курс лекций

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 83

Характеризуя экваториальный пояс, нельзя не остановиться на недавно открытых подповерхностных течениях Кромвелла и Ломоносова. Все они тесно связаны со всей системой течений у экватора.

Экваториальные, или межпассатные, противотечения известны человеку еще со времен парусного флота. Они текут на восток, навстречу Северному и Южному Пассатным течениям, узкими лентами пересекают океан от западного берега до восточного. В Атланти- ческом и Тихом океанах экваториальные противотечения наблюдаются во все сезоны года несколько севернее экватора. Долгое время не удавалось объяснить причину экваториальных противотечений. Было непонятно, как может существовать движение вод в океане, направленное против преобладающего ветра. Предполагалось, что это происходит из-за подъема уровня воды, который создают пассатные течения на западе океана. Однако такое объяснение противоречило данным наблюдений. Впервые убедительное объяснение этому явлению было дано в середине XX века. Суть заключается в том, что решающую роль в образовании встречной струи играет поперечная неравномерность ветра, вызванная существованием полосы штилей между двумя пассатами. В последнее время американские ученые экваториальные и межпассатные течения назвали

нейтральными (neutral streams).

Подповерхностные экваториальные противотечения. Открытие первого такого противотечения было поистине сенсацией для научного мира. В 1951 г. молодой американский ученый Т. Кромвелл руководил экспедицией, изучавшей в экваториальной части Тихого океана условия обитания тунцов. Работы проводились в зоне устойчивого Южного Пассатного течения. Предполагалось, что снасти будут дрейфовать вместе с водами течения на запад. Но Кромвелл заметил, что они ежедневно смещаются на восток. Для многих это могло показаться ошибкой определения места нахождения судна или очередным капризом морской стихии. Но, обладая чутьем настоящего ученого, Т. Кромвелл опустил на глубину все приборы, которыми располагал, и обнаружил мощный устойчивый подповерхностный поток. Позднее было установлено, что Кромвелл открыл течение столь же грандиозное, как и Гольфстрим, которое носит теперь его имя. Открытие аналогичного течения в тропической Атлантике уже не было столь неожиданным. А во второй половине XX века под тонким слоем Южного Пассатного течения был обнаружен мощный поток восточного направления. Впоследствии это течение детально изучалось украинскими учеными. Экваториальное подповерхностное течение в Атлантике было названо те-

84 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

чением Ломоносова, так как оно было открыто и обследовано на корабле, носящем имя великого русского ученого. В Индийском океане подповерхностное противотечение открыли русские океанологи на судне “Витязь”, а впоследствии оно было подробно изучено с судна “Арго”, принадлежащего США.

Существование экваториальных подповерхностных противотечений во всех трех океанах говорит о глобальном характере этого явления. Эти противотечения мало чем отличаются друг от друга в разных океанах. Они всюду направлены строго к экватору и пересекают океан с запада на восток в сравнительно узкой полосе, симметрично относительно экватора (от 2 ю. ш. и до 2 с. ш.), вертикальная мощность струи 200—250 м, скорости течения их различны. Наибольшая скорость подповерхностных противотече- ний в Тихом океане — 150 см/с, в Атлантическом — 120 см/с, в Индийском — 80 см/с. Важная особенность течений Кромвелла — Ломоносова их струйность. Длина струй огромна: в Индийском — 2400 миль, в Атлантике — 2800, в Тихом — 184 мили (1 морская миля = 1852 м). Было известно, что Северное Пассатное течение в Атлантике, встречая гряду Малых Антильских островов, дает начало Антильскому течению, а часть его вод заходит в Карибское море. Там они сливаются с водами Гвианского тече- ния, которое является продолжением Южного Пассатного. Гвианское течение поворачивает к северо-западу, обтекая выступающую в океан часть Южной Америки. Было известно также, что севернее экватора течения в этом районе всюду направлены на запад, но в 60-х гг. XX века аргентинская экспедиция на судне “Коммодоре Лазарре” отметила к северу от экватора на 42 з. д. снос судна на восток. На этот вопрос удалось ответить после экспедиции на судне “Академик Курчатов”. На всех разрезах от Флориды до экватора, перпендикулярных к основной береговой линии, было обнаружено мощное противотечение, названное Анти- ло-Гвианским. Оно разделяет Антильское и Гвианское течения полосой, ширина которой достигает около 250 км и простирается до глубины 1500 м. На юге воды этого противотечения питают Экваториальное противотечение и частично течение Ломоносова.

