Мировой океан.
10. Температура в
океане.
© Владимир Каланов,
"Знания-сила".
Часто можно слышать выражения «тёплое море» или «холодное,
студёное море». Если иметь в виду только температуру воды, то оказывается, что
разница между тёплым и холодным морем совершенно незначительна и касается она
только верхнего, относительно тонкого слоя воды. Поэтому упомянутые выражения
можно воспринимать только как литературный образ, как привычный речевой штамп.
Мировой океан в целом – это
колоссальное хранилище холодной воды, сверху которого, да и то не везде,
находится небольшой по толщине слой чуть более тёплой воды. Вода
теплее 10 градусов составляет всего около 8 процентов общих водных запасов
Мирового океана. Этот тёплый слой в среднем достигает толщины не более 100
метров. Под ним на больших глубинах температура воды находится в пределах от
одного до четырёх градусов по Цельсию. Такую температуру имеют 75% океанской
воды. В глубоководных желобах, а также в поверхностных слоях приполярных
областей вода имеет ещё более низкую температуру.
Температурный режим океана отличается исключительной
устойчивостью. Если в глобальном масштабе абсолютная разница температур воздуха
достигает 150°C , то разница между максимальной и минимальной
поверхностной температуры воды в океане в среднем на порядок меньше.
В абсолютных величинах эта разница в различных районах
Мирового океана составляет от 4-5°C до 10-12°C в течение года. Например,
колебание температуры поверхностных вод Тихого океана в районе Гавайских
островов в течение года составляет не более 4°C, а в районе к югу от Алеутских
островов – 6-8°C. Только в мелководных прибрежных районах морей умеренных
климатических зон эти колебания могут быть больше. Например, у северного
побережья Охотского моря разница средних температур поверхностной воды в самый
тёплый и самый холодный месяцы года достигает 10-12°C.
Что касается суточных колебаний поверхностной
температуры воды, то они в открытом море составляют всего лишь 0,2-0,4 градуса.
Лишь в ясную солнечную погоду в самый тёплый месяц лета они могут составить 2
градуса. Суточные колебания температуры захватывают совсем тонкий поверхностный
слой океанской воды.
Солнечным излучением вода в океане даже в экваториальной зоне
прогревается на очень незначительную глубину (до 8-10 метров). В более глубокие
слои тепловая энергия Солнца проникает только благодаря перемешиванию водных
масс. Наиболее активная роль в перемешивании морской воды принадлежит ветру.
Глубина ветрового перемешивания воды составляет обычно 30-40 м. На экваторе, при
условии хорошего ветрового перемешивания, Солнце прогревает воду до глубины
80-100 м.
В наиболее беспокойных океанских широтах глубина теплового
перемешивания бывает значительно больше. Например, в южной части Тихого океана,
в полосе штормов между 50-й и 60-й параллелями, ветер перемешивает воду до
глубин 50-65 метров, а южнее Гавайских островов – даже до глубины 100 метров.
Интенсивность теплового перемешивания особенно велика в
районах мощных океанических течений. Например, к югу от Австралии тепловое
перемешивание воды происходит до глубины
400-500 м.
В этой связи мы должны пояснить
некоторые термины, принятые в океанологии.
Перемешивание, или вертикальный водообмен, бывает двух видов:
фрикционное и конвективное.
Фрикционное перемешивание происходит в движущемся потоке воды вследствие
различий в скорости её отдельных слоёв. Такое перемешивание воды происходит при
воздействии ветра или прилива (отлива) в море. Конвективное (плотностное)
перемешивание происходит тогда, когда в силу каких-то причин плотность
вышележащего слоя морской воды оказывается выше плотности подстилающего слоя. В
такие моменты в море возникает вертикальная
циркуляция вод. Наиболее интенсивно вертикальная циркуляция
происходит в зимних условиях.
Плотность океанской воды с глубиной возрастает. Нормальный
рост плотности с глубиной называется прямой
стратификацией океанических вод. Бывает и
обратная плотностная стратификация, но она наблюдается как
кратковременное явление в океане.
Наиболее стабильна температура поверхностной воды в экваториальной зоне океана.
Здесь она находится в пределах 20-30°C. Солнце в этой зоне приносит в любое
время года примерно одинаковое количество тепла, а ветер постоянно перемешивает
воду. Поэтому круглосуточно сохраняется постоянная температура воды. В открытом
океане самые высокие температуры поверхностной воды отмечаются в зоне от 5 до 10
градусов северной широты. В заливах температура воды может быть выше, чем в
открытом океане. Например, в Персидском заливе летом вода прогревается до 33°C.
Поверхностная температура воды в тропической зоне почти
неизменна в течение всего года. Она никогда не опускается ниже 20°C, а в
приэкваториальной зоне приближается к 30 градусам. На мелководье у самого берега
днём вода может прогреться и до 35-40°C. Но в открытом море температура
поддерживается с удивительным постоянством (26-28 градусов) круглые сутки.
В умеренных зонах температура поверхностных вод, естественно,
ниже, чем в приэкваториальных, а разница между летней и зимней температурами уже
заметна и достигает 9-10 градусов. Например, в Тихом океане в районе 40-го
градуса северной широты средняя температура поверхностной воды составляет в
феврале около 10 градусов, а в августе – около 20.
