Воды разных частей мирового океана. Мировой океан и его части
Гидросфера - это оболочка Земли, которую образуют океаны, моря, поверхностные водоемы, снега, льды, реки, временные потоки воды, водяной пар, облака. Оболочка, составлена из водоемов и рек, океанов имеет прерывистый характер. Подземную гидросферу образуют подземные течения, грунтовые воды, артезианские бассейны.
Гидросфера имеет объем, равный 1 533 000 000 кубическим километрам. Водой покрыто три четвертых поверхности Земли. Семьдесят один процент поверхности Земли покрывают моря и океаны.
Огромная водная площадь во многом определяет водный и тепловой режимы на планете, поскольку вода обладает высокой теплоемкостью, в ней заложен большой энергетический потенциал. Воде принадлежит большая роль по формированию почвы, облика ландшафта. Воды мирового океана отличаются химическим составом, в дистиллированном виде вода практически не встречается.
Океаны и моря
Мировой океан - это водное пространство, которое омывает материки, оно составляет более 96 процентов всего объема земной гидросферы. Два слоя водной массы мирового океана имеют разную температуру, что в итоге обусловливает температурный режим Земли. Мировой океан аккумулирует энергию солнца, при охлаждении часть теплоты передает атмосфере. То есть терморегуляция Земли во многом обусловлена характером гидросферы. Мировой океан включает в себя четыре океана: Индийский, Тихий, Северный Ледовитый, Атлантический. Некоторые ученые выделяют Южный океан, который окружает Антарктиду.
Мировой океан отличается неоднородностью водных масс, которые, располагаясь в определенном месте, приобретают отличительные характеристики. По вертикали в океане выделяют придонные, промежуточные, поверхностные и подповерхностные слои. Придонная масса имеет самый большой объем, она же является самой холодной.
Море - часть океана, которая вдается в материк или прилегает к нему. Море отличается по своим особенностям от остальной части океана. В Бассейнах морей складывается свой гидрологический режим.
Моря делятся на внутренние (например, Черное, Балтийское), межостровные (в Индо-Малайском архипелаге) и окраинные (моря Арктики). Среди морей выделяют внутриматериковые (Белое море), межматериковые (Средиземное).
Реки, озера и болота
Важная составляющая гидросферы Земли - реки, в них содержится 0,0002 процентов всех водных запасов, 0,005 процентов пресных вод. Реки - важный природный резервуар воды, которая расходуется на питьевые нужды, нужды промышленности, сельского хозяйства. Реки - источник орошения, водоснабжения, обводнения. Реки питаются за счет снежного покрова, грунтовых и дождевых вод.
Озера возникают при избытке влаги и при наличии котловин. Котловины могут иметь тектоническое, ледниково-тектоническое, вулканическое, каровое происхождение. Термокарстовые озера распространены в районах вечной мерзлоты, в поймах рек часто встречаются пойменные озера. Режим озер определяется тем, выносит ли из озера воду река или нет. Озера могут быть бессточными, проточными, представлять с рекой общую озерно-речную систему.
На равнинах в условиях переувлажненности распространены болота. Низинные подпитываются грунтами, верховые - осадками, переходные - грунтами и осадками.
Подземные воды
Подземные воды располагаются на разной глубине в виде водоносных горизонтов в горных породах земной коры. Грунтовые воды залегают ближе к поверхности земли, подземные воды располагаются в более глубоких слоях. Наибольший интерес представляют минеральные и термальные воды.
Облака и водяной пар
Конденсат водяного пара образует облака. Если облако имеет смешанный состав, то есть включает кристаллы льда и воды, то они становятся источником осадков.
Ледники
Все компоненты гидросферы имеют свою особенную роль в глобальных процессах энергетического обмена, глобального влагооборота, влияют на многие жизнеобразующие процессы на Земле.
Основную массу водной оболочки Земли образуют соленые воды Мирового океана, покрывающие 2/з поверхности Земли. Их объем Равен примерно 1379106 км3, в то время как объем всех вод суши (включая ледники и подземные воды до глубины 5 км) - менее 90106 км3. Так как океанические воды составляют около 93 % всех вод биосферы, можно считать, что их химический состав определяет основные черты состава гидросферы в целом.
Современный химический состав океана представляет собой итог его длительного изменения под влиянием деятельности живых организмов. Образование первичного океана было обусловлено теми же процессами дегазации твердого вещества планеты, которые привели к формированию газовой оболочки Земли. По этой причине состав атмосферы и гидросферы тесно связан, их эволюция происходила также взаимосвязанно.
Как отмечено ранее, среди продуктов дегазации преобладали пары воды и углекислый газ. С того момента, как температура поверхности планеты опустилась ниже 100 °С, пары воды стали конденсироваться и образовывать первичные водоемы. На поверхности Земли возник процесс круговорота воды, который положил начало циклической миграции химических элементов в системе суша-океан-суша.
В соответствии с составом выделявшихся газов первые скопления воды на поверхности планеты были кислыми, обогащенными главным образом НС1, а также HF, H3BO3, H2S. Вода океана прошла множество круговоротов. Кислые дожди энергично разрушали алюмосиликаты, извлекая из них легкорастворимые катионы - натрий, калий, кальций, магний, которые накапливались в океане. Катионы постепенно нейтрализовывали сильные кислоты, и воды древней гидросферы приобрели хлор-кальциевый состав.
Среди разнообразных процессов трансформации дегазируемых соединений, очевидно, протекала деятельность сгущений термо-литотрофных бактерий. Появление цианобактерий, обитавших в воде, предохранявшей их от губительной ультрафиолетовой радиации, ознаменовало начало фотосинтеза и биогеохимического продуцирования кислорода. Уменьшение вследствие фотосинтеза парциального давления СО2 способствовало осаждению крупных масс карбонатов Fe2+, затем Mg2+ и Са3+.
Свободный кислород стал поступать в воды древнего океана. На протяжении длительного отрезка времени восстановленные и недоокиеденные соединения серы, двухвалентного железа и марганца были окислены. Состав океанической воды приобрел хлоридно-сульфатный состав, близкий к современному.