В пределах Южного океана хорошо изучено течение Западных Ветров (или иначе Антарктическое циркуляционное течение), опоясывающее вокруг Антарктиды весь Мировой океан.

Характеризуя основные морские течения, необходимо особо остановиться на Эль-Ниньо. Эль-Ниньо — это своеобразный океанический гигантский водоворот, аномальное явление, возникаю-

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 85

щее в пределах восточной части Тихого океана. Эль-Ниньо по-ис- пански означает “младенец”. Так иронически назвали потепление вод у побережья Эквадора и Перу, которое случается раз в 5—7 лет. Это ласковое название отражает тот факт, что начало Эль-Ниньо чаще всего приходится на рождественские праздники (конец декабря). В самом явлении, однако, нет ничего ласкового или доброго, свойственного младенцам. Разница потепления поверхностных вод на 10—14 С становится причиной исчезновения морских птиц, питающихся рыбой, так как из-за неблагоприятных условий, которые создает Эль-Ниньо, промысловые рыбы уходят в другие места. Эль-Ниньо обычно длится около полугода, но иногда повторяется и на следующий год. Эль-Ниньо ошибочно называют океаническим (морским) течением. Это неправильно, так как потепление происходит как раз тогда, когда исчезает (останавливается) холодное Гумбольдтово (Перуанское) течение, идущее вдоль Тихоокеанского побережья Южной Америки с юга на север и вызывающее прибрежный подъем очень холодных глубинных вод — апвеллинг. Для понимания аномального характера Эль-Ниньо необходимо знать, что в нормальные годы вдоль всего побережья, особенно между городами Талара и Кальяо, из-за прибрежного подъема глубинных вод температура на поверхности колеблется от 15—16 до 17—18 С. В других районах Мирового океана на этих же широтах нормальное значение температуры океана никогда не выходит за пределы 28—30 С. А Эль-Ниньо может на полгода (реже на год) “перекрыть” апвеллинг и повысить температуру поверхностных вод в прибрежной зоне Эквадора и Перу до 21—23 С, а иногда и до 25—29 С, т. е. вести себя как типичный “рэкетир”. С 1982 г. Эль-Ниньо находится в центре внимания океанологов, метеорологов и климатологов. Катастрофические последствия этого явления для местных жителей и влияние на погоду прибрежной зоны (дожди, наводнения, оползни в обычно засушливой местности) заставляют ученых работать над поисками надежных методов его прогнозирования. Так, Эль-Ни- ньо 1982—1983 гг. расширилось до окраин Чили на юге и до побережья Калифорнии и штата Орегон на севере, чего не повторялось за весь 120-летний период наблюдений. С развитием Эль-Ниньо обычно тесно связана аномальная перестройка поля действия ветров над Тихим океаном и весьма специфическое поведение уровня моря. Раньше думали, что Эль-Ниньо возникает в результате локального ослабления юго-восточного пассата над перуанскими,

86 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

эквадорскими водами, что, естественно, приводит к ослаблению Перуанского прибрежного течения и к прекращению апвеллинга.

Однако более глубокие исследования последних десятилетий открыли причины далеко нелокального характера. За несколько лет до самого катастрофического Эль-Ниньо 1982—1983 гг. было установлено, что сильная пассатная циркуляция ускорила субтропический круговорот в южной части Тихого океана и усилила Южное течение в направлении восток—запад путем нагона воды в западную часть экваториальной зоны Тихого океана. После ослабления напряжения ветра в центре океана скопившаяся на западе океана вода устремляется на восток. Образовавшаяся при этом волна ведет к накоплению теплых вод вблизи берегов Эквадора и Перу и к заглублению (до 1500 м) слоя температурного скачка (термоклина), который в нормальные годы находится неглубоко. В целом Эль-Ниньо — это результат реакции океана на вынуждающее воздействие перемещенных пассатных ветров. Поскольку усиление юго-восточных пассатов над экватором ведет к усилению экваториального апвеллинга, то оно должно сопровождаться значительным понижением температурного режима поверхности океана в центральной и восточной частях экваториальной зоны, т. е. отрицательной аномалией экваториальной температуры поверхности океана. Есть все основания считать, что главенствующую роль в формировании Эль-Ниньо играют ветры западных направлений, которые развиваются в экваториальных широтах. Западные ветры появились вместо обычных пассатов. Прекращение юго-восточных пассатов, их смена на длительное время аномальными западными ветрами привели к полному ис- чезновению глубинного противотечения. Наличие Эль-Ниньо играет огромную роль в изменении природной обстановки на Тихоокеанском побережье Южной и Центральной Америки и на Галапагосских островах.

