Табл. 7. – Средняя величина солёности на поверхности океана
| Широта | 80°–60° с. ш | 60–50 | 50–40 | 40–30 | 30–20 | 20–10 | 10–0 | 0°–10° ю. ш | 10–20 | 20–30 | 30–40 | 40–50 | 50–60 | 70° с. ш. – 60° ю. ш. |
| Солёность, ‰' | 32,87 | 33,03 | 33,91 | 35,30 | 35,71 | 34,95 | 34,58 | 35,16 | 35,52 | 35,71 | 35,25 | 34,34 | 33,95 | 34,89 |
Циркуляция вод О. обусловливается целым рядом факторов (см. ). Под влиянием атмосферной циркуляции поверхностные течения до глубины 150-200 мобразуют антициклональные круговороты в субтропических и тропических широтах и циклональные - в умеренных и высоких широтах. Первые из них образуются в тропических широтах мощными потоками пассатных течений, развивающихся под влиянием северо-восточных и юго-восточных пассатов. Эти течения пересекают О. с В. на 3. У восточных берегов материков они отклоняются к С. и Ю. соответственно в Северных и Южных полушариях и движутся вдоль материков приблизительно до широт 40-45°. Здесь под влиянием западных ветров поверхностные течения отклоняются на В. и вновь пересекают О., образуя в Южном полушарии непрерывный поток поверхностных вод - течение Западных Ветров, а в Северном полушарии - мощные Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения. У западных берегов материков от восточных поверхностных течений отклоняются ветви в сторону экватора, где они сливаются с пассатными течениями и замыкают субтропические антициклональные круговороты. В Северном полушарии восточные поверхностные течения отклоняются в более высокие широты, отделяя ветви в западном направлении. Эти ветви соединяются с поверхностными течениями, следующими из высоких широт в умеренные вдоль восточных берегов материков и замыкающими циклональные круговороты. В высоких южных широтах близ Антарктиды существует течение, направленное с В. на 3., между ним и восточным течением умеренных широт также образуются циклональные круговороты, обусловленные общей циклональной циркуляцией атмосферы в этих широтах. Системы течений Северного и Южного полушарий у экватора разделяются зоной межпассатных (экваториальных) противотечений (см. ), движущихся с З. на В. Межпассатные противотечения имеют сезонный характер и только в Тихом океане существуют круглый год. В муссонных областях О. течения меняются по сезонам (северая часть Индийского океана и северо-западная часть Тихого океана). Перенос в указанных системах циркуляций вод из низких широт в высокие и из высоких в низкие определяет наличие в О. тёплых и холодных течений, отличающихся по своим температурам от окружающих вод. Особенно ярко выражены системы тёплых течений и в северных частях Атлантического и Тихого океанов и холодные течения Лабрадорское, Бенгельское, Курильское, Перуанское и др. На глубине более 150-200 мциркуляция вод определяется главным образом разностями плотностей воды в толще О. Последние создаются тем, что погружающиеся с поверхности О. в зонах сходимости течений (конвергенции зона) и в результате зимнего охлаждения и сползания по материковому склону воды обладают различными температурными и солёностными характеристиками, соответствующими географической широте места их погружения. На глубине до 1000-1500 мпогрузившиеся воды совершают, по-видимому, циркуляцию, подобную поверхностной. Но в ряде районов на эту циркуляцию накладываются мощные противотечения (например, подповерхностные течения Ломоносова и Кромвелла, которые развиваются в экваториальных широтах Атлантического и Тихого океанов). На больших глубинах в направлении течений преобладает меридиональная составляющая, что обусловливает водообмен между северными и южными частями О. Глубинные воды возвращаются на поверхность О. в зонах расхождения поверхностных течений (см. ) и в областях сгона поверхностных вод, таких как циклональные круговороты. Т. о. происходит постоянное обновление вод на всех глубинах О. и перенос их гидрологических и гидрохимических характеристик от поверхности ко дну и обратно.
