ОСНОВЫ МОРСКОЙ ГЕОЭКОЛОГИИ

1.1 Наука геоэкология в морских исследованиях. Место геоэкологии в системе научных отраслей и направлений. История развития науки, теоретические вопросы изучения морских геоэкологических процессов

Вторая половина ХХ века ознаменовалась интенсивным развитием науки «Экология». Возникли следующие научные направления:

– прикладная экология;

– экологическая безопасность;

– инженерная экология;

– экологическое мышление;

– ландшафтная экология.

Изменения коснулись также и геологии, так как многие геологические события по силе воздействия и масштабу распространения соизмеримы с техногенными нагрузками. Изменилось также мнение о роли геологической науки в жизни человека, в первую очередь в обеспечении минеральными ресурсами.

В последнее десятилетия возникла необходимость в объединении экологии и геологии.

Актуальность их объединения заключается в высокой значимости прикладных результатов, объединенных геологическими и экологическими исследованиями.

Наиболее отрицательным фактором при объединении двух наук стало отсутствие единой терминологической основы.

Наряду с практической необходимостью зарождение геолого-экологического направления проходило под влиянием прогресса научной мысли.

Появление и внедрение в практику исследований (новых методологий, технических средств, новых методов, теоретических знаний) приводит к рождению нового научного направления. Тоже произошло и с геоэкологией.

Теоретические предпосылки в области геоэкологии заложены в учении Вернадского «О живом веществе» в 20-х годах прошлого столетия. В той или иной степени его работы послужили толчком к разработке новых методов исследования в нефтегазовой геологии, которые могли привести к становлению нового направления – геоэкологии. В 20-ые годы такого объединения не произошло, так как исследования происходили разрозненно.

Так, например, основоположник газовой съемки В.А. Соколов впервые предложил проводить измерение углеводородных газов для индикации залежи нефти и газа.

В 1932 г. аналогичный способ запатентовал G. Laubmeyer.

Г.А. Могилевский в 1937 г. для поиска нефтегазовых скоплений предложил проводить микробиологическую съемку по индикаторной микрофлоре.

Из-за необеспеченности этих исследований должной техникой, аналитической аппаратурой и разрозненности этих изысканий совместного обобщения полученного научного материала не произошло.

После прохождения этапа становления двух наук, методологии геологии и экологии соединились при изучении, как сухопутных, так и морских объектов, например, в ландшафтной и морской геоэкологии.

В настоящее время экология стала самостоятельной наукой. Сам термин «экология» в процессе становления претерпевал заметных изменений. Существовало разнообразие трактовок самого термина «экология»:

– это наука, которая изучает все живущие организмы и их функциональные процессы, делающие среду пригодной для жизни;

– это комплекс наук о природе и взаимодействии природы и общества так и его производных:

– экологические проблемы;

– экологически устойчивое развитие;

– экологическое мышление

Сотрудники института океанологии им. Ширшова РАН предложили в 2009 г. следующую более широкую трактовку экологии:

– экология – наука о взаимодействии и взаимосвязи живых организмов со средой их обитания.

Прообразом морской геоэкологии можно назвать первые шаги по объединению морских микробиологических и геолого-геохимических исследований. Это объединение происходило в результате работ по поиску и разработке нефтегазовых месторождений уже на морском шельфе.

Традиционные методы оказались непригодными для прорывных достижений.

Воплощение экосистемного подхода нашло в разработке новой технологии проведения комплексных газобиохимических исследований, которые положили начало геоэкологическому направлению в морских работах.

Причиной объединения геологии и экологии стали также:

1. Общественно-экономическая необходимость

2. Поступательное развитие науки в целом

Синтез геологии и экологии протекал на фоне динамического развития основных (геология и экология) знаний, а также сопутствующих отраслей знаний.

Стержнем объединенного направления является системный подход.

К настоящему времени сформировались три направления:

1. Геология окружающей среды

2. Экологическая геология (экогеология)

3. Геологическая экология (геоэкология)

1. Геология окружающей среды–большое внимание уделяется на западе. Данное направление включает вопросы:

– из области минералогии, гидрогеологии, инженерной геологии;

– из области экономической геологии, имеющей отношение к освоению ресурсов;

– прогнозирование и разработка эффективного использования земных пространств (например, строительство зданий, транспортных сооружений, коммуникаций).

По мнению В.Т. Трофимова «геологию окружающей среды» следует определять следующим образом – это общеобразовательная, описательная область геологии, призванная охарактеризовать применение геологических знаний к проблемам окружающей среды, взаимоотношению между обществом и геологической средой. В ней используются понятия и положения традиционных геологических наук.

