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*

* 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

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.