Волны. Помимо горизонтального и вертикального движений масс воды, для динамического состояния О. характерны волновые движения, вызываемые ветром, приливами и землетрясениями (см. ). Ветровые волны наблюдаются только в верхнем слое О. до глубины в среднем 50-60 м, их высота 12-13 ми более. Преобладающая высота океанских волн в умеренных широтах около 4 м, в тропических - 1,5 м. Приливные и сейсмические, т. н. , волны охватывают всю толщу воды О. Приливные волны существуют в О. постоянно. В О. наблюдаются также внутренние волны, возникающие на поверхности раздела слоев воды с различной плотностью. Высота внутренних волн достигает нескольких десятков м. Если верхний слой тонок и разница плотностей этого слоя и нижележащего слоя велика, то создаётся явление «мёртвой воды», затрудняющей плавание, особенно парусных судов.
Приливы. Исключительную роль в режиме О. играют приливные явления (см. ) в виде регулярных, почти периодических колебаний уровня воды, а также в виде приливных течений. Преобладают приливы полусуточного периода. Величина их в открытом О. не более 1 м, но у берегов достигает 3-6 м. Большие величины приливов характерны для побережий океанских заливов и окраинных морей: в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады) до 18 м. В некоторых районах (западная часть Мексиканского залива, Яванское море и др.) приливы суточные, величина их до 5,9 м(Охотское море). В др. районах наблюдаются смешанные приливы (неправильные полусуточные или суточные) высотой до 12, 9 м(Пенжинский залив Охотского моря). Приливные течения имеют особенно большое значение в узкостях, где могут достигать больших скоростей (свыше 7 м/сек).
Перемешивание. Воды О. подвергаются перемешиванию, посредством которого происходит передача от слоя к слою гидрологических и гидрохимических характеристик и их выравнивание. Процессы эти действуют как в вертикальном, так и в горизонтальном (боковое перемешивание) направлениях. Перемешивание делится на типы: молекулярное и турбулентное, в котором выделяются разновидности - фрикционное (вызванное силой трения слоев при их движении относительно друг друга) и конвективное. Фрикционное перемешивание проявляется главным образом в форме ветрового и приливного. Ветровое перемешивание проникает на глубину распространения ветровых волн, приливное охватывает всю толщу воды до дна О. В отличие от ветрового перемешивания, развивающегося эпизодически, приливное перемешивание осуществляется с более или менее правильной периодичностью. Конвективное, или плотностное, перемешивание связано с нарушением плотностной стратификации слоев воды при увеличении плотности вышележащего или уменьшении плотности нижележащего слоя, что обусловливается понижением температуры и повышением солёности в первом случае или повышением температуры во втором случае. Наиболее важное значение имеет конвекция, развивающаяся при зимнем охлаждении поверхности О. (зимняя вертикальная циркуляция), когда она охватывает мощный слой воды и в отдельных замкнутых морях с большой солёностью воды распространяется до дна (Красное море, Средиземное море). При перемешивании вод различных температур и солёностей происходит увеличение плотности смеси, что весьма важно для режима О. При этом основное значение имеют разности температур и их абсолютного значения. Чем ниже температура вод и чем больше их температурные различия, тем больше уплотнение и тем большие глубины охватываются перемешиванием. В результате уплотнения при перемешивании в зонах сходимости поверхности течений с различными температурными и солёностными характеристиками происходит погружение поверхностных вод на глубины О.
Значение перемешивания в жизни О. огромно. Благодаря ему солнечное тепло, поглощаемое тонким поверхностным слоем, распространяется в глубину, выравнивается солёность морских вод, глубинные и придонные воды получают кислород, а поверхностные обогащаются питательными (биогенными) веществами, накапливающимися в глубинных водах. Районы О. с небольшими глубинами и интенсивным перемешиванием наиболее богаты в промысловом отношении (моря Баренцево, Северное, Азовское, район о. Ньюфаундленд и др.).