Химические элементы в гидросфере находятся в разнообразных формах. Среди них наиболее характерны простые и сложные ионы, а также молекулы, находящиеся в состоянии сильно разбавленных растворов. Распространены ионы, сорбционно связанные с частицами коллоидных и субколлоидных размеров, присутствующими в морской воде в виде тонкой взвеси. Особую группу составляют элементы органических соединений.
Общее количество растворенных соединений в морской воде (соленость) в поверхностных слоях океанов и окраинных морей колеблется от 3,2 до 4 %. Во внутриконтинентальных морях соленость меняется в более широких пределах. Средняя соленость Мирового океана принята равной 35%.
Еще в середине XIX в. ученые обнаружили замечательную геохимическую особенность океанической воды: несмотря на колебания солености, соотношение главных ионов остается постоянным. Солевой состав океана является своего рода геохимической константой.
В результате настойчивой работы ученых многих стран был накоплен обширный аналитический материал, характеризующий содержание в воде морей и океанов не только главных, но и рассеянных химических элементов. Наиболее обоснованные данные о средних значениях (кларках) химических элементов в воде Мирового океана приведены в сводках Э.Д. Голдберга (1963), А.П. Виноградова (1967), Б. Мейсона (1971), Г. Хорна (1972), А.П. Лисицина (1983), К.Н. Турекиана (1969). В табл. 4.1 использованы результаты преимущественно двух последних авторов.
Как видно из приведенных данных, основную массу растворенных соединений составляют хлориды распространенных щелочных и щелочно-земельных элементов, меньше содержится сульфатов, еще меньше гидрокарбонатов. Концентрация рассеянных элементов, единицей измерения которых служит мкг/л, на три математических порядка ниже, чем в горных породах. Диапазон значений кларков рассеянных элементов достигает 10 математических порядков, т.е. примерно такой же, как в земной коре, но соотношения элементов совершенно иные. Отчетливо доминируют бром, стронций, бор и фтор, концентрация которых выше 1000 мкг/л. В значительном количестве присутствуют иод, барий, их концентрация превышает 10 мкг/л.
Таблица 4.1
Содержание растворимых форм химических элементов в Мировом океане.| Химический элемент или ион | Средняя концентрация | Отношение концентрации в сумме солей к кларку гранитного слоя | Общая масса, млн т | |
| в воде, мкг/л | в сумме солей, 10 -4 % | |||
| С1 | 19 353 000,0 | 5529,0 | 3252,0 | 26513610000 |
| SО 4 2 — | 2 701 000,0 | 771,0 | - | 3700370000 |
| S | 890000,0 | 254,0 | 63,0 | 1216300000 |
| НСО 3 — | 143000,0 | 41,0 | - | 195910000 |
| Na | 10764000,0 | 3075,0 | 14,0 | 14746680000 |
| Mg | 1297000,0 | 371,0 | 3,1 | 1776890000 |
| Са | 408000,0 | 116,0 | 0,5 | 558960000 |
| К | 387000,0 | 111,0 | 0,4 | 530190000 |
| Вг | 67 300,0 | 1922,9 | 874,0 | 92 201 000 |
| Sr | 8100,0 | 231,4 | 1,0 | 1 1 097 000 |
| В | 4450,0 | 127,1 | 13,0 | 6 096 500 |
| SiO 2 | 6200,0 | 176,0 | - | 8494000 |
| Si | 3000,0 | 85,0 | 0,00028 | 4 1 10 000 |
| F | 1300,0 | 37,1 | 0,05 | 1 781 000 |
| N | 500,0 | 14,0 | 0,54 | 685 000 |
| Р | 88,0 | 2,5 | 0,0031 | 120 560 |
| I | 64,0 | 1,8 | 3,6 | 87690 |
| Ва | 21,0 | 0,57 | 0,00084 | 28770 |
| Мо | 10,0 | 0,29 | 0,22 | 13700 |
| Zn | 5,0 | 0,14 | 0,0027 | 6850 |
| Fe | 3,4 | 0,097 | 0,0000027 | 4658 |
| U | 3,3 | 0,094 | 0,036 | 4521 |
| As | 2,6 | 0,074 | 0,039 | 3562 |
| Al | 1,0 | 0,029 | 0,00000036 | 1370 |
| Ti | 1,0 | 0,029 | 0,0000088 | 1370 |
| Сu | 0,90 | 0,025 | 0,001 1 | 1233 |
| Ni | 0,50 | 0,014 | 0,00054 | 685 |
| Mn | 0,40 | 0,011 | 0,000016 | 548 |
| Cr | 0,20 | 0,0057 | 0,00017 | 274 |
| Hg | 0,15 | 0,0043 | 0,130 | 206 |
| Cd | 0,11 | 0,0031 | 0,019 | 151 |
| Ag | 0,10 | 0,0029 | 0,065 | 137 |
| Se | 0,09 | 0,0026 | 0,019 | 123 |
| Co | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
| Ga | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
| Pb | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
| Zr | 0,026 | 0,00070 | 0,0000041 | 34,0 |
| Sn | 0,020 | 0,00057 | 0,00021 | 27,4 |
| Аu | 0,011 | 0,00031 | 0,26 | 15,1 |
Часть находящихся в воде металлов - молибден, цинк, уран, титан, медь - имеет концентрацию от 1 до 10 мкг/л. Концентрация никеля, марганца, кобальта, хрома, ртути, кадмия значительно ниже - сотые и десятые доли мкг/л. В то же время железо и алюминий, играющие роль главных элементов в земной коре, в океане имеют концентрацию более низкую, чем молибден и цинк. В наименьшем количестве в океане растворены такие элементы, как ниобий, скандий, бериллий и торий.
Для определения некоторых геохимических и биогеохимических показателей необходимо знать концентрацию элементов не только в морской воде, но и в твердой фазе растворимых веществ, т.е. в сумме солей морской воды. В таблице приведены данные, для расчета которых величина средней солености принята равной 35 г/л.
