Физико химические свойства мирового океана. Физико-химические свойства океанской воды

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.

Физико-химические свойства вод океана

Теоретически не растворимых в воде веществ не существует, в связи с этим в морской воде содержатся почти всœе элементы таблицы Менделœеева. Правда, некоторые элементы находятся в столь малых количествах, что их присутствие обнаруживается только в морских организмах, собирающих эти элементы из окружающей их морской воды. Таковы, к примеру, кобальт, никель и олово, найденные в крови голотурий, омаров, устриц и других животных. Присутствие некоторых других элементов доказывается лишь их наличием в морских отложениях.

Среднее количество растворенных в водах Мирового океана твердых веществ составляет около 3,5% по весу. Больше всœего в морской воде содержится хлора - 1,9%. натрия - 1,06%. магния - 0,13%, серы -0,088%, кальция - 0,040%, калия - 0,038%, брома - 0,0065%, углерода - 0,003%. Содержание остальных элементов, в т.ч. биогенных и микроэлементов, ничтожно мало, менее 0,3%. В водах океана обнаружены драгоценные металлы, но концентрация их незначительна, и при общем большом количестве в океане (золота - 55 ‣‣‣ 10 5 т, серебра - 137 ‣‣‣ 10 6 т) добыча их нерентабельна.

Главнейшие распространенные в воде элементы обычно находятся в ней не в чистом виде, а в виде соединœений (солей). Основными из них являются: 1) хлориды (NaCl, MgCl), доля которых равна 88,7% всœех растворимых в воде веществ. Οʜᴎ придают воде горько-соленый вкус;

2) сульфаты (МgSО 4 , СаSО 4 , Ка 2 SО 4), которых в морской воде содержится 10,8%;

3) карбонаты (СаСО 3), доля которых составляет 0,3% всœех растворенных солей.

Для планетарного обмена веществ весьма важно то обстоятельство, что хлористые соединœения, преобладающие в морских водах, находятся в реках в очень малом количестве (табл. 4). Напротив, карбонаты, в основном формирующие солевой состав речных вод, почти отсутствуют в океане.

Общее содержание твердых веществ, растворенных в морской воде, принято выражать в тысячных долях весовых единиц - промилле и обозначать знаком % 0 . Содержание растворенных твердых веществ, выраженное в промилле и численно равное их весу, выраженному в граммах в одном килограмме морской воды, принято называть соленостью. Средняя соленость океанических вод 35°/оо, т. е. в 1 кг вод содержится 35 г солей.

Таблица 4 Состав растворенных солей (в %) океанических и речных вод

Установлено, что состав веществ (их соотношение), определяющий соленость морской воды, почти одинаков и постоянен во всœех точках, как на поверхности, так и на глубинах Мирового океана. При изменении общего количества растворенных солей (солености) их процентное соотношение не изменяется. По этой причине для определœения солености морской воды достаточно измерить количество одного какого-нибудь химического элемента (обычно хлора, как наиболее легко определяемого) и по нему вычислить общую соленость и количество всœех остальных элементов. Эмпирическое соотношение между соленостью океанической воды и содержанием хлора выражается формулой:

Число 1,81 носит название хлорного коэффициента.

Некоторые внутриматериковые моря могут иметь несколько отличный солевой состав, и в связи с этим для них эта формула непригодна и соотношения между солями устанавливаются для каждого моря отдельно.Соленость воды в Мировом океане не везде одинакова. В открытой части она изменяется в пределах 33-37°/оо и зависит от климатических условий (разности испарения и количества выпадающих осадков). По этой причине в ее распределœении четко проявляются черты широтной зональности, что позволяет картировать эту характеристику (карты изогалин). В отдельных районах широтная зональность нарушается влиянием переноса солей течениями.

Наименьшая соленость на поверхности открытой части Мирового океана наблюдается в высоких широтах. Это объясняется значительным превышением осадков над испарением, большим речным стоком (в северном полушарии), таянием плавучих льдов. По мере приближения к тропикам соленость растет, достигая максимальных значений в зоне между 20 и 25° широты, где испарение значительно превышает осадки. В экваториальных широтах количество атмосферных осадков возрастает, и соленость здесь вновь уменьшается (рис. 3).

Средняя соленость на поверхности океанов различна. Наибольшую среднюю соленость имеет Атлантический океан - 35,3°/ 0 о, наименьшую - Северный Ледовитый - 32%о (в приустьевых районах до 20°/оо).

Распределœение солености по вертикали различно в различных широтных зонах. Так, в полярных широтах до глубины 200 м соленость быстро возрастает, затем остается почти неизменной. В умеренных широтах соленость с глубиной изменяется мало. В субтропических - она уменьшается до глубины 1000 м, глубже соленость постоянная. В экваториальных широтах соленость постепенно возрастает, и под слоем поверхностных вод на глубинœе 100-150 м прослеживается слой высокосоленой воды (выше 36%о), переносимой с запада глубинными противотечениями, питающимися водами, поступающими из тропиков. Глубже этого слоя соленость убывает, а начиная с глубины 1000-1500 м становится почти постоянной.

Следует заметить, что ниже глубин порядка 1500 м соленость остается практически неизменной (34,7-34,9°/оо), а ее изменения по широтным зонам несущественны.Колебания солености по сезонам года в открытом океане незначительны и не превышают 0,2°/ О о, в прибрежных районах полярных областей соленость в летнее время вследствие таяния льдов может уменьшаться на 0,7°/ 0 о и более. В морях величина солености, как на поверхности, так и глубинœе, меняется в значительно больших пределах, чем в океане. Так, соленость Черного моря 17- 18% 0 , Красного-до 42% 0.

Газы в воде океана. Вода поглощает (растворяет) газы, с которыми она соприкасается. По этой причине в океанической воде содержатся всœе атмосферные газы, а также газы, приносимые водами рек, выделяющиеся при химических и биологических процессах, при подводных извержениях. Общее количество растворенных в воде газов невелико, но они играют решающую роль в развитии всœей органической жизни морей и океанов.

Особое значение имеет кислород. Содержание его изменяется, как и содержание всœех других газов, исходя из солености и температуры воды, от степени перемешивания поверхностных вод и т.д. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше кислорода может в ней раствориться. По этой причине содержание его от экватора к полюсам возрастает

Кислород поступает в воду океана не только в результате контактаводы с воздухом, но и в результате фотосинтеза водорослей, населяющих воды океанов и морей. На глубинœе количество кислорода, как правило, уменьшается, так как процесс фотосинтеза имеет наибольшее развитие в поверхностном слое. В этом слое, особенно на мелководье, наблюдается повышенное содержание кислорода (до 180%). Избыток его передается атмосфере. Кислород в океане расходуется также на дыхание живых организмов и на окисление различных веществ.

Азот проникает в воду из атмосферы и образуется при распаде органического вещества. Содержание его в воде изменяется мало, так как он плохо вступает в соединœения, редко и в небольших количествах потребляется. Только некоторые придонные бактерии превращают его в нитраты и аммиак. Большой роли в океане он не играет.

Углекислый газ, в отличие от кислорода и азота͵ находится в воде океана в основном в связанном виде, в виде углекислых соединœений - карбонатов и бикарбонатов. Запасы углекислоты в океане поддерживаются дыханием организмов и растворением известковых пород дна и берегов, а также современных органогенных отложений (скелœетов, раковин и т. д.). Значительные количества углекислого газа поступают в океан при подводных вулканических извержениях. Как и кислород, углекислый газ растворяется быстрее в холодной воде. При повышении температуры вода отдает углекислый газ атмосфере, при понижении - поглощает его, в связи с этим в тропиках вода выделяет углекислый газ в атмосферу, в полярных широтах, напротив - углекислый газ из атмосферы поступает в воду.

Растворимость углекислого газа в воде в десятки и сотни раз превышает растворимость кислорода, в связи с этим океан его содержит в 60 раз больше, чем атмосфера. Расходуется углекислота на фотосинтез растений и на образование организмами скелœетов и раковин.

В воде морей количество и распределœение газов должна быть существенно иным, чем в океанах. На дне некоторых морей при разложении органических веществ и в результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется сероводород. Это очень ядовитое вещество. Главное условие его образования - слабое вертикальное перемешивание и, как следствие его, отсутствие кислорода на глубинах. Присутствие сероводорода отмечено в некоторых глубоких фьордах Норвегии, в Каспийском, Черном, Красном и Аравийском морях. Не исключена возможность сероводородного заражения океанов.

3.2. Физические свойства вод океана. Физические свойства дистиллированной воды зависят только от двух параметров: температуры и давления. Физические же свойства морской воды зависят, кроме того, еще и от солености, которая составляет наиболее характерную ее особенность. С соленостью связано наличие таких свойств морской воды, которых нет у дистиллированной (осмотическое давление, электропроводность).

Плотность. Одной из важнейших характеристик морской воды является плотность. Плотностью морской воды в океанографии принято называть отношение массы единицы объёма воды при той температуре, которую она имела в момент наблюдений, к массе единицы объёма дистиллированной воды при 4° С, т. е. при температуре ее наибольшей плотности. Плотность морской воды существенно растет с увеличением солености. Возрастанию плотности поверхностных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образование льда. В открытом океане плотность, как правило, определяется температурой и в связи с этим от экватора к полюсам растет. С глубиной плотность воды в океане увеличивается.

Давление и сжимаемость. Вода значительно плотнее воздуха. По этой причине изменение давления с увеличением глубины в океане происходит гораздо быстрее, чем в атмосфере. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Нетрудно подсчитать, что на глубинах порядка 10 км давление достигает 1 тыс. атм.

При этом воздействие давления воды на живые глубоководные организмы незаметно, так как чрезвычайно мало сжатие воды, т. е. Уменьшение ее удельного веса.Интересно отметить, что, несмотря на малую сжимаемость морской воды, уровень реального Мирового океана расположен примерно на 30 м ниже того уровня, который он бы занимал при условии несжимаемости воды.

Оптические свойства морской воды. Лучистая энергия Солнца, проникая в толщу воды, рассеивается и поглощается. От степени ее рассеивания и поглощения зависит прозрачность воды. Под прозрачностью воды понимают глубину, на которой белый стандартный диск диаметром 30 см (диск Секки) перестает быть видимым с поверхности моря. В Саргассовом море эта глубина достигает 67 м, в Средиземном - 50 м, в Черном - 25 м, в Азовском - Зм. Прозрачность зависит от содержания взвешенных частиц в морской воде. По этой причине наименьшая прозрачность наблюдается в прибрежной части, особенно после штормов. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона, а также во время таяния льдов.

Совокупным действием отражения и рассеивания света в воде обусловливается ее цвет. Поток световой энергии, исходящий из глубин моря, вызывает голубой или синий цвет, который и является собственным цветом чистой воды. Особенности цвета воды каждого моря зависят от содержания в воде взвешенных частиц органического и минœерального происхождения, растворенных газов и прочих примесей. Вот почему в наиболее “чистых” тропических водах цвет моря темно-голубой и даже синий, в шельфовых морях - зелœеноватый, а в мутных прибрежных морях - имеет желтые оттенки.