Уровень О., особенно у берегов, непрерывно колеблется под влиянием приливов, изменений атмосферного давления, берегового стока, плотности морской воды и сгонно-нагонных ветров. Соответственно колебания уровня имеют периодический и непериодический характер. Периодические колебания, связанные с приливами, имеют полусуточный или суточный период и достигают большой величины. Изменения уровня, вызванные изменениями атм. давления и др. длительно действующими факторами, носят сезонный характер. В некоторых замкнутых морях (Чёрное, Азовское, Балтийское) эти колебания превышают приливные. Непериодические изменения уровня вызываются сгонно-нагонными ветрами и имеют величину 1-3 м. В сочетании с приливным поднятием уровня нагонный уровень может достигать большой высоты и иногда приводит к катастрофическим наводнениям на берегах О. (например, наводнения на берегах Северного моря). Существуют также вековые колебания уровня О., связанные с колебательными движениями земной коры и колебаниями объёма Мирового океана.
Лёд в О. образуется в высоких и умеренных широтах (см. также ). В высоких широтах, вследствие малого количества солнечного тепла, льды сохраняются по несколько лет. Эти многолетние льды ( ) выносятся течениями и ветрами в умеренные широты, где тают. Наибольшей толщины (3-5 м) пак достигает в Арктике. В умеренных широтах образуется однолетний лёд, главным образом в морях с суровыми зимними условиями. Кроме морских льдов, в О. встречаются огромные массы материковых льдов - айсберги, отрывающиеся главным образом от ледников Антарктиды, Гренландии, Шпицбергена и некоторых др. полярных островов. Наиболее распространены они в Антарктике и северо-западной части Атлантического океана.
Цвет и прозрачность воды О. определяются её избирательной способностью поглощать и рассеивать световые лучи и зависят от условий освещения поверхности О., изменения спектрального состава и ослабления светового потока. При большой прозрачности вода приобретает интенсивный синий цвет, который характерен для открытого О. При наличии значительного количества взвешенных частиц, сильно рассеивающих свет, вода имеет сине-зелёный или зелёный цвет, характерный для прибрежных районов и некоторых замкнутых морей. В местах впадения крупных рек, несущих большое количество взвешенных частиц, цвет воды принимает жёлтые и коричневые оттенки. Максимальная величина относительной прозрачности (66 м), определяемая по глубине исчезновения белого диска диаметром 30 см, отмечена в Саргассовом море (Атлантический океан); в Индийском океане она составляет 40-50 м, в Тихом океане 59 м. В общем, в открытой части О. прозрачность уменьшается от экватора к полюсам, но и в полярных районах она может быть значительной. Особое явление, распространённое по всему О., представляет собой .
Зональность. Распределение энергии Солнца в О. неоднородно и подчиняется закону зональности.
Широтная зональность охватывает слой воды толщиной 150-200 м. В соответствии с этим в О., как и на суше, выделяются полярные, субполярные, умеренные, субтропические, тропические и экваториальные пояса (см. ). Границы между ними во многих случаях отчётливо выражены в виде фронтов (зон конвергенции), на которых резко меняются свойства и динамика вод, например фронт Куросио в Тихом океане и фронт Гольфстрима в Атлантическом океане, Антарктический фронт, южный субтропический фронт.
Вертикальная зональность проявляется в последовательной смене поверхностных, подповерхностных, промежуточных, глубинных и придонных водных масс. Поверхностные водные массы отличаются наиболее интенсивным развитием процессов, обусловленных активным обменом энергии и вещества с атмосферой. Толщина их в среднем 150-200 м. Подповерхностные водные массы располагаются на глубине 200-500 ми в низких и умеренных широтах характеризуются повышенной солёностью, а в низких широтах - повышенной температурой. Промежуточные водные массы довольно сильно отличаются от выше- и нижележащих вод: в полярных широтах - своей повышенной температурой, а в умеренных и тропических - пониженной солёностью и минимальным содержанием кислорода. Нижняя граница их располагается в разных частях О. на глубине от 1000 до 1500 м.
Глубинные водные массы получили наибольшее развитие по вертикали. Нижняя их граница прослеживается на глубине 3000-3500 м. При большой однородности свойств глубинных вод в О. выделяются 4-5 различных типов вод, отличающихся друг от друга особенностями формирования и главным образом солёностными и кислородными характеристиками.
