Циркуляция вод в Мировом океане
Генеральная схема циркуляции вод в Мировом океане от его поверхности до нижней границы главного термоклина (до глубин около 1,5 км) отражает основные черты реальных течений на его поверхности, и в основном она определяется атмосферной циркуляцией, ветром. На рис. 10.20 показаны главные элементы системы циркуляции: течения зональные и меридиональные, циклонические и антициклонические, пограничные, разделяющие их океанологические фронты и области дивергенции и конвергенции. Нижние слои тоже не находятся в покое. Движение их вызвано отчасти движением верхнего слоя, а отчасти — различиями температуры и солености, т. е. это термохалинная циркуляция (подробнее о глобальной термохалинной циркуляции речь пойдет в 10.15).
Однако реальная картина течений значительно сложнее показанной на схеме. Прежде всего, движение неоднородно по всей толще воды: на разных горизонтах могут наблюдаться разные скорости и направления движения. Существует, например, глубинное противотечение под Гольфстримом вдоль материкового склона Северной Америки на горизонтах около 2000—3000 м. Особенно интересно экваториальное подповерхностное противотечение. Оно проходит узкой струей, направленной на восток, в плоскости экватора, захватывая по 1—2° широты к северу и к югу от него на горизонтах от 20—30 до 150—200 м со стрежнем очень большой скорости на горизонте около 75 м. Вокруг же этой струи вода течет на запад. Поток зарождается у западных берегов океанов, куда пассатные течения приносят много воды. Противотечение уносит часть избытка воды, а оставшаяся его часть уходит с поверхностными течениями от экватора на север и на юг.
На разрезах изотерм и изогалин во многих районах океана, особенно в полярных и приполярных, заметны «языки» более теплых и более холодных, опресненных или осолоненных вод. Эти промежуточные слои свидетельствуют, как правило, об адвективном происхождении таких вод, принесенных течением. Противотечения наблюдаются и на поверхности океана, например противотечения у восточных краев Гольфстрима, Куросио.
Рис. 10.20. Общая схема циркуляции для толщи поверхностных вод океана
(по В.Н. Степанову):
макроциркуляционные системы: I — экваториальная антициклическая; II — тропические циклонические; III — субтропические антициклонические; IV — антарктическая циркумполярная; V — высокоширотные циклонические; VI — арктическая антициклоническая; 1 — береговая линия, ограничивающая площадь океана, занимаемую им (в среднем по всем океанам) на данной географической широте; 2 — направление перемещения основных потоков; 3 — главные океанические фронты (зоны, разделяющие макроциркуляционные системы): Э — экваториальный, СЭ — субэкваториальный, T — тропические, СП — субполярные, П —полярные; 4 — конвергенции макроциркуляционных систем (проходящие по их гребням и ложбинам); 5 —дивергенции макроциркуляционных систем (проходящие по их гребням и ложбинам)
У интенсивных струйных пограничных течений у западных окраин океанов обнаружены меандры, подобные речным, только гораздо более подвижные. Такие меандры иногда отшнуровываются от основного потока течения в виде вихрей (рингов) и существуют самостоятельно месяцами и даже годами.
Длительные наблюдения на полигонах в океане показали, что в океане существуют вихри и другого происхождения: топогенные, созданные неровностями дна, синоптические, подобные атмосферным. Вихри распространены по всему океану, но чаще встречаются в районах струйных течений, таких, как Гольфстрим, Куросио, Агульяс. Синоптические вихри бывают по направлению вращения циклоническими и антициклоническими, имеют диаметр около 100—300 км и захватывают слои воды в сотни метров толщиной. Перемещаются вихри со скоростями километры в сутки, а скорости орбитальных движений (течения) измеряются десятками сантиметров в секунду. Кинетическая энергия вихрей превышает энергию средних («постоянных») течений: сильных в два-четыре раза, а слабых в открытых частях океана в 15—30 раз. Вихри играют весьма существенную роль в переносе масс воды, теплоты и солей, влияют на погоду и на климат. За последние 30—40 лет собран очень богатый материал наблюдений за вихрями, разработана теория их динамики, а современные компьютерные модели течений способны воспроизводить образование вихрей и их перемещение.
Длительные наблюдения за время изучения океана позволили составить не только генеральную схему (см. рис. 10.20), но дать схематическую карту основных течений Мирового океана (рис. 10.21). В табл. 10.5 даны названия течений и их краткая характеристика. Течения, температура которых выше средней температуры для тех же широт, называются теплыми, при одинаковой температуре говорят о нейтральных течениях, если же их температура ниже — холодными.