Говоря об оптических свойствах морской воды, следует упомянуть и о таких явлениях, как свечение и цветение моря.

Свечение поверхности моря в ночное время объясняется светом, излучаемым морскими организмами (планктоном и особыми видами бактерий)

Цветение моря обусловливается массовым скоплением особей какого-либо вида, способных окрасить поверхность моря в один из цветов: желтый, красный, зелœеный и т. д.

4. Тепловой режим океанов и морей Поверхность океана способна поглощать 99,6% поступающегона нее солнечного тепла, тогда как для суши данный показатель равен всœего 55-65%. Благодаря этому и большой теплоемкости воды, океан представляет собой мощный аккумулятор тепла, оказывающий исключительно большое влияние на температурные условия прилегающих слоев атмосферы. Велико термическое воздействие океана и на климат прилегающих окраин континœентов.

Основным источником тепла, получаемого океаном, служит солнечная радиация (прямая и рассеянная). Воды океана получают также тепло при поглощении длинноволнового излучения атмосферы (встречная радиация), часть тепла приносят реки и осадки, выпадающие на поверхность океана. Тепло высвобождается при конденсации влаги, льдообразовании, химико-биологических процессах в толще океана. На температуру глубоких слоев океана влияет внутреннее тепло Земли и адиабатическое нагревание опускающейся воды.

Термическое состояние океана в среднем постоянно. Значит океанические воды тем или иным путем теряют почти столько же тепла, сколько получают. Эти потери происходят за счёт собственного излучения, испарения с поверхности океана, нагревания воздуха, холодной воды рек, океанических течений, таяния льдов и других процессов, совершающихся с затратами тепла. Приход и расход тепла в океане (тепловой баланс) определяют ход температуры воды.

4.1. Температура воды на поверхности океана В верхнем слое океанической воды, как и во всœей географической оболочке, тепло распределяется зонально. Самые высокие средние годовые температуры в океане (27-28° С) отмечаются немного севернее экватора между 5 и 10° с. ш. Здесь проходит термический экватор Земли. По сезонам температура воды в экваториальных широтах изменяется не более чем на 2-3° С. В тропических широтах наиболее высокие температуры (25-27° С) отмечаются у западных берегов. Разница в средних температурах восточных и западных регионов достигает 8-10° С. Понижению температуры у восточных берегов в этих широтах способствуют пассаты, отгоняющие воду от берегов: на место ушедшей воды поднимаются нижелœежащие, более холодные слои воды.

В умеренных широтах южного полушария суши очень мало и широтное распределœение температуры (от 0° С на 60° ю. ш. до 10° С на широте 40°) почти не нарушается. В северном полушарии умеренные широты океана несколько теплее, изотерма 10° С доходит в августе до полярного круга. Здесь важную роль играют теплые течения, благодаря которым температура океана выше у восточных берегов.

Средняя температура на поверхности всœего Мирового океана равна 17,4° С, т. е. превышает на 3° С среднюю температуру воздуха на земном шаре. Самый теплый океан - Тихий, у которого средняя температура воды на поверхности равна 19,1° С. В Индийском она равна 17,6° С, в Атлантическом - 16,9° С, а в Северном Ледовитом- 0,75° С. Самая низкая температура (-1,7° С) наблюдалась в феврале в Северном Ледовитом океане, самая высокая (+ 32° С) в августе на поверхности Тихого океана. В среднем в году поверхность океана в южном полушарии холоднее, чем в северном за счёт охлаждающего воздействия вод Антарктики.

Суточные амплитуды температуры в открытом океане обычно не превышают 1° С. Годовые амплитуды среднемесячных температур в низких и высоких широтах невелики (1° С и 2° С), и только в умеренных широтах они достигают 10° С и более. Суточные и годовые колебания температуры оказывают существенное влияние на химические и биологические процессы в океане.

4.2. Изменение температуры воды в океане исходя из глубины Температура воды с увеличением глубины понижается. Но процесс данный в разных широтах происходит неодинаково, так как глубина проникновения солнечной радиации в разных зонах неодинакова. Вместе с тем, на перераспределœение тепла в толще океанической воды оказывают влияние адвективные факторы.

На большей части акватории Мирового океана, между 50° С с. ш. и 45° С ю. ш. в вертикальном распределœении температур много общего. В верхних слоях океана до глубины 500 м понижение температуры идет очень быстро, дальше до 1500 м - значительно медленнее, глубже - температура почти не изменяется. На глубинах 3000-4000 м в экваториальных и умеренных широтах вода имеет температуру +2° С, +3° С, в высоких - около 0 = С. Глубже 4000 м температура воды немного повышается вследствие повышения давления (адиабатическое нагревание).

В приполярных районах температура воды понижается до глубины 50-100 м. Ниже она растет за счёт приноса более теплых и соленых вод из умеренных и субтропических широт, достигая максимума в слое 200-500 м. Под этим слоем температура снова понижается, и на глубинœе 800 м она равна 0° С. Средняя температура Мирового океана в целом +3,8° С.

В высоких и средних широтах летом под нагретым поверхностным слоем располагается слой резкого скачка температуры - сезонный термоклин. Глубина залегания слоя скачка и величина градиента температуры в нем зависят от интенсивности прогрева поверхностного слоя и перемешивания. В умеренных широтах он обычно располагается на глубинах от 10-16 до 50 м и ниже при значениях вертикального градиента температуры от долей градуса до нескольких градусов на метр.

От экватора до 50-60° С с. и ю. ш. слой скачка на глубинах от 300 до 1000 м существует постоянно (главный термоклин). Так как слой температурного скачка - слой изменения плотности, в нем всœегда скапливаются живые организмы. Резко выраженный слой скачка плотности препятствует опусканию взвешенных в воде предметов. К примеру, подводная лодка может лежать на слое скачка как на грунте, откуда и произошел термин “жидкий грунт”.

В случае если рассматривать температурный режим не только открытых частей океанов, но и морей, то и здесь ярко проявляется зависимость температуры от широты, хотя влияние суши, водообмен с океаном и другие причины вносят коррективы в эту связь. Самая высокая температура отмечена на поверхности внутриматериковых тропических морей (в Красном море до +32° .С). Самая низкая температура в полярных морях не опускается ниже -2° С.

Вертикальное распределœение температуры воды в морях зависит, в первую очередь, от водообмена с сосœедними частями океана. В морях, отделœенных от океана порогом, распределœение температур зависит от глубины порога, солености моря, температуры на его поверхности. Так, в Средиземном море температура воды у дна (4400 м) +13° С. Окраинные моря, свободно сообщающиеся с океаном, по характеру распределœения температур не отличаются от открытых частей океана.

5. Льды в океане. Ледовый режим Мирового океана определяется тем, что на преобладающей части его площади температура воды в течение всœего года выше точки замерзания, в связи с этим льдообразование наблюдается только в полярных и субполярных широтах. В умеренной зоне лишь очень в немногих, преимущественно мелководных морях на короткое время устанавливается ледовый покров. Большое отодвигание границы зимнего льдообразования в сторону полюсов определяется также соленостью, поскольку соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная.

Пресная вода, как известно, при охлаждении достигает наибольшей плотности при -)-4° С, а начинает замерзать только при 0° С. Процесс замерзания солоноватых вод (до 24,7°/оо) происходит аналогично тому, как и в пресной воде: вода сначала достигает температуры наибольшей плотности при данной солености, а затем точки замерзания.

При солености 24,7°/ 0 о температура замерзания и наибольшей плотности одинакова (-1,332° С). При солености больше 24,7%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, вследствие чего замерзание морской воды происходит иначе, чем пресной, при этом только часть солей переходит в лед, образовавшийся из морской воды, другая же часть стекает обратно в воду в виде солевого раствора, увеличивая тем самым соленость, а следовательно, и плотность поверхностной воды. Это обстоятельство, одной стороны, способствует поддержанию и усилению конвекционных движений и тем самым задерживает замерзание, а с другой - требует дальнейшего понижения температуры, т. к. с увеличением солености понижается температура замерзания. По этой причине замерзание морской воды происходит не при одинаковой температуре, а при понижающейся.

Плотность соленого льда меньше плотности льда пресного (0,85-0,94 г/см 3) и зависит от температуры, солености, плотности, возраста льда и условий льдообразования.

Морской лед по сравнению с пресноводным отличается большой пластичностью и вязкостью, но обладает меньшей прочностью.

Льдообразование в океане начинается с появления кристаллов в виде игл и пластинок. При большой концентрации ледяных кристаллов они образуют ледяное сало, а если на поверхность воды выпадает снег, то образуется снежура. При спокойном состоянии поверхности воды при смерзании сала возникает тонкая корка льда (5-10 см) - прозрачная, хрупкая в опресненной воде (склянка и матовая, эластичная в соленой (нилас). Во время волнения из ледяного сала, снежуры, склянки и ниласа образуется блинчатый лед - пластины льда преимущественно круглой формы от 30 см до 3 м в диаметре. При дальнейшем нарастании склянки и ниласа и при смерзании блинчатого льда образуется молодой лед (молодик), толщиной 10-30 см.

Вдоль берега появляется полоса неподвижного льда, состоящего из ниласа или из молодика - забереги. Ширина заберегов колеблется от нескольких метров до 100-200 м от береговой линии. Постепенно нарастая, забереги превращаются в более широкую полосу - береговой припаи, а молодик становится взрослым льдом, мощностью от 30 см до 2 м. Наиболее благоприятнымиусловиями для образования и развития припая являются: мелководье, изрезанная береговая линия, отсутствие сильных постоянных течений и значительных по амплитуде колебаний уровня. В некоторых районах припай разрастается на сотникилометров от берега (к примеру, в море Лаптевых его ширинужностигает 500 км).

В отличие от неподвижного льда (забереги, береговой припай), морской лед должна быть плавучим. Плавучиельды, не связанные с берегом, называются дрейфующими. Среди нихпо размерам различают битый лед (отнескольких метровдо 100 м впоперечнике) и ледяные поля, подразделяющиеся нагигантские (свыше 10 км), обширные (от 2 до 10 км) и большие поля (0,5-2 км).

В высоких широтах из-за короткого и холодного лета образовавшиеся за зиму льды не успевают растаять полностью, в связи с этим в этих районах встречаются льды разного возраста - от однолетних до многолетних. Многолетние (квазипостоянные) льды, мощность которых может достигать десять и более метров, называют паковыми.

Паковые льды почти не содержат солей и пузырьков воздуха и в связи с этим имеют голубоватый цвет. В Северном Ледовитом океане такие льды занимают до 80% площади океана. У берегов Антарктиды широкого распространения они не имеют. Для обычных ледокольных судов паковые льды непроходимы.

Кроме собственных морских льдов в океанах и морях встречаются речные и материковые (глетчерные) льды. Речные пресные льды выносятся реками во время ледохода, часто имеют желтоватую окраску, летом тают или вкрапливаются в льды морского происхождения. Материковые льды тоже пресные, голубоватые, обычно большой мощности. Οʜᴎ представляют из себяобломки материкового или шельфового льда, сползающие в океан, и называются айсбергами.