Придонные водные массы занимают наиболее глубокие части О., перемещаясь от районов полюсов по котловинам и соединяющим их подводным понижениям. В среднем толщина придонных вод 1000-1500 м, в глубоководных желобах (впадинах) - более 6000 м. Наибольшее распространение в О. имеют придонные антарктические воды, обладающие низкой температурой и относительно богатые кислородом. В Атлантическом океане они распространяются вплоть до 40° с. ш., в Тихом океане вплоть до экватора, а местами до 10-20° с. ш.
VI. Растительный и животный мир
Живые организмы населяют О. от поверхности до наибольших глубин (см. , ). По типам местообитаний различают пелагические организмы, населяющие толщу воды (пассивно плавающие - и активно плавающие - ), и организмы, населяющие дно О. ( ). Из растительных организмов только бактерии и некоторые низшие грибы встречаются в О. повсеместно. Бактерии играют большую роль в биологическом, химическом и геологическом процессах в О. Они участвуют в круговороте веществ, обусловливают окислительно-восстановительные процессы, усваивают содержащиеся в воде и донных осадках органические вещества, которые т. о. становятся пригодными для использования животными, и т.д. Остальные растительные организмы населяют только верхний освещенный слой О. (главным образом до глубины около 50-100 м), в котором может осуществляться фотосинтез. Фотосинтезирующие растения создают в О. первичную продукцию, за счёт которой существует всё остальное население О. (см. ). В О. обитает около 10 тыс. видов растений. В фитопланктоне преобладают диатомовые водоросли, перидинеи и кокколитофориды из жгутиковых. Донные растения (фитобентос) включают главным образом диатомовые, зелёные, бурые и красные водоросли, а также неск. видов травянистых цветковых растений (например, зостера).
Животный мир О. ещё более разнообразен. В О. обитают представители почти всех классов современных свободноживущих животных, а многие классы известны только из О. Фауна О. включает более 160 тыс. видов: около 15 тыс. простейших (главным образом радиолярии, фораминиферы, инфузории), 5 тыс. губок, около 9 тыс. кишечнополостных, более 7 тыс. различных червей, 80 тыс. моллюсков, более 20 тыс. ракообразных, 6 тыс. иглокожих и менее многочисленные представителей ряда др. групп беспозвоночных (мшанок, брахиопод, погонофор, оболочниковых и некоторых др.), около 16 тыс. рыб. Из позвоночных животных в О., кроме рыб, обитают некоторые черепахи и змеи (около 50 видов) и более 100 видов млекопитающих, главным образом китообразных и ластоногих. Постоянно связана с О. жизнь некоторых птиц (пингвинов, альбатросов, чаек и др. - около 240 видов).
Наибольшее видовое разнообразие животных характерно для тропических районов. Донная фауна особенно разнообразна на мелководных коралловых рифах. По мере увеличения глубины разнообразие жизни в О. убывает. На самых больших глубинах (более 9000-10000 м) обитают лишь бактерии и несколько десятков видов беспозвоночных животных.
Количественное развитие жизни очень различно в разных районах О. Количество фитопланктона зависит от обилия в поверхностных слоях биогенных элементов, главным образом соединений азота, фосфора, кремния. Поскольку этими веществами богаты глубинные воды О., для развития фитопланктона особенно благоприятны районы интенсивной вертикальной циркуляции и подъёма глубинных вод. К таким районам относятся зоны фронтов, т. е. соприкосновения холодных и тёплых течений (например, Гольфстрима и Лабрадорского, Куросио и Оясио), зоны дивергенций (например, экваториальная), районы постоянных сгонных ветров вблизи берегов и др. В районах, богатых фитопланктоном, наиболее велико и количество питающегося им зоопланктона и нектонных животных, которые поедают зоопланктон.
Наибольшее количественное развитие донного населения свойственно прибрежным мелководным районам умеренных областей О. (до несколько десятков кгфито- и зообентоса на 1 м 2дна). Донное население больших глубин существует за счёт органических остатков, оседающих из поверхностных слоев и сносимых с прибрежных мелководий. Поэтому более богаты жизнью глубины вблизи материков и в районах наиболее обильного развития жизни в поверхностных слоях. Обширные пространства удалённых от берегов тропических районов О. (олиготрофные области) бедны жизнью как в пелагиали, так и на дне.