Классификация морских течений. В океанической научной литературе существует несколько классификаций морских тече- ний. По одной из них течения могут быть классифицированы по следующим признакам (по Ю. И. Шамраеву, Л. А. Шишкиной):

1)по силам, их вызывающим, т. е. по происхождению (генетическая классификация);

2)по устойчивости (изменчивости);

3)глубине расположения;

4)характеру движения;

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 87

5) физико-химическим свойствам.

Основной является генетическая классификация, в которой выделяют три группы течений.

1. В первой группе генетической классификации — градиентные течения, обусловленные горизонтальными градиентами гидростатического давления.

Среди градиентных течений выделяют три вида:

плотностные, обусловленные горизонтальным градиентом плотности;

компенсационные, обусловленные наклоном уровня моря, возникшим под действием ветра;

бароградиентные, обусловленные неравномерностью атмосферного давления над поверхностью моря;

стоковые (сточные), образующиеся вследствие избытка вод в каком-либо районе моря, в результате притока речных вод, обильного выпадения осадков или таяния льдов;

сейшевые, возникающие при сейшевых колебаниях моря. Ко второй группе градиентной классификации относятся те-

чения, обусловленные действием ветра. Они в свою очередь тоже подразделяются:

íà дрейфовые, обусловленные движением ветра;

ветровые, обусловленные не только действием направления ветра, а также наклоном уровенной поверхности и перераспределением плотности воды, вызванных ветром.

К третьей группе градиентов классификации относятся приливные течения, вызванные приливными явлениями. Эти тече- ния наиболее заметны у берегов, на мелководьях, в устьях рек.

2. По характеру устойчивости, изменчивости выделяют течения периодические è непериодические. Течения, изменения которых происходят с определенным периодом, называются периодическими (приливными); течения, изменения которых не носят четкого периодического характера, принято называть непериодическими. Своим происхождением они обязаны случайным, неожиданным причинам, например прохождение циклона над поверхностью моря, океана.

Постоянных течений в строгом смысле слова в океанах и морях нет. Относительно мало меняющиеся течения по направлению и скорости за сезон — это муссонные, çà ãîä — пассатные. Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися; изменяющиеся во времени — неустановившимися.

88 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

3. По глубине расположения выделяют поверхностные, глубинные è придонные течения:

поверхностные течения наблюдаются в “навигационном” слое (от поверхности до 10—15 м);

придонные — ó äíà;

глубинные — между поверхностными и придонными те- чениями.

4. По характеру движения выделяют меандрирующие, прямолинейные, циклонические è антициклонические òå÷å- íèÿ.

5. По характеру физико-химических свойств различают теплые, соленые è распресненные течения.

Классификация течений по этим свойствам несколько условна. Для оценки подобной характеристики течений необходимо сопоставление его температуры или солености с температурой или соленостью окружающих вод. Теплым или холодным называется течение, температура воды в котором выше или ниже температуры или солености окружающих вод. Можно привести очень яркие примеры. Например, глубинное течение атлантического происхождения в Северном Ледовитом океане имеет температуру около 2 С, но относится к теплым течениям, или Перуанское течение у западных берегов Южной Америки, имеющее температуру воды около 22 С, относится к холодным.