Таяние морского льда в основном зависит от интенсивности солнечной радиации и альбедо его поверхности, как правило, покрытой снегом, и начинается с загрязненных участков (обычно о берегов). После весеннего перехода температуры воздуха через 0° на поверхности льда образуются озерки - снежницы. Прочность структура пропитанного талой водой льда изменяются аналогично тому, как подмоченного водой куска сахара. Не изменяя существенно своих размеров, лед становится чрезвычайно хрупким и легко рассыпается при малейшем надавливании на него. В прибрежной полосœе возникают сплошные полосы чистой воды - водяные забереги, постепенно превращающиеся в полыньи. Ледяные поля распадаются на отдельные льды рыхлой структуры, которые, делясь на кристаллы, образуют в конечном итоге ледяную кашу.

Льды покрывают около 15% всœей акватории Мирового океана, т. е. 55,4 млн км 2 , в т.ч. 39 млн км 2 в южном полушарии. В северном полушарии ледяной покров образуется в Северном Ледовитом океане и его морях, в северной части Атлантического океана, в Балтийском, Белом, Азовском морях, некоторых районах Северного моря и северо-западной части Черного моря. Из морей, относящихся к бассейну Тихого океана, льдами покрываются Охотское, северная часть Берингова и Японского морей.

Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 280 до "00 миль. Основная масса морских льдов формируется с марта апрель преимущественно в морях Уэддела, Беллинсгаузена Росса, а также вблизи материка.

Мощность ледовых образований на морях, характер и распространение ледяного покрова, а также его продолжительность зависят от температурного и ветрового режима зимы и запаса тепла, накопленного водой в течение весны и лета. Сроки появления льда и замерзания, время вскрытия и очищения ото льда могут для одних и тех же пунктов меняться год от года в значительных пределах.

Наибольшего развития ледяной покров в Арктике достигает в апрелœе-мае, в Антарктиде - зимой.

Средняя граница льдов в северной части Атлантического океана проходит около 72° с. ш., в южной части она доходит до 50° ю. ш. В Тихоокеанском и Индийском секторах южного полушария она поднимается до 55-60° ю. ш. Далеко за пределы распространения плавучих льдов заходят айсберги. Места зарождения айсбергов: шельфовые ледники Антарктиды, побережье Гренландии, берега Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли и отдельные острова Канадского архипелага.

Отдельные айсберги в северном полушарии достигают 35° с. ш., в южном - 40° ю. ш. и даже встречаются в тропиках. Важно заметить, что для северных вод типичный крупный айсберг может иметь 200 м в поперечнике и возвышаться над уровнем моря примерно на 25 м. Глубина подводной части достигает 225 м, а общая масса 5 ‣‣‣ 10 9 кᴦ. Мощность Антарктических айсбергов доходит до 500 м, а размеры в поперечнике достигают нескольких десятков километров.

Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат всœей Земли, на жизнь в океане.

Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел. Стоит сказать, что для наблюдения за льдами и изучения их режима организуются специальные ледовые службы. С целью оповещения судов и прогнозирования скорости и направления движения айсбергов создан Международный ледовый патруль.

Химические свойства вод океана - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Химические свойства вод океана" 2017, 2018.

Известно, что вода - идеальный растворитель. Морская вода представляет собой газово-солевой раствор, богатый по качественному составу. В воде океанов обнаружено 44 химических элемента. Больше всего растворено хлоридов, на которые приходится 88,7%, сульфатов-10,7%, карбонатов и других элементов - 0,8%. От этого океанская вода и горько-соленый вкус. Соленый вкус вызван раствором а горький - солями сульфатов (MgS0 4 , СаБОл и др.). Соленость Мирового океана измеряют в %о (промилле). Средняя соленость Мирового океана составляет 35%о, т. е. в 1 л воды растворено 35 г соли. Наибольшая соленость отмечается в тропических широтах, где велико испарение, а приток пресной воды небольшой. В экваториальной полосе соленость несколько уменьшается из-за выпадения большого количества осадков. В умеренных широтах по сравнению с тропическими соленость вновь уменьшается. Колебания солености невелики от 32 до 41 % 0 . В прибрежных морях Северного Ледовитого океана соленость уменьшается до 32%о, а в Красном море достигает 41 %о. Соотношение растворенных веществ в Мировом океане не меняется.

Моря России, за исключением морей Тихого океана, имеют небольшую соленость: Балтийское море - 8%о. Черное море 14-19 % о.

Соленость зависит от климата (в сухом климате она увеличивается). На распределение солености оказывают влияние и морские течения: теплые - увеличивают ее, холодные - уменьшают. Соленость уменьшается там, где в море впадают крупные реки.

В океанской воде растворены многочисленные газы. Особое значение имеет кислород. В холодных водах его растворено больше, чем в теплых.

Углекислый газ, в отличие от кислорода и азота, находится связанном состоянии - в виде углекислых соединений. Углекислый газ используется животными для построения раковин и костных частей тела.

Цвет океанской воды в толще приобретает голубоватый оттенок. Прозрачность воды зависит от примесей и определяется при помощи диска Сакки. Его изготовляют из цинка диаметром 30см, окрашивают в белый цвет. При погружении диска в воду следят, на какой глубине он перестает быть видимым. Эта глубина определяет степень прозрачности воды.

Температура океанской воды. В верхних слоях океана тепло распределено зонально. В экваториальной зоне температура повышается в пределах +27-28°С, колебания по сезонам незначительны: 1-3°С. В тропических широтах температура воды +20-25°С, в умеренных - от 0 до +20°С, в полярных - от 0С до -2°С.

Региональность распределения температур обусловлена морскими течениями. В тропических широтах западные части океана теплее, чем восточные, разница температур достигает 10°. В северных широтах восточные части океанов теплее, чем западные, а разница температур также составляет 10°.

Средняя температура, поверхностных вод Мирового океану + 17,4°С, т. е. на 3° выше, чем температура суши. Самая высокая зарегистрированная температура +36° С, самая низкая 2°С. Амплитуда колебания температур воды составляет 38°, тогда как для воздуха она равна 145° (-87, +58°).

В полярных широтах происходит замерзание океанской воды. Температура ее замерзания зависит прежде всего от солености. Так, при солености 20% 0 вода замерзает при t-1,1°C.

Пресная вода имеет наибольшую плотность при t +4° С, океанская -при более низких температурах. При солености 35%о наибольшая плотность воды наблюдается при t - 3,5°.

При охлаждении пресной воды более тяжелые слои ее но погружаются вниз, а более теплые и легкие поднимаются вверх Перемешивание воды происходит до тех пор, пока вся масса не охладится до + 4° С. Дальнейшее охлаждение приводит к скоплению на поверхности более легкой воды, а затем к замерзанию. В океане перемешивание воды не прекращается потому что плотность воды с понижением температуры все время нарастает. Кроме этого, при замерзании океанской воды кристаллики льда образуются из пресной воды, следовательно, общая соленость вод увеличивается. Поэтому воды океана замерзаю и при более низких температурах, а волнение замедляет этот процесс.

Рельеф дна Мирового океана

Для правильного, представления о рельефе дна Мирового океана нужно измерить его глубины. Измерение глубин производят различными способами. Мелководные бассейны измеряют при помощи простого лота, состоящего из длинного шнура с грузом на конце. Но большие глубины измерить таким лотом нельзя.

В настоящее время пользуются ультразвуковыми волнами, они посылаются и улавливаются особыми приборами, которые позволяют записывать глубины по пути следования судна. Результаты промеров наносят на карту. Места с одинаковыми глубинами соединяют линиями, которые называют изобатами.

На школьных картах глубины наносят способом раскраски, по шкале глубин можно определить глубины той или иной части океана.

Рельеф дна Мирового океана разнообразен. Это и горные системы, тянущиеся на тысячи километров, равнины с более плоскими возвышенностями, склоны материков и глубоководные желоба (с глубинами от 6000 до 11 000 м). Как и суша, кора дна океанов подразделяется на устойчивые области - платформы, покрытые мощными слоями осадочных пород, и геосинклинали - подвижные участки. Геосинклинальные области тянутся вдоль восточных берегов Азии и Центральной Америки, а также вдоль западных берегов Северной и Южной Америки. Они представляют огромные прогибы, которые заполняются осадочными породами.

Величайшие горные системы образуют срединные океанические хребты, имеющие общую протяженность до 80 тыс. км. В осевой части их расположены многочисленные рифтовые гряды и долины. С рифтовыми долинами связана интенсивная сейсмическая и вулканическая деятельность. Это наиболее активные участки земной коры. Ширина и высота срединных океанических хребтов различна. Так, в Атлантическом океане эта система суживается до 370 км, а в других расширяется до 2300 км имея высоту от 1-2 до 9 км. Это поистине крупнейшие горные сооружения на Земле.

Движение воды в Мировом океане

Вода в Мировом океане находится в постоянном движении. Различают три вида движения воды: колебательные, поступательные и смешанные.

Колебательные движения наблюдаются у волн, поступательные - у океанских течений и смешанные - у приливов и отливов.

Волны. Главная причина образования волн на поверхности Мирового океана - ветер. В некоторых случаях они возникают от землетрясений, изменения атмосферного давления и др.причин. Отдельные частицы воды при волновом движении перемещаются по круговым орбитам. В верхней части орбиты частицы перемещаются в направлении движения волны, а нижней - в обратном. Вот почему брошенный предмет колеблется на волне, но не передвигается.

Приливы и отливы. Люди, жившие по берегам морей, заметили что два раза в сутки уровень моря поднимается, затопляя плоские побережья, и два раза опускается, обнажая дно моря.

Схема образования приливов и отливов осложняется следующими причинами.

1. Приливы образуются под влиянием притяжения не только Луны, но и Солнца. В полнолуние и новолуние лунное и солнечное затмение совпадают, поэтому приливы достигают наибольшей величины.

2. В зависимости от береговой линии материков высота приливов и отливов может увеличиваться или уменьшаться.

Океанские течения. Поступательные движения огромных масс океанской воды называются течениями. В результате их происходит круговорот океанской воды. Перемещаются не только поверхностные слои воды, но и и глубинные.

Главной причиной возникновения поверхностных течений является ветер. Постоянные по направлению ветры сдувают поверхностные слои воды и заставляют их перемещаться.

Реки

В России насчитывается более 200 000 рек. Река - это естественный постоянный водоток, текущий по уклону и заключенный в берега. Начало рекам дают источники, выходящие на земную поверхность. Многие реки берут начало в озерах и болотах, на склонах гор из-под ледников. Временные водотоки, ручьи и реки образуют текучие воды. Они выравнивают поверхность Земли: разрушают возвышенности, горы и уносят продукты разрушения в более низкие ме­ста. Значение текучих вод очень велико и в хозяйственной дея­тельности человека. Родники, реки и ручьи - основные источ­ники водоснабжения. Вдоль ручьев и рек расположены насе­ленные пункты, реки используются как пути сообщения, а так­же для строительства гидроэлектростанций и лова рыбы. В за­сушливых областях вода рек идет на орошение (Мургаб, Тед-жен, Амударья, Сырдарья и др.).