Условия существования в О. неоднородны на разных глубинах. С глубиной быстро уменьшается освещённость, понижается температура, возрастает гидростатическое давление, уменьшается количество пищи и т.д. Всё это обусловливает существование в О. вертикальной биологической зональности (см. рис. ). По распределению жизни на дне О. выделяют следующие зоны: (приливо-отливная зона), (до 200 м), нижнюю её часть иногда выделяют в качестве особой зоны - элиторали, (до 2500-3000 м), (до 6000 м), ультраабиссаль, или хадаль (глубже 6000 м). Пограничные между этими зонами глубины выделяют как переходные горизонты. Вертикальная зональность населения толщи воды О. выражена менее четко вследствие способности многих пелагических животных совершать значительные вертикальные миграции. Обычно различают: поверхностную зону, или эпипелагиаль (до 150-200 м), переходную, или мезопелагиаль (до 750-1000 м), и глубоководную. Последняя подразделяется на батипелагиаль (до 2500-3000 м), абиссопелагиаль (до 6000 м) и ультраабиссаль (глубже 6000 м). О географическом распределении жизни в О. см. .
Известковые и кремнёвые скелеты организмов - важнейший компонент донных осадков О. Многие морские организмы служат объектом промысла и используются в качестве пищи или технического сырья.
VII. Биологические ресурсы
О. - источник крупных биологических ресурсов. Он даёт 12-15% белков животного происхождения и 3-4% животных жиров общемирового потребления. Мировой улов рыбы и др. морепродуктов (кроме млекопитающих) в 1971 составил 59,9 млн. т(в 1965 - 45,6, в 1970 - 60,6 млн. т). На моря и океаны приходится свыше 4/ 5общего мирового улова. Активное рыболовство охватывает всё новые районы О. До 1939 свыше 83% мирового улова падало на зону к С. от 20° с. ш., в 1970 она дала только 40%. В 1971 на Тихий океан приходилось 56% улова, на Атлантический океан - 39% и на Индийский океан - 5%. Наибольший удельный вес в промысле морских продуктов имеет рыба - около 90%, на различных моллюсков приходится около 5%, на ракообразных около 3%, на водные растения около 1,5%. Предметом промысла служат также морские млекопитающие (киты, тюлени и др.), вылов которых в 1970 превысил 540 тыс. т. Мировой морской промысел охватывает около 25% акватории О., основные промысловые районы расположены в пределах шельфа. В 1971 наибольшие уловы имели (в млн. т): Перу 10,6 (в 1972-73 добыча упала); Япония 9,9; СССР 7,3; Норвегия 3,1; США 2,8; Индия 1,8; Таиланд 1,6; Испания 1,5; Дания 1,4; Канада 1,3; Индонезия 1,25; ЮАР 1,1; Исландия 0,7. В связи с быстрым ростом освоения биологических ресурсов О. и применением мощной техники возникла опасность, что нерегулируемое и нерациональное использование биологических ресурсов О. приведёт к уменьшению их запасов или к невосстановимым потерям. В связи с необходимостью наиболее рационального освоения ресурсов животного и растительного мира О. встал вопрос о международном сотрудничестве в этой области, в частности об охране тех или иных обитателей О. Всё большую роль призвано играть осуществление искусственного воспроизводства наиболее цепных пород морских животных и растений.
VIII. История развития знаний об океане
Первые сведения об О. накапливались параллельно с расширением географических познаний о Земле. Уже в глубокой древности финикияне, египтяне, греки, китайцы и др. народы, населяющие берега О., имели правильное представление о некоторых наблюдаемых в нём явлениях. Аристотель высказал мысль о единстве Мирового океана, указывал на существование течений в проливах Керченском, Босфоре, Дарданеллах. Дальнейшее развитие знаний об О. связано с крупными географическими открытиями конца 15 - начала 16 вв., в первую очередь с именами Васко да Гама, Колумба, Магеллана. После эпохи Великих географических открытий началось быстрое развитие изучения О. В 1650 голландский географ Б. Варениус впервые предложил выделить пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый. В 1845 Лондонское географическое общество подтвердило то же деление. В последующем некоторые учёные (О. Крюммель, Германия, 1878; Ю. М. Шокальский, Россия, 1917) предложили выделить только 3 океана: Тихий, Атлантический и Индийский, считая Северный Ледовитый морем Атлантического океана. Комплексное изучение Арктического бассейна привело к тому, что в 1935 в Советском Союзе было узаконено выделение Северного Ледовитого океана как самостоятельного.