5.3. ПРИЛИВЫ

Древние жители морских побережий знали о приливах и отливах, периодически повторяющихся при движениях Луны и Солнца. Затем, по мере развития научных исследований, открытия закона всемирного тяготения и гидродинамических процессов, возникла точная и динамическая теория возникновения приливов, основы которой заложил французский ученый Лаплас. Уровень океана в течение суток периодически то повышается, то понижается. Особенно велики колебания уровня у берегов, в узких заливах. В открытом океане они не превышают одного метра, а у берегов океанических островов колебания достигают 2,7 м (Канарские острова). Два раза в сутки повышается уровень воды у берега и два раза в сутки вода отступает. Это так называемые приливные и отливные волны. Иногда эти волны бывают невысоки, что даже незаметны глазу. И в то же время прилив и отлив — са-

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 89

мая настоящая волна, только чрезвычайно пологая, поскольку длина приливной волны достигает нескольких тысяч километров, а высота даже в крайних случаях всего лишь 10—15 м, а обычно не более метра. Эти сложные движения вод люди называли приливными явлениями или приливами.

Приливы — периодические колебания (повышение и понижение) уровня океанов и морей, сопровождаемые горизонтальными движениями вод — приливными течениями.

Приливы происходят вследствие воздействия на каждую часть воды силы притяжения Луны и Солнца и центробежных сил, возникающих при обращении вокруг общего с Луной центра тяжести. Этот центр находится в теле Земли на расстоянии 0,73 ее радиуса от центра планеты. Следы притяжения Луны и Солнца, а также центробежные силы, воздействующие на частицы воды, неодинаковы, так как каждая частица находится на разном расстоянии от Луны. Именно эти равнодействующие силы создают приливы.

Приливы бывают суточные (один подъем и одно понижение уровня в сутки), полусуточные (дважды в сутки наблюдается подъем и поднятие уровня), а также смешанные. Величины приливов во многом зависят от местных физико-географических условий (конфигурации берегов, рельефа дна и т. д.). Величины приливов в прибрежных районах различны. В среднем они достигают 4—6 м, а в некоторых районах и больше. Самая большая в Мировом океане величина приливов (15—18 м) наблюдается в заливе Фанди, расположенном на Атлантическом побережье Северной Америки (Канада). Высокие приливы (12—13 м) зарегистрированы в Пенжинском заливе Охотского моря (Россия). В Мезенском заливе Белого моря приливы достигают до 10 м. Такой же величины приливы наблюдаются в Кольском заливе Баренцева моря. В заливе Сен-Моло на северном побережье Франции приливы достигают 7—9 м.

5.4. АПВЕЛЛИНГ

Апвеллинг — уникальное явление, возникающее в водах Мирового океана. Термин апвеллинг (от англ. upwell, up — наверх, и well — хлынуть) означает подъем вод из глубины в верхние слои океана. В классическом виде апвеллинги возникают в прибреж-

90 Глава 5. Динамический режим Мирового океана

ных водах тропических широт западных побережий материков и, как правило, вызываются сгонными ветрами.

Явление апвеллинга играет большую роль в процессе обмена поверхностных и глубинных вод океана. Глубинные воды, богатые биогенными веществами, выходя в освещенную поверхностную зону, увеличивают продуктивность водной массы.

Современные представления о механизме образования апвеллинга и вспышке в этих районах бурной органической жизни могут быть сведены к следующей схеме. Господство в тропических широтах постоянной пассатной циркуляции атмосферы создает возможность сгона поверхностных вод, подъема на их место холодных глубинных масс и образования у западных побережий материков холодных течений.

ÂЮжном полушарии эти течения направлены на север, а в Северном — на юг. Но под влиянием сил Кориолиса, как правило, они поворачивают на запад, уходя в открытый океан, увеличивая зону холодных водных масс, поднимающихся с глубины 200 м и обогащенных фосфором, азотом, кислородом, что резко повышает

âэтих районах органическую продуктивность (фитопланктона, зоопланктона, рыбы).

ÂМировом океане существует несколько постоянных прибрежных апвеллингов, расположенных, как правило, в тропиче- ских широтах у западных окраин материков. В Атлантическом океане — Канарский, Бенгельский, Гвинейский. В Индийском океане выделить районы апвеллинга очень трудно, так как в северной его части динамика вод зависит от циркуляции атмосферы, характеризующейся периодичностью смены муссонов — юго-западного и северо-восточного. Это и определяет смену направлений течений. В Тихом океане существует обширный стационарный Перуанский апвеллинг и менее обширный Калифорнийский, а также сезонный Орегонский. В Тихом океане довольно от- четливо выделяется апвеллинг в пределах субантарктических широт. Обнаружен апвеллинг и в пределах Северного Ледовитого океана в море Бофорта. Для этого апвеллинга характерно то, что на поверхность из глубины поднимаются не холодные, а теплые воды атлантического происхождения.