Каждая река имеет исток, верхнее, среднее и нижнее тече­ние, притоки, устье. Исток - место, откуда река берет начало. Устье - место впадения в другую реку, озеро, море. В пустынях реки иногда теряются в песках, их вода расходуется на испаре­ние и фильтрацию.

Реки, протекающие по какой-либо территории, образуют речную сеть, которая состоит из отдельных систем, включаю щих главную реку и ее притоки. Обычно главная река длиннее, полноводнее и занимает осевое положение в речной системе. Как правило, у нее более древний геологический возраст, чем у притоков. Иногда бывает и наоборот. Например, Волга несет воды меньше, чем Кама, но считается главной рекой, так как ее бассейн исторически был заселен раньше, чем Кама. Неко торые притоки бывают длиннее главной реки (Миссури длин нее Миссисипи, Иртыш - Оби).

Притоки главной реки подразделяются на притоки первого, второго и последующих порядков.

Речная сеть состоит из речных систем. В речную систему входят главная река и ее притоки. Речная система характерп зуется степенью протяженности всех своих рек, площадью бас сейна, извилистостью и густотой речной сети. Протяженноеп. рек можно измерить по крупномасштабной карте с помощью циркуля, курвиметра, менее точно- путем наложения мокрой нитки.

Под бассейном реки понимают площадь, с которой она по­лучает питание. Площадь бассейна можно определить по круп­номасштабным картам с помощью палетки. Бассейны различ­ных рек разделяются водоразделами. Они чаще проходят по возвышенностям, в отдельных случаях - по равнинным заболо­ченным местам.

Извилистость - это отношение длины реки к прямой, coi 1 » диняющей исток и устье или между двумя отдельными пупк тами.

Густота речной сети есть отношение суммарной протяжен ности всех рек данной главной реки к площади бассейн л (км/км 2). Она зависит от рельефа, климата, горных пород, ела гающих местность, где она протекает. В местах, где выпадай большее количество осадков и испарение незначительное, реч- пая сеть имеет большую густоту, например на северо-западе страны. В горах густота речной сети больше, чем на равнине. Гак, на северных склонах Кавказского хребта она составляет 0,49 км/км 2 , т. е. на 1 км 2 площади приходится 490 мм длины рек, а в Предкавказье - 0,05 км/км 2 , т. е. на 1 км 2 площади при­ходится 50 м длины рек.

Питание рек осуществляется подземными водами, которые ныходят на поверхность в виде родников (ключей), а также атмосферными осадками, выпадающими в виде дождей и сне­гов. Дождевая вода, выпавшая на поверхность, частично испа­ряется, часть ее просачивается в глубь земли, а также стекает м реки. Выпавший снег весной тает. Талые воды стекают по уклону в понижения и в конечном счете попадают в реки. Та­ким образом, постоянным источником питания рек являются подземные воды, дожди летом и талые воды снегов весной. IS горных районах реки питаются водами от таяния ледников.

От характера питания зависит уровень воды в реках. Наи-оольший подъем воды на территории нашей страны наблюдает­ся весной, во время таяния снегов. Реки выходят из берегов, за­ливая огромные пространства, нередко принося большой вред народному хозяйству. В период весенних разливов стекает бо­лее половины годового объема воды. В местах, где больше осад­ков выпадает летом, реки имеют летний разлив. Например, Амур имеет два разлива: менее мощный - весенний и более сильный - в конце лета, во время муссонных дождей. Реки < "редней Азии и Кавказа имеют тоже летний разлив, но при­чина его в том, что летом усиленно тают снега и ледники в го­рах. Летний разлив имеют также реки Крайнего Севера, так |.мк там тают снега летом.

Наблюдения за уровнем рек позволили выделить периоды ■ а мой высокой (и низкой воды. Они получили названия поло-подье, паводок и межень.

Половодье - ежегодно повторяющийся подъем воды в один м гот же сезон. Весной при таянии снега в течение 2-3 меся-пев в реках удерживается высокий уровень воды. В это время происходят разливы рек.

Паводки - кратковременные непериодические подъемы во-11.1 в реках. Например, при сильных продолжительных дождях некоторые реки Восточно-Европейской равнины выходят из бе­регов, затопляя обширные пространства. Паводки бывают на i ирных реках при жаркой погоде, когда снега и ледники интен­сивно тают.

Высота подъема воды во время половодья различна (в гор-| пых странах -выше, на равнинах - ниже) и зависит от иптсн-; (41 и ности таяния снега, выпадения дождей, лесистости террито-1; |1пи, ширины поймы и характера ледохода. Так, на больших си­бирских реках во время образования заторов льда подъем н<>-: ды достигает 20 м.

Межень - наиболее низкий уровень воды в реке. В это вре­мя река питается в основном грунтовыми водами. В средней полосе нашей страны межень наблюдается в конце лета, когда вода сильно испаряется и просачивается в грунт, а также в конце зимы, когда нет поверхностного питания.

Все реки земного шара по способам питания можно подраз­делить на следующие типы: реки дождевого питания (реки экваториального, тропического и субтропического поясов - Амазонка, Конго, Нил, Янцзы и др.); реки, получающие пита­ние от таяния снегов и ледников (реки горных областей и Край­него Севера - Амударья, Сырдарья, Кубань, Юкон); реки под­земного питания (реки склонов гор в засушливом поясе - небольшие реки северного склона Тянь-Шаня); реки смешан ного питания (реки умеренного пояса с ярко выражении устойчивым снежным покровом - Волга, Днепр, Обь, Ени сей и др.).

Работа реки. Река постоянно производит работу, котора проявляется в эрозии, переносе и аккумуляции материала.

Под эрозией понимают разрушение горных" пород. Разлц чают эрозию глубинную, направленную на углубление русла, боковую, направленную на разрушение берегов. На реках мож но видеть излучины, которые называют меандрами. Один бере реки подмывается, другой намывается. Этот процесс постояне Разрушенный материал река переносит и отлагает. Отложени начинается при замедлении течения. Сначала отлагается боле крупный материал (камни, галька, крупный песок), потом бо лее мелкий песок и ил.

В устьях рек происходит накопление принесенного матерка ла. Образуются острова и мели с протоками между ними. Та кие образования называют,дельтами.

На карте можно видеть большое количество рек, образу щих дельты. Но есть реки, у которых их нет. Они впадают море в виде расширяющегося клина. Такие устья называю эстуариями, например у Темзы, Рейна.

Почему же в одних случаях река образует дельту, а в др гих нет? Это зависит от устойчивости дна моря, в которое вп дает река. Там, где оно постоянно понижается в результате в ковых движений земной коры, дельта не образуется. В места где дно моря поднимается, происходит образование дельт. Рек могут не иметь дельт и в том случае, если в море в районе вп дения реки проходит сильное течение. Оно уносит речные нан сы далеко в море. По этой причине, например, река Конг (Заир) не имеет дельты.

В результате работы реки образуются речные долины. Он представляют собой вытянутые извилистые понижения с опр деленным наклоном, по дну которых протекает река.

У речных долин различаются следующие элементы: русл пойма, террасы, склоны. Под руслом понимают пониженну часть долины, по которой протекает река. Русло имеет два бе­рега: правый и левый. Один берег пологий, другой - крутой. Русло равнинной реки имеет извилистую форму. Поэтому, кро­ме силы тяжести и трения, на характер движения потока влия­ет центробежная сила, возникающая на поворотах реки, а так­же отклоняющая сила вращения Земли. Эти силы вызывают поперечно-круговое движение. Под действием центробежной силы на повороте поток прижимается к вогнутому берегу, а струи воды, ударяясь, разрушают его. Происходит изменение направления течения. По дну поток направлен к противополож­ному, пологому берегу. Отклоняющая сила вращения Земли заставляет поток прижиматься к правому берегу (в северном полушарии). Он разрушается, русло реки перемещается. Так, во времена правления Ивана Грозного казанский кремль нахо­дился на берегу Волги, а к настоящему времени река отошла от него на 7 км.

Процесс образования излучин (меандр) непрерывен. Однако на определенное время на данном участке он может приоста­новиться. Дело в том, что река, увеличивая извилистость, умень­шает уклон, а следовательно, и среднюю скорость. Наступает момент, когда скорость даже на закруглениях становится недо­статочной для дальнейшего размыва. Кроме того, меандры мо­гут приблизиться друг к другу на такое расстояние, что соеди­нятся. Тогда русло спрямится. Бывшие меандры становятся старицами, а затем и озерами.

У равнинных рек можно выделить в качестве общего приз­нака чередование плесов и перекатов. Плесы - наиболее глу­бокие участки реки с медленным течением. Они образуются на ее изгибах. Перекаты - мелкие части реки с быстрым тече­нием. Они образуются на спрямленных участках. Постепенно плесы и перекаты перемещаются по реке.

Река постоянно углубляет русло, однако глубинная эрозия не может идти ниже уровня воды в месте впадения реки в дру­гую реку, озеро, море. Этот уровень называют базисом эрозии. Конечным базисом эрозии для всех рек является уровень Миро­вого океана. Изменения уровня океана, моря, озера отражают­ся на работе рек. При понижении базиса эрозии река сильно эродирует, углубляет русло; при повышении этот процесс за­медляется, идет интенсивное отложение.

Пойма - часть долины, заливаемая вешними водами. По­верхность ее неровная: обширные вытянутые понижения чере­дуются с небольшими песчаными возвышениями. Наиболее вы­сокие участки располагаются вдоль берегов - береговые валы. Они обычно покрыты растительностью. По характеру рельефа поймы делятся на три части: прирусловую - наиболее высокую; центральную - равнинную с плодородными наносными поч-иами, занятую лугами и огородами; притеррасную понижен­ную, нередко заболоченную. Террасы представляют собой ны-ровненные площадки, тянущиеся вдоль склонов в виде ступе­нек. На крупных реках наблюдают по нескольку террас, счет их ведется от поймы (первая, вторая и т. д.). У Волги прослежи­вается четыре террасы, а на реках Восточной Сибири - до 20. Склоны ограничивают долину с боков. В одних случаях они крутые, в других - пологие. Чаще один склон крутой, другой - пологий. Например, у Волги правый склон крутой, левый - по­логий.

Речная долина создана рекой. Однако на формирование до­лин оказывают влияние и другие факторы. К ним относятся тектонические процессы, определяющие направление, а иногда и форму долины, горные породы,"их состав, расположение пла­стов, выветривание, смыв атмосферными водами рыхлых пород, сползание грунтов и др.

У молодых рек в продольном профиле имеются участки, на которых наблюдаются пороги (места с быстрым течением и вы­ходом камней на поверхность воды), водопады (участки, где вода падает с отвесных уступов). Водопады встречаются на многих горных реках и равнинных, где твердые породы выхо­дят на поверхность.