2. Экологическая геология (экогеология). По объекту исследования, по теоретической экологически направленной базе значительно шире по сравнению с геологией окружающей среды.

«Экологическая геология»в настоящее время рассматривается как новое направление геологических наук, изучающее экологические свойства и функции литосферы, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под влиянием природных и техногенных причин в связи с жизнью и деятельностью биоты, но прежде всего человека. Она исследует эколого-геологические системы, такие как литосфера - биота, литосфера - инженерные сооружения - биота и функциональные связи биота-геологические условия.

Оба эти направления существенно различаются по основным позициям.

Геология окружающей среды и экогеология имеют и принципиальное сходство. Они оперируют геологической информацией, полученной с использованием методов традиционных геологических наук: геофизики, геохимии, гидрогеологии, сейсмологии, инженерной геологии.

3. Геологическая экология (геоэкология). Геоэкологию часто рассматривают как раздел геологии. По современным представлениям геоэкология – это новое направление экологии, но не геологии.

Геоэкология определяется как самостоятельное направление экологии, которое изучает свойства и функции биоты в пределах геосистемы, их формирование и изменение под воздействием условий среды обитания.

Геоэкология исследует биотическую составляющую экосистемы, влияние геологических факторов на ее состояние, а также их взаимодействие.

Так как основным направлением является морская геоэкология, подразумевается происхождение всех процессов в водной среде. Поэтому одним из разделов геоэкологии является аквагеоэкология, в которой выделяют водную экосистему в целом или отдельные части системы Мирового океана и гидросферы.

Важное место в аквагеоэкологии занимает геоэкология океана, учитывая главенствующую роль Мирового океана в гидросфере:

– по занимаемому объему;

– по наибольшей степени изученности;

– по его планитарной функции в виде уникальной экосистемы с высокой степенью самоорганизации.

По этим показателям применительно к океанологии аквагеоэкологию и морскую геоэкологию можно считать синонимами.

Морская геоэкология в своих исследованиях сохраняет приемственность в использовании некоторых традиционных методов океанологии, биологии, геологии и одновременно имеет собственную техническую и методологическую базу.

1.2 Геологические и экологические особенности Морских геоэкологических систем (МГЭС)

При исследовании донных отложений Мирового океана с экологических позиций для их обозначения был введен термин «морская геосистема» - МГЭС. МГЭС с позиции И.А. Огильви любая МГЭС может быть представлена совокупностью взаимодействующих геологических, геохимических, геофизических, горно-геометрических и биологических полей, т.е. это информационная система.

Под морским геоэкологическими процессами и явлениями понимаются все геологические процессы и явления, имеющие экологическое значение, а также экологические процессы и явления, оказывающие влияние на геологические особенности той или иной части МГЭС и происходящие в ее пределах геологические процессы.

Явления и процессы, которые оказывают определенное влияние на геологические и экологические особенности МГЭС, но происходят вне ее пространства, относятся к морским геоэкологически значимым.

Неоднородность и сложность структуры МГЭС – результат геологической истории нашей планеты, ее развития, обусловленною материальным, энергетическим и информационным взаимодействием главных, противоположно направленных процессов, Эти процессы следует рассматривать как механизмы обратной связи, саморегуляции и поступательной эволюции Земли как планеты вообще и ее биосферы как экологической системы в частности. Они имеют сложную геологическую, химическую, физическую, биологическую и комплексную природу. Известно, что энергию,затрачиваемую на поддержание этих процессов, Земля, в том числе и МГЭС, получает главным образом из космоса через излучение. Но значительная часть энергии поступает в МГЭС из внутренних источников Земли, которые расположены в ее коре и мантии и образуются прежде всего вследствие реакции от радиактивных элементов, проходящей с выделением большого количества тепла. Кроме того, поступление определенного количества энергии могут обеспечить экзотермические химические реакции, происходящие в литосфере и, в частности, в самой МГЭС при утилизации органического вещства. Например, известно, что в акваэкосистеме Мирового океана чистая продукция органического углерода составляет 20 млрд. т/год. Границы МГЭС с акваэкосистемой ежегодно достигает 1-3 млрд. т, из них почти 85 млн т становится элементом МГЭС. Основное количество органического углерода утилизируется в акваэкосистеме. В поверхностной пленке донных осадков органическое вещество минерализуется, энергетически обеспечивая процессы диагенеза и образование аутогенных минералов – новых элементов твердого компонента МГЭС. Этот энергетический вклад весьма существен. Он значительно больше, нежели суммарное потребление топлива человечеством.