Апвеллинги наблюдаются также и в некоторых морях. В Каспийском море в летнее время существует стационарный апвеллинг в средней части восточного побережья. Его возникновение связано с господствующими здесь восточными ветрами, сгоняющими теплые поверхностные воды, на смену которым под-

Глава 5. Динамический режим Мирового океана 91

нимаются глубинные воды с температурой на 2—4 C ниже поверхностных.

На Черном море, у южных берегов Крыма, возникают кратковременные ветровые апвеллинги, которые вызывают повышение температуры воды на 3—5 С, а иногда и на 10 С.

Следует особо остановиться на физических и биологических особенностях экваториального апвеллинга. Зона экваториального

апвеллинга довольно обширна как в Тихом океане, так и в Атлантическом и простирается от 5—10 ю. ш. до 8—12 с. ш., но резко

очерченных границ не имеет. Подъем вод происходит в пределах весьма узких полос, вытянутых вдоль границ зональных потоков и чередующихся с полосами опускающихся поверхностных вод на глубину в районах конвергенции. Вынос к поверхности биогенных элементов обеспечивает здесь развитие богатого планктона. Апвеллинг непосредственно на экваторе не связан с границами зональных потоков, а вызван другими физическими причинами. Характер экваториального апвеллинга (“sensu sricto”) четко проявляется а Атлантическом океане. Данное явление прослеживается между первыми градусами северной и южной широт, о чем свидетельствует распределение стронция-90 и цезия-37. Оба элемента показывают подъем вод на экваторе в средней части тече- ния Ломоносова и опускание их на северной и южной его периферии. Подъем вод непосредственно на экваторе происходит на фоне двух равнонаправленных потоков: Северная периферия Южного Пассатного течения охватывает поверхностный слой воды (имеет скорость 50 см/с) и более глубоких вод течения Кромвелла в Тихом океане и Ломоносова в Атлантическом. Они представляют устойчивые зональные потоки со скоростью 150 см/с, а иногда и более. Высокая скорость движения струй подповерхностных противотечений и быстрый обмен воды говорят о высокой степени их турбулентности. Формирующиеся в зоне экваториального апвеллинга биосообщества переносятся вместе с поверхностной водой пассатного течения. Биомасса экваториального апвеллинга в 40 раз выше, чем в остальных районах экваториальных широт.

ГЛАВА 6

МИРОВОЙ ОКЕАН КАК СРЕДА ОБИТАНИЯ ЖИЗНИ

6.1. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ЭКОСИСТЕМЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

Âоды Мирового океана представляют собой идеальную среду для обитания и развития органической жизни. Эта среда богата кислородом и другими необходимыми

для жизни веществами, содержит большое количество биогенных элементов, не подвержена существенным изменениям своих физических и химических свойств.

По мнению многих ученых мира, океан является колыбелью жизни на нашей планете. Именно здесь, в мелком, хорошо прогреваемом водном бассейне, около двух миллиардов лет назад зародилась жизнь и лишь затем распространилась на пресные воды и пространства суши. Вся толща вод Мирового океана, подводные равнины, долины и впадины, горные цепи и плоскогорья, образующие подводный ландшафт, — сосредоточие самых разнообразных живых организмов. По последним данным, в водах океана обнаружено свыше 150 000 видов животных и более 10 000 видов водорослей. Среди живых организмов на первом месте моллюски — их более 60 000 видов, около 23 000 видов ракообразных, более 15 000 видов рыб, 10 000 видов одноклеточных, 7000 видов червей, около 9000 видов кишечнополостных, 5000 видов иглокожих, 3000 видов губок. Большое разнообразие их в океане объясняется благоприятными условиями обитания. В океане обитают самые крупные животные планеты — киты, дельфины, ластоногие. Одно из самых больших растений в Мировом океане — водоросль макроцистис, достигающая более 50 м в длину. Размеры многих организмов, обитающих в морях, находятся в некоторой зависимости от размеров