Крупнейший водопад мира - Виктория на реке Замбези. Вода падает с высоты 120 м при ширине 1800 м. Шум падаю­щей воды слышен за десятки километров, а водопад всегда оку­тан облаком брызг.

Воды Ниагарского водопада (Северная Америка) падают с высоты 51 м, ширина потока 1237 м.

Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них - Анхель на реке Ориноко. Его вода падает с высоты 1054 м.

Расход и сток воды в реках. При строительстве населенных пунктов очень важно знать, какое количество воды протекает в реке, может ли она обеспечить население и предприятия во­дой. С этой целью определяют расход воды в реке. Под рас­ходом воды в реке понимают количество воды (м 3), проходящее через живое сечение реки за 1 с: P^=S-V, где 5 - площадь жп вого сечения, м, У -средняя скорость, м/с.

Для определения расхода воды в небольшой реке на спрям ленном участке ее строится временный гидрометрический nor i, состоящий из четырех створов: пускового, верхнего, главного и нижнего (рис. 30).

Из приведенной выше формулы видно, что для определения расхода воды в реке нужно измерить скорость и вычислить пли щадь живого сечения реки.

Скорость течения определяется приборами, которые назы ваются гидрометрическими вертушками. Скорость течения не большой реки можно определить с помощью поплавков. Иг пользуют обычно деревянные поплавки диаметром 15-20 см и длиной 8-10 см. На поплавке ставят флажок с номером.

Поскольку в разных частях русла скорость различная, при­меняют 3-5 поплавков. Поплавок пускают на пусковом створе и засекают время его прохождения через верхний и нижний створы. Заранее измеряют расстояние между ними. А если из-иестно расстояние и время прохождения поплавка между верх­ним и нижним створами, можно вычислить скорость. Поплавки пускают на разных расстояниях от берега: у правого берега, посередине (2-3 поплавка), у левого берега. Установлено, что скорость течения реки составляет примерно 80% от средней скорости деревянных поплавков.

На главном створе определяют площадь живого сечения. Для этого измеряют глубину реки через определенное количе­ство метров. По данным строят чертеж сечения русла реки (жи­вое сечение), вычисляют площадь отдельных фигур, а затем се суммируют. Можно вычислить площадь живого сечения и другим способом. Сначала определить среднюю глубину русла по створу и полученную величину умножить на ширину русла.

Например, скорость течения реки 1 м/с, площадь живого се­чения 10 м 2 . Значит, расход воды в реке составляет 10 м 3 /с.

Расход воды в реке за продолжительный период называется речным стоком. Обычно он определяется по многолетним дан­ным и выражается в км 3 /год.

Сток показывает многоводность реки. Приводим некоторые показатели среднего стока для главнейших рек Земли.

Сток зависит от площади бассейна реки и климатических условий. Большое количество осадков при малом испарении спо­собствует увеличению стока. Кроме того, сток зависит от гор­ных пород, которыми сложена данная территория и рельеф местности.

Многоводность реки Амазонки (см. табл. 11) объясняется огромной площадью бассейна (около 7 млн. км 2). Это самый Сюльшой речной бассейн. На его площади выпадает более УООО мм осадков в год. У Амазонки 17 притоков первого поряд­ка, каждый из них дает воды почти столько же, сколько Волга. Самая многоводная река в Советском Союзе - Енисей, ее годовой сток составляет 548 км 3 /год.

В нашей стране проведены грандиозные работы по регули­рованию речного стока. Почти на всех крупных реках (Волге, Днепре, Ангаре) построены водохранилища, которые вмещают вешние и паводковые воды, что позволяет экономно расходовать ее в течение всего года. Вода этих рек приводит в движение турбины, вырабатывающие электрический ток, идет на нужды населения и орошение полей.

Озера и болота

Около 2% всей суши занято озерами. Озера - это значительные углубления суши, заполненные водой и не имеющие связи с морем. На территории нашей страны расположены самое большое озеро в мире - Каспийское и самое глубокое - Байкал. Много озер на северо-западе страны, особенно в Карелии.

Издавна человек использует озера для водоснабжения; они служат путями сообщения, местом лова рыбы. Многие озера содержат ценное сырье: соли, железные руды, сапропель. Они являются объектами для туризма.

По характеру стока озера подразделяются па проточные, сточные и бессточные. В проточные озера впадают многочисленные реки и вытекают из них. К этому типу относятся Ладожское, Онежское и озера Финляндии.

Сточные озера принимают большое количество рек, но из них вытекает одна река. К этому типу можно отнести озеро Севан в Армении.

В засушливых областях находятся бессточные озера, не имеющие стока,- Каспийское, Аральское, Балхаш. К этому же типу относят и многочисленные озера тундры.

В процессе развития бессточные озера могут перейти в сточные, если поступление воды, будет превышать испарение.

Озерные котловины по происхождению чрезвычайно разно­образны. Есть котловины, возникшие в результате проявления внутренних сил Земли (эндогенные). Таково большинство круп­ных озер мира. Мелкие озера порождены деятельностью внеш­них сил (экзогенные). К эндогенным котловинам относятся тек­тонические и вулканические. Тектонические котловины пред­ставляют собой опустившиеся участки земной коры. Опускание может произойти в результате прогиба слоев или сбросов вдоль трещин. Так образовались крупнейшие озера Каспийское, Аральское (прогиб земных слоев), Байкал, Танганьика, Ньяса, Верхнее, Гурон, Мичиган (сбросовые).

Котловины вулканического происхождения представляют гобой кратеры вулканов или долины, перекрытые лавовыми потоками. Подобные котловины имеются на Камчатке, напри­мер Кроноцкое озеро. Разнообразны озерные котловины экзогенного происхожде­ния. В долинах рек часто встречаются озера, имеющие продол­говатую форму. Они возникли на месте бывших р"усел рек.

Много озер образовалось в ледниковый период. Материко­вый лед при своем движении выпахивал огромные котловины. Они заполнялись водой. Такие озера встречаются в Финляндии, Канаде, на северо-западе нашей страны. Многие озера вытяну­ты по направлению движения ледников.

В областях, сложенных известняками, доломитами и гип­сом, имеются котловины провального происхождения, их назы­вают карстовыми. Многие из них очень глубоки.

Котловины могут возникнуть и в результате выдувания. Та­кие котловины очень мелки, и озера в них исчезающие. Они встречаются в прибрежных засушливых областях.

Особый тип имеют озерные котловины, возникшие в резуль­тате неравномерного протаивани"я многолетней мерзлоты. Это озера термокарстового происхождения (большинство озер тундры).

В горах в результате сильных землетрясений могут возник­нуть запрудные озера. Так, в 1911 г. на Памире буквально i глазах у людей возникло Сарезское озеро: часть горного хре та в результате землетрясения была сброшена в долину реки образовалась запруда высотой более 500 м.

Немало котловин создано человеком - это искусственн водоемы.

В нашей стране сток большинства крупных рек зарегулир ван (Волга, Днепр, Ангара, Енисей), на них построены плот ны, созда"ны большие водохранилища.

Многие озерные котловины имеют смешанное происхожд ние. Например, Ладожское, Онежское озера относятся к тект ническим, но их котловины изменили свой облик под действие работы ледников, рек, морей. Каспийское море-озеро - остато большого морского бассейна, который некогда соединялся чере Кумо-Манычскую впадину с Азовским и Черным морями.

Питание озер. Озера питаются за счет подземных вод, атмо сферпых осадков и впадающих в них рек. Часть воды из озер выносится в реки, испаряется с поверхности, уходит на подзем ный сток. В зависимости от соотношения приходной и расход ной части происходит колебание уровня воды, которое приводи к изменению площадей озер. Например, озеро Чад в сухое вре мя года имеет площадь 12 тыс. км 2 , а в дождливое увеличивает ся до 26 тыс. км 2 . За последние сто лет отмечено понижени уровня воды Каспийского озера. В результате площадь озер сократилась на 30 тыс. км 2 , исчезли многие заливы, а острова превратились в полуострова. Сейчас уровень Каспийского озе­ра на 28 м ниже уровня океана.

Изменение уровня воды в озерах связано с климатическими условиями: уменьшением количества выпавших осадков в бас-сейне озера, а также испарением его с поверхности. Уровень воды в озере может измениться также в результате тектониче­ских движений.

Колебания уровня воды в проточных озерах незначительны и не достигают одного метра (Байкал, Онежское, Ладожское). По количеству растворенного в воде вещества озера делятся па пресные, солоноватые и соленые. Пресные озера имеют ра­створенных солей менее 1%о. Солоноватыми озерами считаются такие, где соленость больше 1% 0 , а солеными - свыше 24,7 % 0 (при такой солености температура замерзания воды совпадает с температурой наибольшей плотности воды).

Проточные и сточные озера обычно пресные, так как при­ход пресной воды больше, чем расход. Бессточные озера - преимущественно солоноватые или соленые. В этих озерах при­ход воды меньше, чем расход, поэтому соленость увеличи­вается. Соленые озера находятся в степной и пустынной зонах (Эльтон, Баскунчак, Мертвое, Большое Соленое и многие дру­гие). Но некоторые отличаются большим содержанием соды (Na2S04) -это содовые озера (например, озеро Ван и некото­рые озера юга Западной Сибири); другие богаты наряду с хло­ридами и сульфидами бурой (Na2B 4 0 7 - ЮПцО) такие озера встречаются на Тибете, в Калифорнии.

Стадии развития озер. Озера - недолговременные обраюиа ния на поверхности Земли. Они разнимаются и записи мост oi окружающих условий. Реки, временные водные потоки несу со склонов в озера огромное количество неорганических и оргл нических веществ, которые отлагаются на дне. Появляется рас­тительность, остатки которой также скапливаются, заполняя озерные котловины. В результате этого озера мелеют, па месте их образуются болота.

Зарастание озер и превращение их в болота происходит по­степенно. Обмелевшее озеро начинает зарастать с берегов (рис. 31). До глубины 1 м растут осоки, стрелолист, водяная гречиха, водяные лютики и др. Глубже, до 2-3 м, поселяются камыши, тростники, хвощи; еще глубже - водяные лилии, рде­сты, у которых на поверхности плавают только листья и цветы, а все остальные органы растения целиком погружены в воду. Глубокая часть озера занята различного рода водорослями. Растения, отмирая, падают на дно, а там образуются мощные слои сапропеля ". Озеро продолжает мелеть, зарастать и пре­вращается в болото. На поверхности появляются мхи и лишай­ники. Под слоем мхов отмершие остатки растительности без до­ступа кислорода превращаются в торф. В лесной полосе очень часто озера зарастают с наветренных берегов.

В развитии озер можно выделить несколько стадий.

1. Стадия юности, когда первоначальный рельеф дна сохра­няется неизменным.

2. Стадия зрелости, когда вырабатывается береговая отмель хорошо выражены конусы выноса рек при их впадении, но не ровность дна еще сохраняется.