Таблица 10.5. Основные течения Мирового океана*
| Название | Температурная градация | Средняя скорость, см/с |
| Тихий океан | ||
| 1. Алеутское | Нейтральное | |
| 2. Аляскинское | Теплое | |
| 3. Антарктическое циркумполярное | Нейтральное | 25–75 |
| 4. Восточно-Австралийское | Теплое | |
| 5. Калифорнийское | Холодное | |
| 6. Курило-Камчатское (Ойясио) | Холодное | |
| 7. Куросио | Теплое | |
| 8. Межпассатное (экваториальное) противотечение | Нейтральное | 50–130 |
| 9. Минданао | Нейтральное | |
| 10. Перуанское | Холодное | |
| 11. Северное пассатное | Нейтральное | |
| 12. Северо-Тихоокеанское | Нейтральное | |
| 13. Эль-Ниньо | Теплое | — |
| 14. Южное пассатное | Нейтральное | |
| 15. Южно-Тихоокеанское | Нейтральное | |
| Атлантический океан | ||
| 3. Антарктическое циркумполярное | Нейтральное | 25–75 |
| 8. Межпассатное противотечение | Нейтральное | |
| 11. Северное пассатное | Нейтральное |
* Номера в таблице соответствуют номерам на карте рис. 10.21. Прочерк — отсутствие данных.
Рис. 10.21. Схематическая карта течений в Мировом океане (по Г. Дитриху).
Пояснения см. в табл. 10.5
Продолжение табл. 10.5
| Название | Температурная градация | Средняя скорость, см/с |
| 14. Южное пассатное | Нейтральное | |
| 16. Бенгельское | Холодное | |
| 17. Бразильское | Теплое | |
| 18. Гвианское | Теплое | — |
| 19. Гольфстрим | Теплое | |
| 20. Ирмингера | Теплое | — |
| 21. Канарское | Холодное | |
| 22. Лабрадорское | Холодное | |
| 23. Северо-Атлантическое | Теплое | |
| 24. Фолклендское | Холодное | — |
| 25. Южно-Атлантическое | Нейтральное | |
| Индийский океан | ||
| 3. Антарктическое циркумполярное | Нейтральное | 25-75 |
| 8. Межпассатное противотечение | Нейтральное | — |
| 14. Южное пассатное | Нейтральное | — |
| 26. Агульясское (Игольного мыса) | Теплое | |
| 27. Западно-Австралийское | Холодное | — |
| 28. Муссонное | Нейтральное | — |
| 29. Сомалийское | Нейтральное | — |
| Северный Ледовитый океан | ||
| 30. Восточно-Гренландское | Холодное | |
| 31. Западно-Гренландское | Теплое | — |
| 32. Западно-Шпицбергенское | Теплое | — |
| 33. Норвежское | Теплое | — |
УРОВЕНЬ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ
Свободная поверхность Мирового океана должна иметь форму, близкую к форме геоида — фигуры, слегка отличающейся от правильного эллипсоида вращения, который создается силами тяготения и центробежной из-за суточного вращения Земли. Отличие геоида от правильной геометрической фигуры обусловлено, прежде всего, неоднородным распределением масс в теле Земли; земная кора под океаном и материки к тому же сложены породами различной плотности и различного объема. На форму геоида влияют и различия среднего атмосферного давления. Невозмущенная поверхность океана принимается в качестве основной, «нулевой» для отсчета высот суши и глубин океана. Реальная поверхность океана, как это видно из предыдущего материала, постоянно испытывает возмущения, вызываемые волнением, приливами, течениями, различием плотностей, изменением объема и массы воды в океане. Возмущения обладают разными периодами и амплитудами, что создает огромные трудности в определении положения уровенной поверхности. За последние годы получают развитие спутниковые альтиметрические измерения, которые уже позволили обнаружить отклонения реальной поверхности океана от теоретического референц-геоида на десятки метров в обе стороны. Тем не менее, геоид остается эквипотенциальной поверхностью, на которой сохраняется одинаковое значение потенциала силы тяжести.
Все деформации уровня происходят около положения равновесия, поэтому периодические и случайные отклонения уровня могут быть исключены путем осреднения. Тогда останется только влияние постоянных факторов. Именно такой рельеф поверхности океана показывает динамическая карта (см. рис. 10.19). В Мировом океане разности отклонений уровня только из-за течений, как показывают расчеты, могут достигать 2—3 м на расстояниях в тысячи километров.
Высота фактической уровенной поверхности моря над некоторой отсчетной поверхностью называется уровнем моря и измеряется в сантиметрах. Рассматриваются несколько характеристик уровня: мгновенный, существующий в данный момент, средний, наивысший и наинизший за различные интервалы времени — суточный, декадный, месячный, годовой, многолетний и т.д. За нуль отсчета тоже принимаются разные поверхности: наинизшая малая вода в сизигию, средняя малая вода в сизигию для морей с приливами, средний многолетний уровень для морей без приливов. Отсчетные поверхности принимаются за нуль глубин — уровень, к которому приведены все глубины, показанные на карте, так как измерения глубин могли производиться при разном стоянии уровня. Для каждого уровенного поста, на котором производятся наблюдения, может существовать свой нуль поста, и положение его привязывается нивелировкой к государственной системе высот; в нашей стране это Балтийская система.