Российские экологические геологи в последние годы успешно развивают учение об экологических функциях литосферы. Согласно их определению «… под экологическими функциями литосферы понимается все разнообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, подземных вод, нефти, газов, геофизических полей и геологических процессов, которые в ней происходят, в жизнеобеспечении биоты, и главным образом человеческого сообщества. Экологическая геология рассматривает влияние литосферы на биоту и наоборот. При этом литосфера – понятие не экологическое, и это следует из ее определения, в силу того что биота, наличие которой есть первый признак экологической системы, как бы выведена за ее пределы. Таким образом, МГЭС и биосфера в современных границах Мирового океана это разные понятия, хотя смежные пространства литосферы, гидросферы и атмосферы частично совпадают с пространством МГЭС. Необходимо понимать, что литосфера без МГЭС – явление нормальное, однако МГЭС без литосферы просто не существует. Литосфера имеет другие функции, кроме экологических. МГЭС других функций не имеет, так как, по определению, она – система экологическая.

Главной функцией МГЭС, как и всех других экосистемсответствующего уровня, следует считать создание и поддержание условий, пригодных для существования и развития биоты, в частности человека. Реализуется эта функция через множество других очень важных функций, свойственных МГЭС.

Все экосистемы Земли, образующие ее экосферу, характеризуюся определенными функциями. МГЭС как подсистема нижнего уровня экосферыв экосистеме Мирового океана и глобальной МГЭС также имеет множество функций. Поскольку МГЭС является экологической системой, то и ее функции экологические. С позиций морской геоэкологии под экологическими функциями МГЭС понимается все процессуальное многообразие ее внутренних и внешних взаимодействий, которые не только связаны с функционированием и развитием самой МГЭС и ее компонентов, но и определяют ее роль в обеспечении условий функционирования и развития смежных экосистем, их компонентов, а также экосистем, расположенных за границами пространства современного Мирового океана. Концепция функций МГЭС включает изучение роли донных отложений морей и ркеанов как важного функционирующего компонента экосферы, экосистемы Мирового океана и глобальной МГЭС. В то же время с позиций указанной концепции донные отложения рассматриваются как пространство, среда и условия существования определенных форм органической жизниот простейших и растений до представителей животного мира. Кроме того, важнейший сегмент указанного круга интересов – взаимосвяз МГЭС с человеком как биологическим видом и человечеством как социальной структурой. С даких позиций донные отложения морей и океанов не исследовались традиционной морской геологией, морской биологией и морской экологией.

С экологических позиций главная функция МГЭС – это обеспечение существования и развития биоты в экосфере вобще и экосистеме Мирового окана в частности, реализуется через две основные группы ее функций – инфункций (или внутренних функций) и эпифункций (или внешних функций).

В группе инфункций МГЭС выделяется пять специализированных подгрупп функций:

– инресурсная – через вещественные, энергетические, пространственные и информационные ресурсы;

– ингеодинамическая – через внутренние природные и антропогенные геологические процессы и явления;

– ингеохимическая, ингеологическая и ингеофизическая – через внутренние природные и антропогенные соответственно геохимические, биологические и геофизические процессы и явления.

В группе эпифункций МГЭС выделяется:

– эпиресурсная функция – через свои вещественные, энергетические, пространственные и информационные ресурсы;

– эпигеодинамическая функция – через природные и антропогенные геологические процессы и явления;

– эпигеохимическая, эпибиологическая и эпигеофизическая функции – через природные и антропогенные соответственно геохимические, биологические и геофизические процессы и явления;

– медико-санитарная функция – отражает свойства и способности МГЭС влиять на здоровье человека через природные и антропогенные геологические, геохимические, биологические, геофизические и информационные ресурсы, в том числе поля, формируемые в них и в окружающем их пространстве природными и антропогенными процессами беспрерывного внутреннего и внешнего обмена веществом, энергией и информацией.

1.3 Временные и пространственные аспекты изучения морских геоэкосистем

Для того, чтобы охарактеризовать и сравнить динамику систем, подсистем и их компонентов необходимы специальные наблюдения, которые выступают в двух основных направлениях:

1. Проведение наблюдений для характеристики длительных событий;

2. Проведение исследований, чтобы установить последовательность и порядок этих изменений.

В плане геоэкологических исследований по этим направлениям накоплен большой материал.