Как было показано выше, ведущим фактором эволюции химического состава океана на протяжении геологической истории была суммарная биогеохимическая деятельность живых организмов. Не менее важную роль организмы играют в современных процессах дифференциации химических элементов в океане и выведения их масс в осадок. Согласно биофильтрационной гипотезе, разработанной А. П. Лисициным, планктонные (преимущественно зоопланктонные) организмы ежедневно профильтровывают через свои тела около 1,2107 км3 воды, или около 1 % объема Мирового океана. При этом тонкие минеральные взвеси (частицы размером 1 мкм и менее) связываются в комочки (пеллеты). Размеры пеллетов от десятков микрометров до 1 - 4 мм. Связывание тонких взвесей в комочки обеспечивает более быстрое оседание на Дно взвешенного материала. Одновременно часть растворенных в воде химических элементов в телах организмов переходит в нерастворимые соединения. Наиболее распространенными примерами биогеохимического связывания растворенных элементов в нерастворимые соединения могут служить образования известкоых (кальцитовых) и кремниевых (опаловых) скелетов планктонныx организмов, а также извлечение карбоната кальция известковыми водорослями и кораллами.
Среди пелагических илов (глубоководных отложений океана) можно выделить две группы. Первые состоят преимущественно из биогенных образований планктона, вторые образованы в основном частицами не биогенного происхождения. В первой группе наиболее распространены известковые (карбонатные) илы, во второй - глинистые илы. Карбонатные илы занимают около трети площади дна Мирового океана, глинистые - более четверти. В карбонатных осадках возрастает концентрация не только кальция и магния, но также стронция и йода. В илах, где преобладают глинистые компоненты, значительно больше металлов. Некоторые элементы очень слабо выносятся из раствора в илы и постепенно накапливаются в морской воде. Их следует называть талас-софилъными. Рассчитав отношение между концентрациями в сумме растворимых солей морской воды и илах, мы получим величину коэффициента талассофилъности КТ, показывающего, во сколько раз данного элемента больше в солевой части океанической воды по сравнению с осадком. Талассофильные элементы, аккумулирующиеся в растворенной солевой части воды, имеют следующие коэффициенты КТ:
| Химический элемент | По отношению к глинистым илам. | По отношению к известковым илам |
| Иод | 180 0 | 36,0 |
| Бром | 27 5 | 27 5 |
| Хром | 27 0 | 27 0 |
| Сера | 19 5 | 19 5 |
| Натрий | . 7 7 | 15 4 |
| Магний | 1 8 | 0 9 |
| Стронций | 1 3 | 0 1 |
| Бор. | 06 | 2 3 |
| Калий | 04 | 3 8 |
| Молибден | 0 01 | 10 0 |
| Литий | 0.09 | 1.0 |
Зная массу элемента в Мировом океане и величину его годового поступления, можно определить скорость его удаления из океанического раствора. Например, количество мышьяка в океане составляет примерно 3,6109 т, с речным стоком приносится 74103 т/год. Следовательно, за период, равный 49 тыс. лет, происходит полное удаление всей массы мышьяка из Мирового океана.
Оценку времени нахождения элементов в растворенном состоянии в океане предпринимали многие авторы: Т.Ф. Барт (1961), Э.Д. Гольдберг (1965), Х.Дж. Боуэн (1966), А.П.Виноградов (1967) и др. Данные разных авторов имеют большие или меньшие расхождения. Согласно нашим расчетам, периоды полного удаления растворенных химических элементов из Мирового океана характеризуются следующими интервалами времени (в годах, в последовательности увеличения периода в каждом ряду):
- n*102: Th, Zr, Al, Y, Sc
- n*103: Pb, Sn, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, Ti, Zn
- n*104: Ag, Cd, Si, Ba, As, Hg, N
- n*105: Mo, U, I
- n*106: Ca, F, Sr, В, К
- n*107: S, Na
- n*108: С1, Br
При всей ориентировочности таких расчетов порядки полученных величин позволяют выделить группы рассеянных элементов, различающиеся длительностью нахождения в океаническом растворе. Элементы, наиболее интенсивно концентрирующиеся в глубоководных илах, имеют наименьшую длительность нахождения в океане. Таковы торий, цирконий, иттрий, скандий, алюминий. К ним близки периоды нахождения в океаническом растворе свинца, марганца, железа, кобальта. Большая часть металлов полностью выводится из океана на протяжении нескольких тысяч или десятков тысяч лет. Талассофильные элементы находятся в растворенном состоянии сотни тысяч лет и более.
Значительные массы рассеянных элементов в океане связываются дисперсным органическим веществом. Его основным источником служат отмирающие планктонные организмы. Процесс разрушения их остатков наиболее активно происходит до глубины 500-1000 м. Поэтому в осадках шельфовых и неглубоких приконтинентальных морей скапливаются огромные массы дисперсного органического вещества морских организмов, к которым добавляются органические взвеси, вынесенные речным стоком с суши.
Основная часть органического вещества океана находится в растворенном состоянии и лишь 3 - 5 % в виде взвеси (Виноградов А. П., 1967). Концентрация этих взвесей в воде невелика, но их общая масса во всем объеме океана весьма значительна: 120 - 200 млрд т. Ежегодное накопление высокодисперсного органического детритуса в осадках Мирового океана, по данным В.А.Успенского, превышает 0,5109 т.
Дисперсное органическое вещество сорбирует и увлекает в осадки определенный комплекс рассеянных элементов. Об их содержании с известной условностью можно судить по микроэлементарному составу крупных скоплений органического вещества - залежей каменного угля и нефти. Концентрация элементов в этих объектах обычно приводится по отношению к золе; не менее важны Данные по отношению к исходному, неозоленному материалу.
Как видно из табл. 4.2, микроэлементный состав каменных углей и нефти принципиально различается.