3. Стадия старости, когда отложения выровняли дно озера. В пресных озерах растительность полукольцом окружает бе­рега.

4. Стадия полного зарастания, когда озеро становится мел­ким, растительность покрывает большую часть зеркала воды, озеро превращается в болото.

Распространение озер подчинено законам зональности. В Со­ветском Союзе наиболее густая озерная сеть наблюдается и лесной полосе, в областях древнего оледенения: на Кольском полуострове, в Карелии. Здесь озера пресные, большей частью проточные и быстро зарастающие. К югу, в лесостепной и степ­ной зонах, количество озер резко уменьшается. В пустынной зоне преобладают бессточные соленые озера, они часто перс сыхают, превращаясь в солончаки. Тектонические озера ветре чаются во всех поясах. У них большие глубины, поэтому измс нение их идет медленно, малозаметно для человека.

Бблота - участки суши, избыточно увлажненные, покрытые влаголюбивой растительностью, имеющие слой торфа не мень­ше 30 см.

Болота, как указывалось, могут образоваться при зараста­нии озер, а также в условиях постоянного переувлажнения грун­тов из-за большого количества осадков, малого испарения и за­медленного стока. Переувлажнение приводит к ухудшению кислородного и минерального питания растений. Недостаток кислорода затрудняет процесс разложения растительных остат­ков, из них образуется торф. Почвы обедняются питательными веществами, лесная и травянистая растительность голодает, в-нижнем ярусе появляется мох, менее требовательный к усло­виям питания. Мхи впитывают атмосферную влагу и задержи­вают большое количество воды. Поэтому доступ воздуха в поч­ву затрудняется, начинает накапливаться торф. Из-за недостат­ка кислорода для корневых систем гибнут деревья. Гибель де­ревьев увеличивает переувлажнепность почв. Заболачивание в лесной полосе происходит при вырубке леса. Благоприятны условия для образования болот в полосе тундр, где многолет­няя мерзлота не пропускает грунтовых вод вглубь и они оста­ются на поверхности.

По условиям питания и местонахождению болота подразде­ляются на низинные и верховые. Низинные болота питаются мгмосферными осадками, поверхностными и подземными вода­ми. Подземные воды богаты минеральными веществами. Это обусловливает богатую растительность на низинных- болотах (ольха, ива, береза, осоки, хвощи, тростник, а из кустарни­ков- багульник). Низинные болота широко распространены ъ- .йеной-полосе на поймах больших рек.

При определенных условиях низинные болота могут пре­вратиться в верховые. По мере нарастания торфа количество минеральных веществ уменьшается, а растения, требователь­ные к минеральной пище, уступают место менее требователь­ным. Обычно эти растения появляются в центре болота (сфаг­новые мхи). Они выделяют органические кислоты, которые за­медляют распад растительной массы. Возникают повышения из н>|)фа. Стекающая в болото вода уже не может попадать в титр, где распространяются сфагновые мхи, питающиеся атмо-1 ферной влагой. Такие болота называют верховыми. Верховые Оолота возникают на малорасчлененных водоразделах.

Болота занимают огромные пространства. Примерно 1/10 Территории нашей страны покрыта болотами. Обширны про­странства болот в Полесье (Белоруссия), Псковской, Новго­родской областях, Мещере и Западной Сибири. Много болот i* тундре.

В болотах добывают торф, который идет на отопление и Производство электроэнергии, а также используется как ii.m-Тистое удобрение. В нашей стране производится плановое осу шение болот, которые в результате превращаются в плодород ные сельскохозяйственные угодья.

Подземные воды

Подземными водами называются воды, находящиеся под поверхностью Земли в жидком, твердом и газообразном состоя­нии. Они скапливаются в порах, трещинах, пустотах горных пород.

Подземные воды образовались в результате просачивания воды, выпавшей на поверхность Земли, конденсации водяных паров, поступивших по порам из атмосферы, а также в резуль­тате образования водяных паров при остывании магмы на глу­бине и конденсации их в верхних слоях земной коры. Решаю­щее значение в образовании подземных вод имеют процессы просачивания воды с поверхности Земли. В отдельных зонах, например в песчаных пустынях, основную роль играют воды, поступившие из атмосферы в виде водяных паров.

Вода, испытывающая влияние силы тяжести, называете)! гравитационной. Ее движение обусловлено наклоном водоупор ного слоя.

Вода, удерживаемая молекулярными силами, называется пленочной. Молекулы воды, которые непосредственно соприк.-i саются с зернами пород, образуют гигроскопическую воду. Пле ночную и гигроскопическую воду можно удалить из породи только при прокаливании. Поэтому растения эту воду не могу! использовать.

Корневые системы растений усваивают капиллярную во (находящуюся в капиллярах почвы) и гравитационную.

Скорость движения грунтовых вод незначительна и завис от структуры горных пород. Различаются мелкозернистые пор ды (глины, суглинки), зернистые (пески), трещиноватые (" вестняки). Через пески по трещинам гравитационная вода б препятственно стекает со скоростью 0,5-2 м в сутки, в сугли" ках и лессах - 0,1-0,3 мм в сутки.

Соленость . Океанская вода по весу состоит на 96,5% из чистой воды и на 3,5% из растворенных в ней минеральных веществ, газов, микроэлементов, коллоидов и взвесей органического и неорга­нического происхождения. В состав морской воды входят все известные химические элементы. Больше всего в океанской воде натрия, т. е. поваренной соли NaCl (27,2 г на 1 л), поэтому вода Океана на вкус соленая. Затем следуют соли магния – MgCl (3,8 г на 1 л) и MgSO 4 (1,7 г на 1 л), придающие воде горький вкус. На все остальные элементы, среди которых и биоген­ные элементы (фосфор, азот и т. п.), и микроэлементы, приходится меньше 1%, т. е. их содержание ничтожно мало. Общее количество солей в Океане достигает 50 10 16 т. При осаждении эти соли могут покрыть дно Океана слоем примерно в 60 м, всю Землю слоем в 45 м, а сушу слоем в 153 м. Удивительная особенность океанской воды – постоянство солевого состава. Раствор может быть в разных частях Океана разной концентрации, но соотношение главнейших солей остается неизменным.

Средняя соленость Мирового океана 35‰. Наи­большую среднюю соленость имеет Атлантический океан – 35,4‰, наименьшую – Северный Ледовитый – 32‰. Отклонения от средней солености в ту и другую сторону вызываются главным образом изменениями в приходно-расходном балансе пресной воды. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность Океана, сток с суши, таяние льдов вызывают понижение солености; испа­рение, образование льда – наоборот, повышают ее. Так как изменения солености связаны в основном с прихо­дом и расходом пресной воды, они заметны только в поверхност­ном слое, непосредственно получающем атмосферные осадки и испаряющем воду, и в некотором слое под ним (до глубины 1500 м), определяемым глубиной перемешивания. Глубже соленость вод Мирового океана остается неизменной (34,7 – 34,9 ‰).

Соленость морской воды тесно связана с ее плотностью. Плотность воды Океана – отношение массы единицы ее объема при данной температуре к массе чистой воды того же объема при температуре + 4°С. Плотность воды Океана с увеличением солености всегда по­вышается, поскольку растет содержание веществ, имеющих боль­ший, чем вода, удельный вес. Увеличению плотности поверхност­ных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образова­ние льда. Нагревание, а также смешение соленой воды с водой атмосферных осадков или талой водой вызывают понижение плот­ности. На поверхности океана наблюдается изменение плотности в пределах от 0,9960 до 1,083. В открытом Океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к по­люсам в общем растет. С глубиной плотность воды в Океане уве­личивается.

Газы в воде Океана . Газы попадают в воду из атмосферы, выделяются при химических и биологических процессах, их приносят реки, они поступают при подводных извержениях. Перераспределение га­зов происходит посредством перемешивания. Способность океанской воды растворять газы зависит от ее тем­пературы, солености и гидростатического давления. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней раствориться. Растворены в воде прежде всего азот (63%), кислород (35%) и угле­кислый газ, а также сероводород, аммиак, метан и др.

Углекислый газ, как и кислород, лучше растворяется в холодной воде. Поэтому при по­вышении температуры вода отдает его атмосфере, при пониже­нии – поглощает. Днем, в связи с усиленным потреблением угле­кислого газа растениями, содержание его в воде уменьшается, ночью, наоборот, возрастает. В высоких широтах Океан поглощает углекислый газ, в низких – выделяет его в атмосферу. Обмен газами между Океаном и атмосферой – процесс непрерывный.

Давление. На каждый квадратный сантиметр поверхности Океана атмосфера давит приблизительно с силой 1 кг (одна атмосфера). То же давление на ту же площадь оказывает стол­бик воды высотой всего в 10,06 м. Таким образом, можно считать, что на каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Все процессы, происходящие на большой глубине, совершаются под сильным давлением, но это не препятствует развитию жизни в глубинах Океана.

Прозрачность. Лучистая энергия Солнца, прони­кая в толщу воды, рассеивается и поглощается. Степень рассеивания и поглощения солнечной энергии зависит от количества взвешенных частиц, содержащихся в воде. Наименьшая прозрачность наблюдается у берегов на мел­ководье, в связи с увеличением количества взвесей, вносимых реками, и взмучиванием грунта волнением. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона и при таянии льдов (лед всегда содержит примеси; кроме того, масса пузырьков воздуха, заключенных во льду, переходит в воду). Прозрачность воды увеличивается в местах подъема на поверх­ность глубинных вод.

Прозрачность выражается числом метров, т. е. глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром 30 см. Наибольшая прозрачность (67 м) наблюдалась в Центральной части Тихого океана, в Средизем­ном море – 60 м, в Индийском океане – 50 м. В Северном море она равна 23 м, в Балтийском – 13 м, в Белом – 9 м, в Азовском – 3 м.

Цвет воды океанов и морей. Толща чистой воды Океана в результате собирательного поглощения и рассеивания света имеет голубой или синий цвет. Присутствие планктона и неорга­нических взвесей отражается на цвете воды, и она приобретает зеленоватый оттенок. Большие количества органических примесей делают воду желтовато-зеленой, близ устья рек она может быть даже корич­невой.

В экваториальных и тропических широтах господствующий цвет воды Океана темно-голубой и даже синий. Такого цвета вода, например, в Бенгальском заливе, Аравийском море, южной части Китайского моря, Красном море. Синяя вода в Средизем­ном и Черном морях. В умерен­ных широтах во многих местах вода зеленоватая (особенно у берегов), заметно зеленеет она в районах таяния льдов. В по­лярных широтах зеленоватый цвет преобладает.

Свечение моря. Свечение морской воды со­здается организмами, испускающими «живой» свет. К таким ор­ганизмам относятся прежде всего светящиеся бактерии. В опресненных прибрежных водах, где распространены главным образом такие бактерии, свечение моря наблюдается в виде ровного молочного света. Свечение вызывается, кроме того, мелкими и мельчайшими простейшими организмами, из которых наиболее известна ночесветка (Noctiluca). Некоторые более крупные организмы (большие медузы, мшанки, рыбы, кольчатые черви и др.) также отличаются способ­ностью производить свет. Свечение моря представляет собой явление, распространенное по всему Мировому океану. Оно наблюдается только в морской воде и никогда не бывает в пресной.