Временной ряд геоэкологических процессов включает направленность от прошлого к будущему. Для полного исследования от прошлого к будущему необходимо опираться на законы, которые могли бы объяснить связи и отношения разновременных явлений и процессов.

В геоэкологии используют 3 группы законов:

1. Законы простого временного исследования, определяют последовательность геоэкосистемного явлений и процессов.

2. Законы связи обратной и прямой (с помощью них определяют связь различных состояний процессов и изменений).

3. Причинно-следственные законы, помогают раскрыть уровень генетических изменений. Изучаются короткие процессы изменения морских геоэкосистем.

Морская геосистема существовать сама по себе не может, следовательно, необходимо изучать ее связь с другими окружающими системами.

Одна из основных функций морских геоэкосистем – поддерживание нормальной жизнедеятельности и устойчивого развития активной биомассы – живого вещества.

Выделяются несколько временных изменчивостей:

– Суточная;

– Синоптическая/сезонная;

– Межгодовая;

– Вековая.

Геологические процессы связаны с большими изменениями на уровне млн. и млрд. лет.

В геоэкологических системах выделяется 2 класса процессов, имеющих продолжительность от суток до 100 лет, т.е. те процессы, которые можно наблюдать непосредственно в реальном времени.

Межмодульные процессы (модуль >100 лет) их можно исследовать в отдельных частях. Главная задача при исследовании – их изменения от прошлого к будущему. Особую роль играет цикличность – важная временная характеристика всей структуры морских геоэкосистем, т.е. исследования геоэкологических явлений и процессов во времени, продолжительности, порядке исследований различных фаз и скорости протекания отдельных геоэкологических различных событий.

Пространственная изменчивость геоэкологического процесса на различных участках Мирового океана проходит по-разному в зависимости от процесса образования геологических систем.

Последняя многоплановая работа в Мировом океане проводилась в 1967 г. с интервалом 18 км.

Вопросы для самоконтроля:

1. История становления науки морская геоэкология

2. Теоретические предпосылки в области геоэкологии

3. Три направления, способствующие формированию морской геоэкологии: геология окружающей среды

4. Три направления, способствующие формированию морской геоэкологии: экологическая геология (экогеология)

5. Три направления, способствующие формированию морской геоэкологии: геологическая экология (геоэкология)

6. Место геоэкологии в системе научных отраслей и направлений

7. Морская геосистема (МГЭС) – основные понятия

8. Неоднородность и сложность структуры морской геосистемы

9. Функции морских геосистем

10. Временные аспекты изучения морских геоэкосистем

11. Пространственные аспекты изучения морских геоэкосистем

Литература: Основная: [1, 2, 3, 5, 8]; доп.: [14, 16]

ТЕМА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБЛАСТИ ГЕОЭКОЛОГИИ

МИРОВОГО ОКЕАНА

2.1 Мировой океан и его составные части. Особенности Мирового океана

Пространство Земли, покрытое водами океанов и морей, представляет собой непрерывную водную оболочку, называемую Мировым океаном.

Площадь Земного шара составляет 510 млн. км², площадь Мирового океан – 361 млн. км² (71%).

Суша и вода распределены по поверхности Земли неравномерно. Большая часть суши (39%) сосредоточена в северном полушарии, 61% занимает вода. В южном полушарии преобладает водная поверхность (площадь воды 81%, суши 19%).

Мировой океан содержит 96, 4% всего количества воды, находящейся на Земле (включая материковые льды Антарктиды и Гренландии), поэтому его воды можно рассматривать как самостоятельную оболочку – океаносферу.

Несмотря на преобладание водной поверхности, общее количество воды по сравнению с размерами самой планеты невелико и составляет примерно 1/800 объема Земли. Следовательно, в планетарном масштабе Мировой океан представляет собой сравнительно тонкую пленку на поверхности Земли.

Мировой океан подразделяется на отдельные океаны. Океан – это обширная часть Мирового океана, расположенная между материками, обладающая самостоятельной системой циркуляции вод и специфическими особенностями гидрологического режима.

В процессе эволюции наших знаний об океане появились различные варианты деления Мирового океана. Общепринято выделение 4 океанов.