Таблица 4.2
Средние концентрации рассеянных металлов в каменном угле и нефти, 10-4 %
| Химический элемент | В сухом веществе каменных углей (В. Р. Клер, 1979) | В золе каменных углей (Ф.Я.Сапрыкин, 1975) | В золе нефтей (К. Краускопф, 1958) |
| Ti | 1600 | 9200 | - |
| Мn | 155 | - | - |
| Zr | 70 | 480 | 50-500 |
| Zn | 50 | 319 | 100-2500 |
| Cr | 18 | - | 200-3000 |
| V | 17 (10-200) | - | 500-25000 |
| Сu | 11 | - | 200-8000 |
| Pb | 10 | 93 | 50-2000 |
| Ni | 5 | 214 | 1000-45000 |
| Ga | 4,5(0,6-18) | 64 | 3-30 |
| Co | 2 | 63 | 100-500 |
| Mo | 2 | 21 | 50-1500 |
| Ag | 1,5 | - | 5 |
| Sn | 1,2 | 15 | 20-500 |
| Hg | 0,2 | - | - |
| As | - | - | 1500 |
| Ba | - | - | 500-1000 |
| Sr | - | - | 500-1000 |
В нефти иное соотношение значительно более высокая концентрация многих рассеянных элементов. Высокое содержание титана, марганца и циркония в каменных углях обусловлено минеральными примесями. Среди рассеянных металлов наибольшая концентрация характерна для цинка, хрома, ванадия, меди и свинца.
В органическом веществе активно накапливаются многие токсичные элементы (мышьяк, ртуть, свинец и др.), которые беспрестанно удаляются из океанической воды. Следовательно, дисперсное органическое вещество, как и минеральные взвеси, выполняет роль глобального сорбента, регулирующего содержание рассеянных элементов и предохраняющего среду Мирового океана от опасных уровней их концентрации. Количество рассеянных элементов, связанное в дисперсном органическом веществе, весьма значительно, учитывая, что масса вещества в осадочных породах в сотни раз превышает суммарное количество всех залежей каменных углей, углистых сланцев и нефти. В соответствии с данными Дж. Ханта (1972), Н.Б. Вассоевича (1973), А.Б. Ронова (1976) общее количество органического вещества в осадочных породах составляет (1520)1015 т.
Массы рассеянных элементов, аккумулированные в органическом веществе осадочной толщи Земли, измеряются многими миллиардами тонн.
(Visited 91 times, 1 visits today)
Водное пространство вне суши называется Мировым океаном . Воды Мирового океана занимают около 70,8 % площади поверхности нашей планеты (361 млн. км 2) и играют исключительно важную роль в развитии географической оболочки.
Мировой океан содержит 96,5 % вод гидросферы. Объем его вод равен 1 336 млн. км 3 . Средняя глубина равна 3711 м, максимальная – 11022 м. Преобладающие глубины от 3000 до 6000 м. На них приходится 78,9 % площади.
Температура поверхности воды от 0°С и ниже в полярных широтах до +32 °С в тропиках (Красное море). К придонным слоям она снижается до +1°С и ниже. Средняя соленость – около 35 ‰, максимальная – 42 ‰ (Красное море).
Мировой океан разделяется на океаны, моря, заливы, проливы.
Границы океанов не всегда и не везде проходят по берегам материков, нередко они проводятся весьма условно. Каждый океан обладает комплексом только ему присущих качеств. Для каждого из них характерна своя система течений, система приливов и отливов, специфическое распределение солености, свой температурный и ледовый режим, своя циркуляция с воздушными течениями, свои характер глубин и господствующие донные отложения. Выделяют Тихий (Великий), Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Иногда выделяют и Южный океан.
Море – значительная акватория океана, более или менее обособленная от него сушей или подводными поднятиями и отличающаяся своими природными условиями (глубина, рельеф дна, температура, соленость, волнение, течения, приливы, органическая жизнь).
В зависимости от характера контакта материков и океанов моря делятся на следующие три типа:
1.Средиземные моря: располагаются между двумя материками или находятся в поясах разлома земной коры; они характеризуются сильной изрезанностью береговой линии, резким перепадом глубин, сейсмичностью и вулканизмом (Саргассово море, Красное море, Средиземное море, Мраморное море и др.).
2. Внутренние моря : глубоко вдаются в сушу, располагаются внутри материков, между островами или материками или в пределах архипелага, значительно отделены от океана, характеризуются небольшими глубинами (Белое море, Балтийское море, Гудзоново море и др.).
3. Окраинные моря : располагаются по окраинам материков и больших островов, на материковых отмелях и склонах. Они широко открыты в сторону океана (Норвежское море, Карское море, Охотское море, Японское море, Желтое море и др.).
Географическое положение моря во многом определяет его гидрологический режим. Внутренние моря слабо связаны с океаном, поэтому соленость их воды, течения и приливы заметно отличаются от океанских. Режим окраинных морей в сущности океанический. Большая часть морей находится у северных материков, особенно у берегов Евразии.
Залив – часть океана или моря, вдающаяся в сушу, но имеющая свободный водообмен с остальной акваторией, слабо отличается от нее по природным особенностям и режиму. Не всегда уловима разница между морем и заливом. В принципе залив меньше моря; каждое море образует заливы, наоборот же не бывает. Исторически сложилось так, что в Старом свете и небольшие акватории, например Азовское и Мраморное, называются морями, а в Америке и Австралии, где названия давали европейские первооткрыватели, даже большие моря называются заливами – Гудзонов, Мексиканский. Иногда одинаковые акватории называются одна морем, другая – заливом (Аравийское море, Бенгальский залив).
В зависимости от происхождения, строения берега, формы и размеров заливы называются бухтами, фьордами, лиманами, лагунами:
Бухты (гавани) – заливы небольших размеров, защищенные от волнения и ветров выступающими в море мысами. Являются удобными для стоянки судов (Новороссийская, Севастопольская – Черное море, Золотой Рог – Японское море и др.).
Фьорды – узкие, глубокие, длинные заливы с выступающими, крутыми, скалистыми берегами и корытообразным профилем, часто от моря отделяются подводными порогами. Длина некоторых может доходить свыше 200 км, глубина – свыше 1000 м. Их происхождение связано с разломами и эрозионной деятельностью четвертичных ледников (побережье Норвегии, Гренландии, Чили).
Лиманы – мелководные, глубоко вдающиеся в сушу заливы с косами и пересыпями. Они образуются в расширенных устьях рек при опускании береговой суши (Днепровский, Днестровский лиманы в Черном море).
Лагуны – вытянутые вдоль берега мелководные заливы с соленой или солоноватой водой, отделенные от моря косами, либо соединенные с морем узким проливом (хорошо развиты на побережье Мексиканского залива).