В 1664 А. Кирхер (Германия) составил первую карту морских течений, основанную на результатах наблюдений мореплавателей. В 1725 Л. Марсильи (Италия) дал первое описание грунтов дна как осадочных пород, выполнил ряд измерений температуры воды на различных глубинах в Средиземном море. В 1749 капитан Эллис впервые измерил температуру на больших глубинах (до 1630 м) у северо-западных берегов Африки. В 1770 Б. Франклин (Великобритания) составил первую карту Гольфстрима, обосновал главную причину образования морских течений (ветер). Огромное значение имело создание в 1687 И. Ньютоном (Великобритания) теории приливов в О., развитой в 1740 Д. Бернулли (Швейцария) и в 1799-1825 П. С. Лапласом (Франция). В это же время начала разрабатываться теория волн (Ньютон, 1726; Лаплас, 1776; Лагранж, 1786; Герстнер, 1802, и др.).
В начале 19 в. важное значение имели: изобретение русскими учёными Э. Ленцем и Е. Парротом батометра и глубомера, а также их опыты (1832), показывающие влияние давления на температуру воды; изобретение в 1854 Дж. М. Бруком (США) с отделяющимся грузом и для сбора образцов грунта и донных живых организмов.
Огромную роль сыграла первая русская кругосветная экспедиция И. Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского на корветах «Надежда» и «Нева» (1803-06), во время которой проводились измерения температуры воды на больших глубинах О., наблюдения над уд. весом, течениями, цветом воды, биологические исследования и измерения глубин. Не меньшее значение имели плавания на корвете «Предприятие» (1823-26) с участием Э. Ленца, положившего начало точным измерениям в О., и на «Бигле» с участием Ч. Дарвина (Великобритания), которым были выполнены широкие биологические исследования. Особо следует упомянуть об экспедиции Ф. Ф. Беллинсгаузена и М. П. Лазарева в 1819-21 на корветах «Восток» и «Мирный», открывшей берега Антарктиды и внёсшей большой вклад в изучение антарктических льдов (их классификация и физико-химические свойства). К этому же периоду относится организация первых береговых пунктов наблюдений; большое значение имело изобретение в 1839 русским мореплавателем Ф. П. Литке приливомера для измерения уровня моря и установка его на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов. В 1819 Марсе (Франция) установил температуру воды наибольшей плотности, а в 1837 С. Депре (Бельгия) определил также точку замерзания и показал, что обе температуры зависят от солёности воды. В 1842 Дж. Эри (Великобритания) развил теорию приливов. В 1862 У. Фруд (Великобритания) провёл многочисленные исследования морских волн с помощью предложенной им вехи (веха Фруда). В 1840-50 М. Ф. Мори (США) составил несколько карт течений для издаваемых им лоций. В 1845 Э. Ленц предложил первую схему вертикальной циркуляции вод океана. В 50-х гг. 19 в. М. Ф. Мори построил первую карту рельефа дна северной части Атлантического океана, в 1872 Дж. Приствич (Великобритания) дал первую характеристику температурной стратификации океанов. В 1865 Г. Форххаммер (Дания) установил постоянство химического состава морской воды. В 1868-70 У. Б. Карпентер и У. Томсон (Великобритания) провели опыты по химическому анализу вод океана и анализу содержащихся в них газов. В этот период началось научное изучение населяющих О. живых организмов, было установлено, что они обитают не только в поверхностном слое воды, но и в её толще. В 1851 Д. В. Балей (США) установил, что органическая часть грунта состоит из остатков отмерших организмов (диатомовых, радиолярий и др.).