Физика природной среды 5. Мировой океан

Физика природной среды
5. Мировой океан
Содержание
5.1. Основные характеристика Мирового
океана
5.2. Стратификация воды в океане
5.3. Океанические течения
5.4. Апвеллинг
2
Мировой океан
•
•
Мировой океан – основная
часть гидросферы,
непрерывная, но не сплошная
водная оболочка Земли,
окружающая материки и
острова, и отличающаяся
общностью солевого состава.
Континенты и большие
архипелаги разделяют мировой
океан на четыре большие части
(океаны):
–
–
–
–
–
Атлантический океан,
Индийский океан,
Тихий океан,
Северный Ледовитый океан.
Иногда из них также
выделяется Южный океан.
3
Основные морфологические
характеристики океанов
Океаны
Площадь
поверхности
воды, млн.км²
Объём,
млн.км³
Средняя
глубина, м
Наибольшая
глубина океана, м
Атлантический
91,66
329,66
3597
жёлоб ПуэртоРико (8742)
Индийский
76,17
282,65
3711
Зондский
жёлоб (7209)
Северный
Ледовитый
14,75
18,07
1225
Гренландское
море (5527)
Тихий
178,68
710,36
3976
Марианская
впадина (11022)
Мировой
361,26
1340,74
3711
11022
4
Стратификация плотности воды в
океане
•
•
•
Интенсивное испарение воды с поверхности океана при безоблачном небе, когда
дуют горячие сухие ветры, вызывает осолонение поверхностных слоев воды и
повышение ее плотности. Это является причиной особых, термохалинных течений
(от греч. hals – соль).
Примером такого течения является циркуляция вод в Средиземном море. В его
восточной части, у побережья Турции, соленость поверхностных вод достигает
40‰, в то время как на западе, в районе Гибралтара, она равна 36‰. Тяжелая
соленая вода опускается на дно, согревая придонные воды, и устремляется в
Атлантический океан. А на освободившееся место через Гибралтар по поверхности
моря вливается вода из океана.
Казалось бы, термохалинные течения должны возникать и в меридиональном
направлении: по дну от экватора к полюсам и по поверхности в противоположном
направлении. Этого, однако, не происходит, так как опресненная вода вокруг
Антарктиды перемешивается ветрами «ревущих сороковых». Там уже почти
сравнявшаяся по солености с нижележащей водой, но все еще холодная
антарктическая вода опускается и проникает в виде языков до экватора в
Индийском океане и даже до Северного тропика в Атлантическом и Тихом океанах
5
«Языки» распресненных вод в
Атлантическом и Тихом океане
6
Солевые пальцы
• В тропиках теплая соленая вода перемешивается с холодной
распресненной водой арктического языка. Но, оказывается,
температура жидкости выравнивается намного быстрее, чем
соленость.
• Поэтому, если над холодной пресной водой окажется слой соленой
теплой воды, возникает неустойчивость. Соленая вода тяжелее, и
граница раздела прогибается вниз. Здесь она остывает быстрее, чем
на плоских участках, но не успевает перемешаться с окружающей
пресной водой.
• Плотность воды в прогнувшемся участке еще больше возрастает, и
она проваливается вниз, увлекая за собой узкую струю соленой
верхней воды. Так возникают солевые пальцы.
• Солевые пальцы дробятся на более узкие и постепенно перемешиваются с окружающей водой на глубине.
7
Образование солевых пальцев в
расслоённой воде
8
Термохалинная циркуляция
9
Экмановская спираль
•
•
Экмановская Спираль – это структура течений или ветров
около горизонтальной границы в которой направление
течения постепенно поворачивает с удалением от границы.
Она названа по имени шведского океанолога Вагна
Экмана. Отклонение поверхностного течения в океане от
направления ветра впервые было замечено норвежским
океанологом Фритьофом Нансеном во время его
экспедиции на Фраме.