Морская вода нагревается в результате поглощения ею солнечной энергии. Известно,
что вода плохо пропускает красные лучи солнечного спектра, а длинноволновые
инфракрасные лучи, несущие основную часть тепловой энергии, проникают в воду
лишь на несколько сантиметров. Поэтому нагревание более глубоких слоёв океана
происходит не за счёт непосредственного поглощения солнечного тепла, а
вследствие вертикальных перемещений водных масс. Но даже в экваториальной зоне,
где солнечные лучи почти под прямым углом направлены к поверхности океана, а
ветер активно перемешивает воду, она глубже 300 метров остаётся постоянно
холодной. Сезонные колебания почти не касаются морских глубин. В тропиках под
слоем тёплой воды находится зона толщиной 300-400 метров, где температура с
глубиной быстро падает. Область быстрого падения температуры называется
термоклином. Здесь через каждые 10 метров глубины температура
понижается примерно на 1 градус. В следующем слое толщиной в 1-1,5 км. скорость
снижения температуры резко замедляется. У нижней границы этого слоя температура
воды не превышает 2-3°C. В более глубоких слоях падение температуры
продолжается, но происходит ещё медленнее. Слои океанской воды, начиная с
глубины 1,2-1,5 км., уже совершенно не реагируют на изменение внешних
температур. В придонном слое воды температура несколько повышается, что
объясняется воздействием тепла земной коры. Существующее на больших глубинах
чудовищное давление также препятствует дальнейшему падению температуры воды.
Так, вода полярных районов, охлажденная у поверхности, опустившись на глубину 5
км., где давление увеличивается в 500 раз, будет иметь температуру на 0,5
градуса выше первоначальной.
Приполярная область, как и экваториальная зона, является зоной стабильной
температуры поверхностных вод. Здесь солнечные лучи падают под острым углом к
поверхности океана, как бы скользят над поверхностью. Значительная их часть не
проникает в воду, а отражается от неё и уходит в мировое пространство. В
приполярных областях температура поверхностных вод летом может подниматься до 10
градусов, а зимой опускаться до 4-0 или даже до минус 2 градусов. Как известно,
морская вода может находиться в жидком состоянии и при отрицательной
температуре, т.к. она представляет собой достаточно насыщенный раствор солей,
что примерно на 1,5 градуса снижает температуру замерзания чистой воды.
Самым холодным районом Мирового
океана считается море Уэдделла у берегов Антарктиды. Здесь
океанская вода имеет самую низкую температуру. Воды Южного полушария в целом
значительно холоднее вод Северного полушария. Такое различие объясняется
согревающим воздействием материков, площадь которых в Южном полушарии Земли
существенно меньше. Поэтому так называемый термический экватор Мирового океана,
т.е. линия наибольших поверхностных температур воды, смещён относительно
географического экватора к северу. Среднегодовая поверхностная температура
океана на термическом экваторе составляет около 28°C в открытой акватории и
около 32°C – в замкнутых морях. Такие температуры держатся стабильно и постоянно
в течение многих лет, веков, тысячелетий и, вероятно, миллионов лет.
Географы и астрономы, взяв за основу высоту Солнца над
горизонтом, теоретически разделили поверхность Земли с помощью двух тропиков и
двух полярных кругов на пять геометрически правильных поясов или климатических
зон.
В Мировом океане, вообще говоря, выделяют такие же климатические зоны. Но такое
формальное деление далеко не всегда согласуется с интересами конкретных видов
науки и практики. Например, в океанологии, климатологии, биологии, как и в
практике сельского хозяйства, зоны, установленные только на основе
географической широты, часто не совпадают с реальными климатическими зонами, с
фактической зональностью распределения осадков, растений, животных. Для морских
биологов, судоводителей, рыбаков важен не сам по себе полярный круг, их
интересует прежде всего граница плавучих льдов.
Климатические зоны (пояса) в Мировом океане.
Учёные разных специальностей не имеют единого мнения,
например, в вопросе о том, что считать тропической зоной океана, где она
начинается и где кончается. Одни специалисты считают тропической зоной океана
только тот пояс к северу и к югу от экватора, в котором возможно существование
коралловых рифов. Другие считают, что такая зона охватывает область
распространения морских черепах и т.д. Некоторые учёные считают необходимым
выделить особые субтропические и субарктические зоны.
Климатологи и синоптики, которые в своей работе должны
учитывать влияние многочисленных природных факторов, - температуру, влажность,
силу и направление преобладающих ветров, количество осадков, близость океана,
продолжительность сезонов и т.д., разделяют Землю на целых 13 зон: одну
экваториальную и по две субэкваториальных, тропических, субтропических,
умеренных, субполярных и полярных.
Эти примеры показывают совершенно нормальное положение в
науке, когда каждая специальная дисциплина требует особых исходных, базовых
условий для решения стоящих перед ней задач и получения конкретных результатов.
Главное, что мы должны отметить в вопросе зональности Земли и Мирового океана,
состоит в том, что, во-первых, широтная зональность как суши, так и океана не
имеет или почти не имеет отношения к температурному режиму океанских глубин и к
происходящим там физическим и биологическим процессам. Во-вторых, всякое
зональное деление Земли и океана условно и не может быть универсальным для всех
отраслей науки и практики.
Карта поверхностной температуры океана.
Основной источник данных — буи ARGO.
Поля получены при помощи оптимального анализа.
На нашем сайте помещена карта поверхностных температур
Мирового океана, на которой отмечается температура воды в конкретной точке
океана в каждый данный момент в реальном режиме времени. Информация о
температуре океанской воды передаётся в службу погоды многих стран с нескольких
тысяч судовых и стационарных синоптических станций, а также многочисленными
датчиками – буями, которые установлены на якорях или дрейфуют в различных
районах Мирового океана. Вся эта система создана объединёнными усилиями десятков
стран мира. Ценность такой системы очевидна: она является важным элементом
Всемирной службы погоды и вместе с метеорологическими спутниками участвует в
подготовке данных для составления глобальных анализов и прогнозов погоды. А
надёжный прогноз погоды нужен всем: учёным, водителям морских и воздушных судов,
рыбакам, туристам.
© Владимир
Каланов,
"Знания-сила"