Губы – мелкие заливы, в которые обычно впадают крупные реки. Здесь вода сильно опреснена, по цвету резко отличается от воды прилегающего участка моря и имеет желтоватые и коричневатые оттенки (Пенжинская губа).
Проливы – относительно узкие водные пространства, соединяющие отдельные части Мирового океана и разделяющие участки суши. По характеру водообмена делятся на: проточные – течения направлены по всему поперечному сечению в одну сторону; обменные – воды движутся в противоположных направлениях. В них водообмен может происходить по вертикали (Босфор) или горизонтали (Лаперуза, Девисов).
Структурой Мирового океана называется его строение – вертикальная стратификация вод, горизонтальная (географическая) поясность, характер водных масс и океанических фронтов.
В вертикальном разрезе толща воды распадается на большие слои, аналогичны слоям атмосферы. Выделяются следующие четыре сферы (слоя):
Верхняя сфера формируется непосредственным обменом энергией и веществом с тропосферой. Она охватывает слой в 200–300 м мощности. Эта верхняя сфера характеризуется интенсивным перемешиванием, проникновением света и значительными колебаниями температуры.
Промежуточная сфера простирается до глубин 1500–2000 м; ее воды образуются из поверхностных вод при их опускании. При этом они охлаждаются и уплотняются, а затем перемешиваются в горизонтальных направлениях, преимущественно с зональной составляющей. Они выделяются в полярных областях повышенной температурой, в умеренных широтах и тропических областях пониженной или повышенной соленостью. Преобладают горизонтальные переносы водных масс.
Глубинная сфера не доходит до дна примерно на 1000 м. Этой сфере свойственна определенная однородность. Ее мощность составляет около 2000 м и она концентрирует более 50% всей воды Мирового океана.
Придонная сфера занимает самый нижний слой толщи океана и простирается на расстояние примерно 1000 м от дна. Воды этой сферы образуются в холодных поясах, в Арктике и Антарктике и перемещаются на огромных пространствах по глубоким котловинам и желобам, отличаются наиболее низкими температурами и наибольшей плотностью. Они воспринимают тепло из недр Земли и взаимодействуют с дном океана. Поэтому при своем движении они значительно трансформируются.
Водной массой называется сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана и обладающий в течение длительного времени почти постоянными физическими (температура, свет), химическими (газы) и биологическими (планктон) свойствами. Одна масса от другой отделяется океанским фронтом.
Выделяются следующие типы водных масс:
1.Экваториальные водные массы характеризуются самой высокой в открытом океане температурой, пониженной соленостью (до 34–32 ‰), минимальной плотностью, большим содержанием кислорода и фосфатов.
2.Тропические и субтропические водные массы создаются в областях тропических атмосферных антициклонов и характеризуются повышенной соленостью (до 37 ‰ и более) и большой прозрачностью, бедностью питательными солями и планктоном. В экологическом отношении они представляет собой океанские пустыни.
3.Умеренные водные массы располагаются в умеренных широтах и отличаются большой изменчивостью свойств как по географическим широтам, так и по сезонам года. Для умеренных водных масс характерен интенсивный обмен теплом и влагой с атмосферой.
4.Полярные водные массы Арктики и Антарктики характеризуются самой низкой температурой, наибольшей плотностью, повышенным содержанием кислорода. Воды Антарктики интенсивно погружаются в придонную сферу и снабжают ее кислородом.
Воды Мирового океана находятся в непрерывном движении и перемешивании. Волнения – колебательные движения воды, течения – поступательные. Главная причина волнений (волн) на поверхности – ветер при скорости более 1м/с. Волнение, вызванное ветром, с глубиной затухает. Глубже 200 м даже сильное волнение уже незаметно.При скорости ветра примерно 0,25 м/с образуется рябь. При усилении ветра вода испытывает не только трение, но и удары воздуха. Волны растут в высоту и длину, увеличивая период колебания и скорость. Рябь превращается в гравитационные волны. Величина волн зависит от скорости ветра и разгона. Максимальная высота в умеренных широтах (до 20 – 30 метров). Наименьшее волнение – в экваториальном поясе, повторяемость штилей 20 – 33 %.
Вследствие подводных землетрясений и извержений вулканов возникают сейсмические волны – цунами . Длина этих волн 200 – 300 метров, скорость – 700 – 800 км/час. Сейши (стоячие волны) возникают в результате резких изменений давления над водной поверхностью. Амплитуда 1 – 1,5 метра. Характерны для замкнутых морей и заливов.
Морские течения – это горизонтальные перемещения воды в виде широких потоков. Причиной поверхностных течений является ветер, глубинных – разная плотность воды. Теплые течения (Гольфстрим, Северо-Атлантическое) направляются из более низких широт в сторону более широких, холодные (Лабродорское, Перуанское) – наоборот. В тропических широтах у западных берегов материков пассаты сгоняют теплую воду и увлекают ее в западном направлении. На ее место поднимается из глубины холодная вода. Образуется 5 холодных течений: Канарское, Калифорнийское, Перуанское, Западно-Австралийское и Бенгельское. В южном полушарии в них вливаются холодные струи течения Западных Ветров. Теплые воды образуются движущимися параллельными пассатным течениям: Северное и Южное. В Индийском океане в северном полушарии – муссонное. У восточных берегов материков они разделяются на части, отклоняются к северу и югу и идут вдоль материков: на 40 – 50º с.ш. под влиянием западных ветров течения откланяются на восток и образуют теплые течения.
Приливно-отливные движения океанских вод возникают под воздействием сил притяжения Луны и Солнца. Самые высокие приливы наблюдаются в заливе Фанди (18 м). Различают приливы полусуточные, суточные и смешанные.
Также для динамики вод характерно вертикальное перемешивание: в зонах конвергенции – погружение вод, в зонах дивергенции – аппвелинг.
Дно океанов и морей покрыто осадочными отложениями, которые называются морскими осадками , грунтами и илами . По механическому составудонные отложения классифицируют на: грубообломочные осадочные породы или псефиты (глыбы, валуны, галечники, гравий), песчаные породы или псаммиты (пески крупные, средние, мелкие), алевритовые породы или алевриты (0,1 – 0,01 мм) и глинистые горные породы или пеллиты .