Цветение моря представляет собой бурное развитие зоо- и фи­топланктона в поверхностных слоях моря. Массовые скопления этих организмов вызывают изменения в окраске поверхности моря в виде желтых, розовых, молочных, зеленых, красных, бурых и дру­гих полос и пятен.

Звукопроводность океанической воды в 5 раз больше, чем воздуха. В воздухе звуковая волна движется со скоростью 332 м/с, в пресной воде – 435 м/с, в океанической – 1500 м/с. Распространение звука в морской воде зависит от температуры, солености, давления, содержания газов, а также взвешенных при­месей органического и неорганического происхождения.

Температура воды Мирового Океана . Основной источник тепла, получаемого поверхностью Мирового океана – это прямая и рассеянная солнечная радиация. Дополнительным источником тепла могут служить речные воды. Часть поступившей солнечной радиации отражается водной поверхностью, часть излучается в атмосферу и межпланетное пространство. Большое количество тепла море теряет на испарение. Большая роль в распределении и изменении температуры вод океанов принадлежит материкам, господствующим вет­рам и особенно течениям.

Морские воды, соприкасаясь с атмосферой, обмениваются с ней теплом. Если вода теплее воздуха, то происходит отдача тепла в атмосферу, если же вода холоднее, она получает некоторое коли­чество тепла в процессе теплообмена.

Тепло, поступающее от Солнца, поглощается тонким поверхност­ным слоем и идет на нагревание воды, но благодаря малой тепло­проводности воды почти не передается на глубину. Проникновение тепла от поверхности к нижележащим слоям происходит главным образом путем вертикального перемешивания, а также за счет адвекции тепла глубинными течениями. В результате вер­тикального перемешивания в летнее время к поверхности под­нимаются более холодные воды и понижают температуру поверхностных слоев, а глубинные воды отепляются. В зимнее время, когда поверхностные воды охлаждены, с глубин в процессе верти­кального обмена происходит подток более теплых вод, задержи­вающих начало ледообразования.

Средняя годовая температура на поверхности Океана + 17,4°С, в то время как средняя годовая температура воздуха +14°С. Наиболее высокую среднюю температуру имеет поверхность Ти­хого океана, большая часть которой находится в низких широтах (+ 19,1°С), Индийского (+ 17,1°С), Атлантического (+ 16,9°С). Значительные изменения температуры происходят только в верхних слоях воды Океана мощностью 200 – 1000 м. Глубже температура не превышает + 4, + 5°С и изменяется очень мало. Благодаря большой теплоем­кости воды Океан является аккумулятором солнечного тепла на Земле.

Процесс ледообразования в морской и пресной воде происходит различно – пресная вода замерзает при темпера­туре 0°С (несколько ниже 0°С), а морская вода замерзает при разной температуре в за­висимости от солености. Образование льда в Океане начинается с возникновения прес­ных кристаллов, которые затем смерзаются. При этом в про­странстве между кристаллами льда остаются капельки крепкого рассола, поэтому при образовании лед соленый. Чем ниже температура, при кото­рой происходило льдообразование, тем солонее лед. Рассол постепенно стекает между кристаллами, поэтому с течением времени лед опресняется.

В высоких широтах северного полушария образовавшийся зи­мой лед не успевает растаять за лето, поэтому среди полярных льдов встречаются льды разного возраста – от однолетних до многолетних. Толщина однолетнего льда в Арктике достигает 2 – 2,5 м, в Антарктике 1 – 1,5 м. Многолетние льды имеют мощ­ность 3 – 5 м и более. В месте сжатия льдов их толщина дости­гает 40 м. Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55 млн. км 2 , в том числе 38 млн. км 2 в южном полушарии.

Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат всей Земли, на жизнь в Океане.

Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел.

Понятие о водных массах . Воды Мирового океана обладают весьма различными физическими и химическими свойствами. Большие объемы воды, сформированные в данных физико-географических условиях в опре­деленные отрезки времени и отличающиеся характерными физиче­скими, химическими и биологическими свойствами, называют водными массами.

Вод­ные массы формируются главным образом в поверхностных слоях Мирового океана под влиянием климатических условий, процессов термического и динамического взаимодействия океана и атмо­сферы. В формировании водных масс основная роль при­надлежит конвективному перемешиванию, которое, так же как и другие типы вертикального обмена, завершается образованием од­нородной водной массы. Течениями водные массы переносятся в другие районы, где, соприкасаясь с водами иного происхождения, трансформируются, особенно по периферии.

Движение вод океана

Вся масса океанских вод непрерывно движется. Это обеспечи­вает постоянное перемешивание воды, перераспределение тепла, солей и газов. Различают 3 вида движения: колебательные –волны, поступательные – океанические течения, смешанные – приливы и отливы.

Волны. Главная причина возникновения волн на поверхности Мирового океана – ветер. В отдельных случаях волны достигают высоты 18 м и длины до 1 км. С глубиной волны затухают.

При землетрясении, подводном извержении вулкана и подводных оползнях возникают сейсмические волны, распространяющиеся от эпицентра во все стороны и охватывающие всю толщу воды. Они называются цунами. Обычные цунами – волны, следующие друг за другом с периодичностью 20 – 60 минут со скоростью – 400 – 800 км/час. В открытом океане высота цунами не превышает 1 м. При подходе к берегу – на мелководье, цунами превращается в гигантскую волну до 15 – 30 м. Такие волны вызывают огромные разрушения. Цунами чаще других поражает восточные побережья Евразии, Японии, Новой Зеландии, Австралии, Филиппинские и Гавайский острова, юго-восточную часть Камчатки.

Океанические течения. Поступательные движения огромных масс воды называются течениями . Это горизонтальное перемещение воды на большие расстояния. Течения бывают ветровыми (или дрейфовыми), когда причиной является ветер, дующий в одном направлении. Сточные течения возникают в случае постоянного поднятия уровня воды, вызванного ее притоком или обильными атмосферными осадками. Например, Течение Гольфстрим вызвано повышением уровня воды в связи с притоком из соседнего Карибского моря. Компенсационные течения возмещают убыль воды в какой-либо части океана. Когда ветер постоянно дует с суши на море, он отгоняет поверхностные воды, на место которых поднимаются холодные воды из глубин. Плотностные течения – результат различной плотности воды на одной глубине. Их можно наблюдать в проливах, соединяющих моря с различной соленостью. Например, по проливу Босфор по дну из Средиземного моря в Черное идет более соленая и плотная вода, а навстречу этому потоку оп поверхности – более пресная.

Те­чения нарушают широтную зональность в распределении темпе­ратуры. Во всех трех океанах – Атлантическом, Индийском и Ти­хом – под влиянием течений возникают температурные аномалии: положительные аномалии связаны с переносом теплых вод от эква­тора в более высокие широты течениями, имеющими близкое к ме­ридиональному направление; отрицательные аномалии вызваны противоположно направленными (от высоких широт к экватору) холодными течениями. Течения оказывают влияние на распределение и других океа­нологических характеристик: солености, содержания кислорода, биогенных веществ, цвета, прозрачности и др. Распределение этих характеристик оказывает огромное влияние на развитие биологи­ческих процессов, растительный и животный мир морей и океа­нов.

Смешанные течения – приливы и отливы, возникающие в результате осевого вращения Земли и притяжения планеты Солнцем и Луной. В каждой точке поверхности Океана 2 раза в сутки наблюдается прилив и 2 раза – отлив. Высота приливной волны в открытом океане – около 1,5 м, а у берегов – зависит от их конфигурации. Самый высокий прилив в заливе Фанди у берегов Северной Америки в Атлантическом океане – 18 м.

Океан как среда жизни

В Мировом океане жизнь существует повсюду – в разных формах и разных проявлениях. По условиям существования в Океане выделяются две различные области: толща воды (пелагиаль) и дно (бенталь).Бенталь разделяется на прибрежную – литораль, имеющую глубины до 200 м, и глубинную – абиссаль. Абиссальная область представлена своеобразными организмами, приспособленными к обитанию в условиях низкой температуры, вы­сокого давления, отсутствия света и относительно малого содержа­ния кислорода.

Органический мир Океана состоит из трех групп: бентоса, планктона, нектона. Бентос – обитатели дна (растения, черви, моллюски), неспособные надолго подниматься в толщу воды. Планктон – обитатели водной толщи (бактерии, грибки, водоросли, простейшие и т. д.), не обладающие способностью активно перемещаться на большие расстояния. Нектон – обитатели вод, свободно проплывающие большие расстояния (киты, дельфины, рыбы).

Зеленые растения могут развиваться только там, где освеще­ние достаточно для фотосинтеза (до глубины не более 200 м). Большую часть массы живого вещества в Океане составляет фитопланктон, населяющий верхний 100-метровый слой воды. Средняя масса фитопланктона 1,7 млрд. т, годовая продукция 550 млрд. т. Самая распро­страненная форма фитопланктона – диатомовые водоросли, пред­ставленные 15 тыс. видов. Одна диатомовая водоросль за месяц способна дать 10 млн. экземпляров. Только потому, что фито­планктон быстро отмирает и поедается в больших количествах, он не заполнил Океан. Фитопланктон – начальное звено пищевой цепи в Океане. Места обильного развития фитопланк­тона – места повышенного плодородия в Океане, богатые жизнью вообще.

Распределение жизни в Океане очень неравномерно и имеет отчетливо выраженный зональный характер . В высоких широтах северного, полушария условия развития фитопланктона неблаго­приятные – сплошной ледяной покров, полярная ночь, низкое по­ложение Солнца над горизонтом летом, холодная (ниже 0°С) вода, слабая вертикальная циркуляция (следствие опресненности верх­него слоя воды), не обеспечивающая выноса питательных веществ с глубин. Летом появляются в полыньях некоторые холодолюбивые рыбы и питающиеся рыбой тюлени.

В субполярных широтах происходит сезонная миграция кромки полярных льдов. В холодную часть года в слое в не­сколько сотен метров вода интенсивно перемешивается (следствие охлаждения), обогащаясь кислородом и питательными солями. Весной и летом поступает много света, и, несмотря на сравни­тельно низкую температуру воды (результат затрат тепла на таяние), в ней развивается масса фитопланктона. Затем следует короткий период развития зоопланктона, питающегося фито­планктоном. В этот период в субполярной зоне скапливается множество рыбы (сельдь, треска, пикша, морской окунь и др.). Приходят на откорм киты, которых особенно много в южном полушарии.

В умеренных широтах обоих полушарий сильное перемешива­ние воды, достаточное количество тепла и света создают наибо­лее благоприятные условия для развития жизни. Это самые про­дуктивные зоны Океана. Максимальное развитие фитопланктона наблюдается весной. Он усваивает питательные вещества, коли­чество их уменьшается – начинается развитие зоопланктона. Осенью – второй максимум развития фитопланктона. Обилие зоо­планктона обусловливает обилие рыбы (сельдь, треска, анчоус, лосось, сардина, тунец, камбала, палтус, навага и т. д.).