Эффект является следствием действия силы Кориолиса,
которая заставляет движущиеся объекты поворачивать
вправо в Северном полушарии и влево в Южном
полушарии. Таким образом когда ветер дует над
поверхностью океана в Северном полушарии,
поверхностные течения отклоняются вправо от
направления ветра. Поверхностный слой воды за счёт
вязкости приводит в движение нижележащий слой,
который тоже отклоняется вправо и так далее. С
увеличением поворота течение постепенно становится
слабее.
Вагн Вальфрид Экман
(1874 -1954) – шведский океанолог.
10
Ветровые течения в океане
•
•
•
•
При трении воздуха об воду возникают ветровые течения.
Кроме особенностей атмосферной циркуляции нужно учитывать влияние
континентов, зависимость температуры и солености воды от глубины,
изменение направления ветров.
Кроме того, реальные течения отличаются еще и тем, что им свойственно
образование струй, похожих на реки в океане, только без берегов. Поэтому
русло таких «рек» может меняться, делать изгибы, перемещающиеся в
направлении течения. Эти изгибы называют меандрирующими (от др.-греч.
названия реки в Малой Азии – Майандрос; теперь она находится на
территории Турции и называется Большой Мендрес).
От меандрирующих струй могут отрываться отдельные участки, образуя
круговороты диаметром до нескольких сотен километров. Они медленно
перемещаются по океану, постепенно, в течение нескольких месяцев,
затухая.
11
Пассатные течения
•
•
•
•
Из стационарных течений, простирающихся на тысячи километров,
важную роль играют пассатные течения, обусловленные пассатами. Они
возникают в тропиках, на широтах ±15°, и направлены на запад.
Если вспомнить, что пассаты дуют в Северном полушарии с северовостока, а в Южном полушарии с юго-востока, то видно, что уклонение
пассатных течений от ветра близко к 45.
Между северным и южным пассатными течениями во всех океанах
существует экваториальное противотечение, направленное на восток. Его
ось смещена от экватора на 5° к северу, из-за отсутствия полной симметрии
между Северным и Южным полушариями Земли.
Поскольку на глубине вода холоднее, то температура поднявшихся с
экваториальным противотечением вод на несколько градусов ниже, чем
температура соседних тропических вод. Удивительно, но факт: вблизи
экватора вода в океане холоднее, чем вблизи северного и южного тропиков!
12
Схема течений Мирового океана
Показанная схема течений для зимнего сезона обычно сохраняется на протяжении всего года за несколькими
исключениями: в Индийском океане Северное экваториальное течение и Экваториальное противотечение в
летние месяцы изменяют направление на противоположное. Помимо поверхностных потоков в океане есть
промежуточные и глубоководные течения, которые несут воды в противоположных направлениях по
отношению друг к другу, исключая Антарктическое, в котором на всех уровнях вода движется с запада на
восток. Чем сильнее течение, тем интенсивнее его цвет на рисунке, чем течение слабее, тем оно светлее
13
Апвеллинг
•
•
•
•
Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём — это процесс, при котором глубинные
воды океана поднимаются к поверхности. Наиболее часто наблюдается у западных
границ материков, где перемещает более холодные, богатые биогенами воды с
глубин океана к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами
поверхностные воды. Также может встречаться практически в любом районе
мирового океана.
Различают как минимум четыре типа апвеллинга: прибрежный апвеллинг;
крупномасштабный ветровой апвеллинг в открытом океане; апвеллинг, связанный с
вихрями; апвеллинг, связанный с топографией.
Процессом, обратным апвеллингу, является даунвеллинг.
Крупномасштабный апвеллинг наблюдается также в Южном океане. Здесь, сильные
западные (направленные на восток) ветра дуют вдоль побережья Антарктиды,
вызывая значительный поток поверхностной воды направленный на север.
Развивается сильный апвеллинг, который поднимает воды с больших глубин. Во
многих численных моделях и согласно данным наблюдений апвеллинг в Южном
океане является ключевым механизмом термохалинной циркуляции при помощи
которого плотные глубинные воды поднимаются к поверхности.
14
Апвеллинг в Южном океане
15