По вещественному составу среди донных отложений различают слабоизвестковистые (содержание извести 10–30 %), известковистые (30–50 %), сильноизвестковистые (более 50 %), слабокремнистые (содержание кремния 10–30 %), кремнистые (30–50 %) и сильнокремнистые (более 50 %) отложения. По генезису выделяют терригенные, биогенные, вулканогенные, полигенные и аутигенные отложения.
Терригенные осадки приносятся с суши реками, ветром, ледниками, прибоем, приливами и отливами в виде продуктов разрушения горных пород. Близ берега они представлены валунами, дальше галькой, песками, наконец, алевритами и глинами. Они покрывают примерно 25 % дна Мирового океана, залегают преимущественно на шельфе и материковом склоне. Особую разновидность терригенных отложений составляют айсберговые отложения, которые отличаются низким содержанием извести, органического углерода, плохой сортировкой и разнообразным гранулометрическим составом. Они образуются из осадочного материала, выпадающего на океаническое дно при таянии айсбергов. Они наиболее характерны для антарктических вод Мирового океана. Выделяются также терригенные отложения Северного Ледовитого океана, образующиеся из осадочного материала, приносимого реками, айсбергами, речными льдами. Большей частью терригенный состав имеют и турбидиты – осадки мутьевых потоков. Они типичны для материкового склона и материкового подножия.
Биогенные осадки образуются непосредственно в океанах и морях в результате отмирания различных морских организмов, главным образом планктонных, и выпадения в осадок их нерастворимых остатков. Биогенные отложения по вещественному составу делятся на кремнистые и известковые.
Кремнистые осадки состоят из остатков диатомовых водорослей, радиолярий и кремневых губок. Диатомовые осадки широко распространены в южных частях Тихого, Индийского и Атлантического океанов в виде сплошного пояса вокруг Антарктиды; в северной части Тихого океана, в Беринговом и Охотском морях, но здесь в них высока примесь терригенного материала. Отдельные пятна диатомовых илов обнаружены на больших глубинах (более 5000 м) в тропических поясах Тихого океана. Диатомово-радиоляриевые отложения наиболее распространены в тропических широтах Тихого и Индийского океанов, кремнево-губковые встречаются на шельфе Антарктиды, Охотском море.
Известковые отложения , как и кремнистые, делятся на ряд видов. Наиболее широко развиты фораминиферово-кокколитовые и фораминиферовые илы, распространенные главным образом в тропических и субтропических частях океанов, особенно в Атлантике. Типичный фораминиферовый ил содержит до 99% извести. Значительную часть таких илов составляют раковины планктонных фораминифер, а также кокколитофорид – раковины планктонных известковых водорослей. При существенной примеси в донных осадках раковин планктонных моллюсков птеропод образуются птероподово-фораминиферовые отложения. Большие их участки встречаются в экваториальной Атлантике, а также в Средиземном, Карибском морях, в районе Багамских островов, в западной части Тихого океана и других районах Мирового океана.
Кораллово-водорослевые отложения занимают экваториальные и тропические мелководья западной части Тихого океана, покрывают дно на севере Индийского океана, в Красном и Карибском морях, ракушечные карбонатные отложения – прибрежные зоны морей умеренных и субтропических поясов.
Пирокластические, или вулканогенные, осадки образуются в результате поступления в Мировой океан продуктов вулканических извержений. Обычно это туфы или туфобрекчии, реже – неконсолидированные пески, алевриты, реже осадки глубинных, сильносоленых и высокотемпературных подводных источников. Так, у их выходов в Красном море формируются сильножелезистые осадки с высоким содержанием свинца и других цветных металлов.
К полигенным осадкам относится один тип донных отложений – глубоководная красная глина – осадок пелитового состава коричневого или коричнево-красного цвета. Такая окраска обусловлена высоким содержанием оксидов железа и марганца. Глубоководные красные глины распространены в абиссальных котловинах океанов на глубинах более 4500 м. Наиболее значительные площади они занимают в Тихом океане.
Аутигенные, или хемогенные, осадки образуются в результате химического либо биохимического выпадения тех или иных солей из морской воды. К ним относится оолитовые отложения, глауконитовые пески и илы и железомарганцевые конкреции.
Оолиты – мельчайшие шарики извести, встречаются в теплых водах Каспийского и Аральского морей, Персидского залива, в районе Багамских островов.
Глауконитовые пески и илы – осадки различного состава с заметной примесью глауконита. Наибольшее распространение имеют на шельфе и материковом склоне у атлантического побережья США, Португалии, Аргентины, на подводной окраине Африки, у южного берега Австралии и в некоторых других районах.
Железомарганцевые конкреции – стяжения гидроксидов железа и марганца с примесью других соединений, в первую очередь кобальта, меди, никеля. Встречаются как включения в глубоководных красных глинах и местами, особенно в Тихом океане, образуют большие скопления.
Более трети всей площади дна Мирового океана занято глубоководной красной глиной и примерно такую же площадь распространения имеют фораминиферовые осадки. Скорость накопления осадков определяется толщиной слоя осадков, отложившихся на дне за 1000 лет (в некоторых районах 0,1–0,3 мм за тысячу лет, в устьях рек, переходных зонах и желобах – сотни миллиметров за тысячу лет).
В распределении в Мировом океане донных отложений ярко проявляется закон широтной географической зональности. Так, в тропических и умеренных поясах дно океана до глубины 4500–5000 м покрыто биогенными известковыми отложениями, глубже – красными глинами. Субполярные пояса занимает кремнистый биогенный материал, а полярные – айсберговые отложения. Вертикальная зональность находит выражение в смене карбонатных осадков на больших глубинах красными глинами.
гидросферы (водной оболочки Земли), занимающая подавляющую ее часть (более $90\%$) и представляющая собой совокупность водных объектов (океанов, морей, заливов, проливов и т.д.), омывающих участки суши (материки, полуострова, острова и т.д.).
Площадь Мирового океана составляет порядка $70\%$ планеты Земля, что превосходит площадь всей суши более чем в $2$ раза.
