальной температурой принято считать +22 — +24С. Важно понимать, что при погружении в воду тело человека получает воздействие не только температуры окружающей его жидкости, но и таких факторов как:
И все же человеческое тело способно адаптироваться к многочисленным изменениям внешней среды. Оно может либо закалиться, либо расслабиться благодаря процессу терморегуляции. Поэтому утверждение, нет ничего лучше тепленькой водички, не всегда и не во всем правильное. Очень теплые воды способствуют развитию и размножению огромного количества вредных микроорганизмов и неприятных инфекций. Купание в подобных условиях несет в себе угрозу не только для детей, но и для взрослых. Поэтому совершенно резонно, что жители разных континентов и регионов обитания имеют исключительно свою зону комфорта для купания. Здесь можно привести в пример жителей греческого побережья с температурой воды не ниже +25С или тех, кто проживает на берегах Балтийского моря, где она по определению не бывает выше +20С.
Будущим мамам, равно как и маленьким детям, более всего для купания подходит теплая вода. Зачастую для этого выбираются морские ванны. Рекомендуемая температура при беременности не должна быть ниже +22С. Она наиболее естественная и безопасная и не таит в себе никакой угрозы. Тем не менее будущим мамам важно помнить, что и при соблюдении температурного баланса нужно избегать попадания прямых солнечных лучей и желательно избегать возможных тепловых перепадов. И как бы ни нравилось нахождение в объятиях теплых морских волн, не следует злоупотреблять длительным купанием. Считается, что оптимальная продолжительность водных процедур для беременных не должна быть более 15-20 минут.
Поглощая огромное количество тепла, океан делает возможной жизнь на планете. В этом сказывается его бесценность и необходимость для всего живого на Земле. Солнце в определенный период нагревает Мировой океан, а в следующий период теплая вода постепенно согревает этим теплом атмосферу. Без этого процесса наша планета погрузится в жесточайшие холода, и жизнь на Земле погибнет. Ученые рассчитали, что оставшись без сохраняемого мировым океаном тепла, средняя земная температура упадет до -18С или -23С, что на 36 градусов ниже привычной сегодняшней.
Несколько лет назад я отдыхала в Крыму. Был разгар лета, жаркое солнце, но вот в один из дней температура воды почему-то резко снизилась. Оказалось, дело было в холодном течении. Но на температуру морей и океанов влияют еще некоторые факторы.
Все знают, что большую часть нашей планеты занимает не суша, а моря и океаны. Именно водная поверхность и поглощает большой объем солнечного тепла. На температуру воды в океане влияют несколько факторов:
Чем ближе будет расположение к экватору, тем выше будет уровень температуры. Такая ситуация складывается из-за того, что в районе экватора на Землю попадает большая часть солнечного тепла. Температура океанических вод на экваторе может достигать +29°С.
Температура воды в море очень сильно зависит от того, какой участок суши находится рядом. Например, в Красном море вода прогревается очень хорошо, так как вокруг находятся жаркие пустыни. Вода постоянно циркулирует, что позволяет равномерно ей распространяться. Все это происходит благодаря теплым и холодным течениям. Теплые - уносят хорошо прогретую воду от района экватора, а холодные - несут прохладную воду от крайних точек нашей планеты.
Под яркими солнечными лучами может нагреваться только поверхность воды. Тепло может проникать примерно на несколько метров от нее. На глубину теплая вода поступает только благодаря постепенному перемешиванию водных масс.
Конечно же, чем больше глубина, тем ниже будет температура воды. Вначале она падает очень резко. Такая картина наблюдается первые 700 м, а затем изменение температуры происходит постепенно. Так как Солнце уже не способно проникать на такую глубину, то температура начинает снижаться примерно на 2°С каждые 1000 м. После 4000 м температурный показатель опускается до 0°С. Но на самом дне температура становится плюсовой и достигает +2°С. Земная мантия нагревает земную кору, которая на дне океана намного тоньше.