В субтропических и тропических широтах вода на поверх­ности Океана имеет повышенную соленость, но из-за высокой температуры оказывается сравнительно легкой, что мешает пе­ремешиванию. Частицы, содержащие питательные вещества, не задерживаясь, опускаются на дно. Кислорода в 2 раза меньше, чем в умеренной зоне. Фитопланктон развивается сла6o, мало и зоопланктона. В субтропических широтах вода обладает наиболь­шей прозрачностью и интенсивным голубым цветом (цвет океан­ской пустыни). В теплой воде растут не связанные с дном бурые водоросли – саргассы, типичные для этой части Океана.

В экваториальных широтах на границе пассатных течений и экваториального противотечения происходит перемешивание воды, и поэтому она относительно богата питательными солями и кислородом. Планктона здесь значительно больше, чем в соседних широтах, хотя и не так много, как на северной окраине уме­ренной зоны.

Теплая вода содержит мало углекислого газа и поэтому плохо растворяет углекислый кальций, который содержится в ней в изо­билии и легко усваивается растениями и животными. В резуль­тате раковины и скелеты животных приобретают массивность и прочность, а после отмирания организмов образуются мощные толщи карбонатовых отложений, коралловые рифы и острова, столь характерные для низких широт.

Широтная зональность распределения жизни в верхних слоях Океана, хорошо выраженная в его открытой части, нарушается на окраине под влиянием ветров и течений.

Температура морской воды. В поверхностном слое морей и океанов температура воды во многом зависит от климатических условий местности. В тропиках она значительно выше, чем в умеренных и полярных широтах. Но начиная с некоторой глубины колебания температуры морской воды, обусловленные климатическими условиями, исчезают, и далее с глубиной температура неуклонно понижается. Многочисленные замеры позволили определить среднегодовую температуру воды у поверхности отдельных океанов и Мирового океана в целом. Для Мирового океана она оказалась равной 17,4°С, что почти на 3°С выше температуры нижних слоев атмосферы.

Температура воды в придонных слоях Мирового океана, по данным многочисленных замеров, понижается до 3°С, а в глубоководных впадинах может быть ниже нуля, так как температура замерзания воды из-за наличия в ней солей понижается. Так, в придонных слоях глубоководных впадин температура воды понижается до -2 °С. Температура, воды Северного Ледовитого океана до глубины 350-450 м резко повышается до 0,5-1°С, при дальнейшем росте глубины она неуклонно понижается и уже на глубине 1500 м достигает -1°С.

На температуру морских вод значительное влияние оказывают морские течения, которые могут повысить или понизить среднюю температуру бассейна. Резкое различие температуры морской воды высоких широт и тропических областей обусловливает циркуляцию и постоянное перемешивание вод Мирового океана.

Давление и плотность морской воды. Давление в морях и океанах возрастает пропорционально глубине. На каждые 100 м глубины оно увеличивается примерно на 1 МПа, достигая наибольшей величины в глубоководных впадинах. Расчет давления р для конкретных глубин производится по формуле р = Нg/100, где Н - глубина, для которой производится расчет; g - плотность морской воды.

Обычно плотность морской воды при расчетах невысокой точности принимают равной единице; фактически она изменяется в небольших пределах (1,0275-1,022 г/см 3) и зависит от колебаний температуры и содержания растворенных солей.

Химический состав вод. Морская вода содержит в растворенном виде значительное количество различных солей. Их содержание в 1 л морской воды измеряют в промилле (0 / 00), составляющих 0,1 %. Средняя соленость морской воды, равная 3,5% (35 0 / 00), называется нормальной . Различают абсолютную соленость, т. е. количество растворенных солей, и солевой состав воды, т. е. соотношения между содержанием растворенных солей. В водах с нормальной соленостью подавляющая часть растворенного вещества приходится на долю хлористого натрия (78,32 %) и хлористого магния (9,44 %). Сульфаты, представленные MgSO 4 , CaSO 4 , K 2 SO 4 , составляют всего 11,94 %, на долю всех других солей приходится 0,3 %. В морской воде помимо перечисленных солей присутствуют йод, фтор, фосфор, цинк, свинец и другие элементы. Поскольку воды Мирового океана постоянно перемешиваются, их средняя соленость остается неизменной. Что касается вод некоторых обособленных морей, то на их соленость влияют многие факторы, главными из которых следует считать климатические условия, речной сток, газовый режим и т. д. В результате соленость вод таких морей значительно отличаетсяотнормальной. Чем больше изоляция морского бассейна, тем зна­чительнее это отличие. При этом может измениться не только абсолютная соленость, но и солевой состав вод. О масштабах отклонения можно судить по данным табл. 3.

Таблица 3

Естественно, что вблизи устьев рек морская вода имеет пониженную соленость. В других случаях, например в Средиземном море, в результате испарения понижается уровень воды и увеличиваются ее соленость и плотность. В связи с этим в Средиземное море направляются поверхностные течения через пролив Дарданеллы из Мраморного и Черного морей, где испарение компенси­руется притоком речных вод. Такой же обмен водами происходит между Красным морем, воды которого характеризуются резко повышенной соленостью (45 0 / 00), и Индийским океаном, а также между относительно пресноводным Балтийским морем и Северным. Менее соленые воды имеют меньшую плотность и распространяются над более солеными и тяжелыми, поэтому поверхностные течения всегда движутся к областям с большей соленостью, а придонные течения - в противоположном направлении.

Растворимость солей, а следовательно, и соленость вод увеличиваются с повышением температуры. Поэтому в полярных областях в поверхностном слое с низкой температурой соленость минимальная, а замерзающий лед практически пресный.

Газовый режим морей и океанов. В воде современных морей растворены кислород, азот, углекислый газ, иногда сероводород в сочетании с азотом и углекислым газом. Бассейны, в водах которых растворен кислород, обладают нормальным газовым режимом; при наличии сероводорода развивается аномальный газовый режим, или сероводородное заражение. Газовый режим морских бассейнов зависит от многих факторов, главными из которых являются температура морских вод и их вертикальное перемешивание. Газовый режим, в свою очередь, определяет характер органического мира бассейна и существенно влияет на процессы осадконакопления. Наибольшее геологическое значение имеют кислород и углекислый газ, обладающие большой химической активностью. Кислород играет основную роль в жизнедеятельности морских организмов. Он поступает в воды бассейна как из атмосферы, так и за счет фотосинтезирующей деятельности водорослей. Количественно в морской воде преобладает углекислый газ, которого здесь во много раз больше, чем других газов атмосферы. Действительно, в 1 л поверхностного слоя морской воды растворено 50 мл углекислого газа, 13 мл азота, 2-8 мл кислорода и небольшое количество аргона и других газов. Таким образом, в водах Мирового океана растворено около 140 трлн.т углекислоты, что в 60 раз больше ее количества, содержащегося в атмосфере. Объясняется это повышенной растворимостью углекислого газа в морской воде. Кислорода в воде растворено всего 8 трлн. т, т. е. в 130 раз меньше, чем содержится в атмосфере.

Растворение газов в морской воде - процесс обратимый. При этом устанавливается динамическое равновесие между количеством газов, поступивших из атмосферы в морские воды и выделившихся из них. Растворимость газов зависит от температуры воды. При ее повышении образуется избыток газов и последние могут выделиться в атмосферу.

Особенно важную геологическую роль играют изменения растворимости углекислого газа. В полярных областях с низкой температурой она особенно высока и воды здесь обычно недонасыщены углекислотой. В экваториальной зоне, наоборот, мор­ская вода перенасыщена углекислотой. Перемешивание вод приводит к возникновению циркуляции СО 2 в атмосфере: в экваториальных широтах углекислота выделяется в атмосферу из воды, а в полярных областях интенсивно поглощается водой.

Изменяется содержание СО 2 и по разрезу вод океана. В нижних, холодных его слоях образуется избыток СО 2 и возникает растворимый бикарбонат кальция Са(НСО 3) 2 . В верхних, прогретых слоях растворимость углекислоты падает и избыток ее выделяется в атмосферу. Кроме того, часть СО 2 поглощается фотосинтезирующими водорослями. Создающийся дефицит СО 2 приводит к образованию нерастворимого карбоната кальция СаСО 3 и выпадению его в осадок.

Однако, если глубина моря превышает 4-4,5 км, то нерастворимый карбонат в нижних слоях океана снова превратится в растворимый бикарбонат. Таким образом, на глубине 4-4,5 км расположен так называемый уровень карбонатной компенсации. Если дно океана выше этого уровня, то происходит активное накопление карбонатов и захоронение углерода в коре, если же океан глубже, то формирования карбонатных осадков не происходит.

Органический мир Мирового океана. В геологической деятельности моря принимают участие многочисленные животные и растительные организмы, в изобилии населяющие морские и океанические водоемы. После гибели организмов их скелетные остатки в дальнейшем преобразуются в органогенные горные порода.

Состав и строение огромной массы обитающих в морях растительных и животных организмов в значительной мере зависят от среды обитания, т. е. от таких факторов, как глубина моря, температура, соленость, давление, глубина проникновения света, динамика морской воды и т.д. Даже незначительное, изменение хотя бы одного из этих факторов часто приводит к массовой гибели животных и растений, населяющих участок морского бассейна. Этим и объясняется тот факт, что к определенным областям моря приурочены приспособившиеся к обитанию в них сообщества (биоценозы) животных и растений. Весь органический мир морских бассейнов подразделяется на три основные группы: бентос, планктон и нектон.

К бентосу относят большую группу животных и растений, обитающих на дне морей и океанов. Одна их часть прирастает ко дну, другая передвигается на небольшие расстояния. В первом случае бентос называют прикрепленным, во втором - неприкрепленным, или подвижным. Донное население больших глубин в отличие от бентоса мелководных прибрежных частей моря называется абиссальным бентосом. К прикрепленному бентосу относятся морские лилии, кораллы, губки, мшанки и др., к подвижному бентосу - гастроподы, морские ежи, морские звезды и др.

К группе планктона принадлежат все организмы, пассивно плавающие, т. е. переносимые волнами и морскими те­чениями. Среда обитания планктона - вся толща морской воды, Планктонными формами являются мелкие одноклеточные животные (фораминиферы, радиолярии), а также некоторые растения (диатомеи и другие водоросли). Фораминиферы и радиолярии обитают в основном в океанических водах тропических и средних широт, диатомеи - в холодных околополярных морях. Планктон составляет основную часть органической массы, населяющей Мировой океан.

Все активно плавающие животные относятся к группе нектона . В эту группу входят разнообразные виды рыб и многие представители морских беспозвоночных.

Основное геологическое значение среди перечисленных групп морских организмов имеют бентос и планктон. Ввиду массовости распространения многие представители этих групп играют ведущую роль в процессах осадконакопления и являются породообразующими организмами.