Мировой океан, как основная часть гидросферы, представляет собой особую составляющую – океаносферу, которая является объектом изучения науки океанологии. Благодаря данной научной дисциплине в настоящее время известны компонентный, а также физико-химический составы Мирового океана. Рассмотрим подробнее компонентный состав Мирового океана.
Мировой океан компонентно можно разделить на основные составляющие его самостоятельные крупные части, сообщающиеся между собой – океаны. В России, на основании установленной классификации, произведено выделение четырех отдельных океанов из состава Мирового океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. В некоторых зарубежных странах, помимо указанных четырех океанов, выделяют также пятый – Южный (или Южный Ледовитый), в который объединяют воды южных частей Тихого, Атлантического и Индийского океанов, окружающие Антарктиду. Однако, ввиду неопределенности границ данный океан в российской классификации океанов не выделяется.
Моря
В свою очередь в компонентный состав океанов входят моря, заливы, проливы.
Определение 2
Море - это часть океана, ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна и отличающаяся от соседних объектов физико-химическими, экологическими и иными условиями, а также характерными гидрологическими особенностями.
По морфологическим и гидрологическим особенностям моря подразделяют на окраинные, средиземные и межостровные.
Окраинные моря расположены на подводных окраинах материков, шельфовой зоны, в переходных зонах и разделяются от океана островами, архипелагами, полуостровами или подводными порогами.
Моря, которые приурочены к материковым отмелям, мелководны. Например, Желтое море обладает максимальной глубиной равной $106$ метров, а те моря, которые расположены в, так называемых, переходных зонах, характеризуются глубинами до $4 \ 000$ метров – Охотское, Берингово и так далее.
Вода окраинных морей по физико-химическому составу практически ни чем не отличаются от открытых вод океанов, потому как эти моря имеют обширный фронт соединения с океанами.
Определение 3
Средиземными называют моря, которые глубоко врезаются в сушу и соединяются с водами океанов одним или несколькими небольшими проливами. Данная особенность средиземных морей, объясняет затрудненность их водообмена с водами океанов, что формирует особый гидрологический режим этих морей. К средиземным морям относятся Средиземное, Черное, Азовское, Красное и другие моря. Средиземные моря в свою очередь подразделяются на межматериковые и внутриматериковые.
Межостровные моря отделяются от океанов островами или архипелагами, состоящими из колец отдельных островов или островными дугами. К подобным морям относятся Филиппинское море, море Фиджи, море Банда, и другие. К межостровным морям также относится и Саргассово море, которое не имеет определенно установленных и выраженных границ, но обладающее ярко выраженным и специфическим гидрологическим режимом и особыми видами морской флоры и фауны.
Заливы и проливы
Определение 4
Залив – это часть океана или моря, вдающаяся в сушу, но не отделенная от него подводным порогом.
В зависимости от характера происхождения, гидрогеологических особенностей, форм береговой линии, формы, а также приуроченности к определенному региону или стране, заливы подразделяются на: фьерды, бухты, лагуны, лиманы, губы, эстуарии, гавани и другие. Самым большим по площади признан Гвинейский залив, омывающий побережье стран Центральной и Западной Африки.
В свою очередь, океаны, моря и заливы соединяются межу собой сравнительно узкими частями океана или моря, которые разделяют материки или острова - проливами. Проливам присущ свой особый гидрологический режим, особая система течений. Самым широким и глубоким проливом считается пролив Дрейка, разделяющий Южную Америку и Антарктиду. Его средняя ширина составляет 986 километров, а глубина более 3000 метров.
Физико-химический состав вод Мирового океана
Морская вода представляет собой сильно разбавленный раствор минеральных солей, разнообразных газов и органического вещества, содержащего в своем составе взвеси как органического так и неорганического происхождения.
В морской воде постоянно протекают череда физико-химических, эколого-биологических процессов, которые оказывают непосредственное влияние на изменение общего состава концентрации раствора. На состав и концентрацию минеральных и органических веществ в океанической воде оказывают активное воздействие притоки пресных вод, впадающих в океаны, испарение воды с поверхности океана, выпадение на поверхность Мирового океана атмосферных осадков, процессы образования и таяния льда.
Замечание 1
Некоторые процессы, такие как деятельность морских организмов, образование и распад донных отложений, направлены на изменение содержания и концентрации в воде твердых веществ и, как следствие, на изменение соотношения между ними. Дыхание живых организмов, процесс фотосинтеза и деятельность бактерий оказывают воздействие на изменение концентрации в воде растворенных газов. Несмотря на это, все указанные процессы не нарушают концентрацию солевого состава вод в отношении главных элементов, входящих в раствор.
Соли и другие растворенные в воде минеральные и органические вещества находятся преимущественно в виде ионов. Состав солей разнообразен, в океанической воде встречаются практически все химические элементы, однако основную массу составляют следующие ионы:
- $Na^+$
- $SO_4$
- $Mg_2^+$
- $Ca_2^+$
- $HCO_3, \ CO$
- $H2_BO_3$
В наибольших концентрациях в морских водах содержится хлор – $1,9\%$, натрий – $1,06\%$, магний – $0,13\%$, сера – $0,088\%$, кальций – $0,040\%$, калий – $0,038\%$, бром – $0,0065\%$, углерод – $0,003\%$. Содержание иных элементов является незначительным и составляет порядка $0,05\%.$
Общая масса растворенного в Мировом океане вещества составляет более $50000$ т.
В водах и на дне Мирового океана были обнаружены драгоценные металлы, однако концентрация их незначительна и соответственно добыча их нерентабельна. Океаническая вода по своему химическому составу разительно отличается от состава вод суши.
Концентрация солей и солевой состав в различных частях Мирового океана неоднородна, однако наибольшие различия показателей солености наблюдаются в поверхностных слоях океана, что объясняется подверженности влияния различных внешних факторов.
Основным фактором, вносящим коррективы в концентрацию солей вод Мирового океана являются атмосферные осадки и испарение с поверхности воды. Наименьшие показатели солености на поверхности Мирового океана наблюдаются в высоких широтах, так как данные регионы обладают превышением осадков над испарением, значительным речным стоком и таянием плавучих льдов. Приближаясь к зоне тропиков уровень соленость возрастает. В экваториальных широтах число атмосферных осадков возрастает, и соленость здесь вновь уменьшается. Распределение солености по вертикали различно в разных широтных зонах, однако глубже $1500$ метров, соленость остается практически постоянной и не зависит от широты.
Замечание 2
Также, помимо солености, одним из основных физических свойств морской воды является ее прозрачность. Под прозрачностью воды понимают ту глубину, на которой белый диск Секки диаметром $30$ сантиметров перестает быть видимым невооруженным глазом. Прозрачность вод зависит, как правило, от содержания в воде взвешенных частиц различного происхождения.
Цвет или цветность вод во многом зависит также от концентрации в воде взвешенных частиц, растворенных газов, прочих примесей. Цвет способен изменяться от голубых, бирюзовых и синих оттенков в чистых тропических водах до сине-зеленых и зеленоватых и желтоватых оттенков в прибрежных водах.
Единственным, имеющим практическое значение источником, управляющим световым и тепловым режимом водоёмов, является солнце.
Если солнечные лучи, упавшие на поверхность воды, частью отражаются, частью расходуются на испарение воды и освещение того слоя, куда они проникают, а частью поглощаются, то очевидно, что нагревание поверхностного слоя воды происходит только за счёт поглощённой части солнечной энергии.
Не менее очевидно, что законы распределения тепла на поверхности Мирового океана те же самые, что и законы распределения тепла на поверхности континентов. Частные различия объясняются высокой теплоёмкостью воды и большей однородностью воды по сравнению с сушей.
В северном полушарии Мировой океан теплее, чем в южном, потому что в южном полушарии меньше суши, которая сильно нагревает атмосферу, а также открыт широкий доступ к холодной антарктической области; в северном полушарии суши больше, и полярные моря более или менее изолированы. Термический экватор воды находится в северном полушарии. Температуры закономерно убывают от экватора к полюсам.
Средняя температура поверхности всего Мирового океана равна 17°,4, т. е. превышает на 3° среднюю температуру воздуха на земном шаре. Высокая теплоёмкость воды и турбулентное перемешивание объясняют наличие больших запасов тепла в Мировом океане. Для пресной воды она равна I, для морской (солёностью в 35‰) немного меньше, а именно 0,932. В среднем годовом выводе самым тёплым океаном является Тихий (19°,1), затем Индийский (17°) и Атлантический (16°,9).
Колебания температур на поверхности Мирового океана неизмеримо меньше, чем колебания температуры воздуха над материками. Наименьшая достоверная температура, которая наблюдалась на поверхности океана, составляет -2°, наибольшая +36°. Таким образом, абсолютная амплитуда не более 38°. Что касается амплитуд средних температур, то они ещё уже. Суточные амплитуды не выходят за пределы 1°, а годовые амплитуды, характеризующие разность между средними температурами самого холодного и самого тёплого месяцев, колеблются от 1 до 15°. В северном полушарии для моря самый тёплый месяц - август, самый холодный - февраль; в южном полушарии наоборот.
По тепловым условиям в поверхностных слоях Мирового океана различают тропические воды, воды полярных областей и воды умеренных областей.
Тропические воды располагаются по обе стороны от экватора. Тут в верхних слоях температура никогда не опускается ниже 15-17°, а на больших пространствах вода имеет температуру 20-25° и даже 28°. Годовые колебания температур в среднем не превышают 2°.
Воды полярных областей (в северном полушарии их называют арктическими, в южном антарктическими) отличаются низкими температурами, обычно ниже 4-5°. Годовые амплитуды здесь тоже малы, как и в тропиках - всего 2-3°.
Воды умеренных областей занимают промежуточное положение - и территориально, и по своим некоторым особенностям. Часть их, расположенная в северном полушарии, получила название бореальной области, в южном - нотальной области. В бореальных водах годовые амплитуды достигают 10°, а в нотальной области вдвое меньше.
Передача тепла с поверхности «а глубины океана практически осуществляется только конвекцией, т. е. вертикальным движением воды, которое вызывается тем, что верхние слои оказались более плотными, чем нижние.
Распределение температуры по вертикали имеет свои особенности для полярных и для жарких и умеренных областей Мирового океана. Особенности эти можно в обобщённом виде суммировать в форме графика. Верхняя линия представляет вертикальное распределение температур под 3° ю. ш. и 31° з. д. в Атлантическом океане, т. е. служит примером вертикального распределения в тропических морях. Бросаются в глаза медленное понижение температуры в самом поверхностном слое, резкое падение температуры с глубины 50 м до глубины 800 м и затем вновь очень медленное падение с глубины 800 м и ниже: температура здесь почти не меняется, и притом она очень низкая (менее 4°). Эта неизменность температуры на больших глубинах объясняется полным покоем воды.
Нижняя линия представляет вертикальное распределение температур под 84° с. ш. и 80° в. д., т. е. служит примером вертикального распределения в полярных морях. Здесь характерно наличие тёплого слоя на глубине от 200 до 800 м, перекрываемого и подстилаемого толщами холодной воды с отрицательными температурами. Тёплые прослойки, обнаруживаемые и в Арктике, и в Антарктике, образовались в результате погружения вод, принесённых в полярные страны тёплыми течениями, потому что эти воды, вследствие своей более высокой солёности по сравнению с опреснёнными поверхностными слоями полярных морей, оказались плотнее и, следовательно, тяжелее местных полярных вод.
Короче говоря, в умеренных и тропических широтах происходит неуклонное уменьшение температуры с глубиной, только темпы этого уменьшения на разных интервалах различные: наименьшие вблизи самой поверхности и глубже 800-1000 м, наибольшие в промежутке между этими слоями. Для полярных морей, т. е. для Ледовитого океана и южного полярного пространства трёх остальных океанов, закономерность иная: верхний слой обладает низкими температурами; с глубиной эти температуры, повышаясь, образуют тёплую прослойку с положительными температурами, а под этим слоем вновь происходит понижение температур, с переходом их к отрицательным значениям.
Такова картина вертикального изменения температур в Мировом океане. Что же касается отдельных морей, то в них распределение температуры по вертикали нередко сильно уклоняется от тех схем, которые мы установили только что для Мирового океана.
Предыдущая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства Следующая статья: Чему равна скорость света