Таблица 2 – Деление Мирового океана

В последнее время часто выделяют пятый океан – Южный, который в соответствии с данным выше определением океана действительно представляет собой самостоятельный объект со специфическим режимом. На юге он простирается до побережья Антарктиды, на севере же не имеет четко очерченной границы. Ее проводят либо по северной границе Антарктического циркумполярного течения, либо по линии, соединяющей южные оконечности Южной Америки, Африки, Тасмании, Новой Зеландии. Площадь Южного океана составляет 80 км². Это означает, что при делении Мирового океана на 5 основных частей к Южному океану отойдут южные сектора 3 наиболее крупных океанов, и он окажется вторым по площади после Тихого океана.

Внутри океанов выделяются моря. Море – это сравнительно небольшая часть океана, вдающаяся в сушу или обособленная от других его частей берегами материка, повышениями дна (порогами) или островами и обладающая специфическими чертами гидрологического режима. Площадь морей составляет 10% всей площади Мирового океана.

Классификация морей

По степени обособленности и расположению суши моря подразделяют на:

– внутренние;

– окраинные;

– межостровные.

1. Внутренние моря – обычно глубоко вдают в сушу и имеют затрудненную связь с океаном через сравнительно узкие проливы. В свою очередь они подразделяются на:

– межматериковые (находятся между нескольких материков) – Средиземное море, Красное море;

– внутриматериковые (находятся внутри одного материка) – Балтийское море, Черное море, Азовское море.

Гидрологический режим этих морей обычно значительно отличается от режима прилегающей части океана.

2. Окраинные моря – сравнительно неглубоко вдаются в сушу и отделены от океана полуостровами, грядами островов или порогами – Баренцево море, Карское море, Японское море, Охотское море.

Гидрологический режим этих морей ближе к режиму прилегающей части океана. Границами межостровных морей являются острова и поднятия дна. К ним относится море Банда, Фиджи, Филиппинское. Общее число морей в Мировом океане по подразделению, принятому Межправительственной океанографической комиссией ЮНЕСКО, около 60.

Самым большим по площади (5,7 млн. км²) морем Мирового океана является Филиппинское море, относящееся к Тихому океану. В Атлантическом океане самым крупным (2,9 млн. км²) является море Уэдделла, в Индийском (4,8 млн. км²) – Аравийское море, в Северном Ледовитом океане – Баренцево море.

Пролив. Пролив – водное пространство, которое разделят два участка суши и соединяет отдельные океаны и моря или их части, например:

– Берингов пролив – соединяет Тихий и Северный Ледовитый океан, разделяет Азию и Америку.

– Гибралтарский пролив – соединяет Средиземное море с Атлантическим океаном и разделяет Европу и Африку.

Самый широкий пролив – пролив Дрейка (1000 км) – разделяет Южную Америку и Антарктиду, самый длинный – Мозамбикский (1800 км), разделяет Африку и о. Мадагаскар.

Заливы. Залив – часть океана или моря, вдающаяся в сушу и не отделенная от нее островами или поднятиями дна – Бискайский залив (Атлантический океан), Калифорнийский залив (Тихий океан), Бенгальский залив (Индийский океан) – самый большой по площади – 2,2 млн. км².

Выделение отдельных морей и заливов, а также их границ – это историческая традиция, иногда приводящая к противоречиям. Так, ряд районов Мирового океана, имеющих одинаковую обособленность и своеобразные черты гидрологических условий, в одних случаях называются морями, в других – заливами. Например, такие океанские заливы, как Мексиканский, Персидский, Гудзонов, правильно было бы назвать морями, а Аравийское море и море Бофорта – заливами. Не имеющее берегов Саргасово море – это по существу внутренняя часть субтропического круговорота Северной Атлантики.

В зависимости от происхождения, формы, строения берегов заливы имеют различные, зачастую местные названия:

– бухта;

– лимае;

– фиорд;

– губа;

– лагуна.

Бухта – небольшой залив, обособленный мысами или островами от основного водоема, обычно хорошо защищен от ветров и часто используется для устройства портов (Керченская, Севастопольская).

Лиман – залив, отделенный от моря песчаной косой (пересыпью), в которой есть узкий пролив, соединяющий лиман с морем. Обычно лиман – это затопленная часть ближайшего к морю участка речной долины (Днепро-Бугский, Днестровский).

Губа – распространенное на севере России название залива, глубоко вдающегося в сушу, а также обширного залива, в который впадает река (Обская губа в Карском море).

Фиорд – узкий и глубокий морской залив с высокими берегами (обычно ложе древнего ледника) – фиорд Согне в Норвежском море.

Лагуна – неглубокий естественный водоем, соединяющийся с морем узким проливом или отделенный от него баром. Бар – это гряда в прибрежной полосе морского дна, образованная наносами. Различают подводный, островной, приустьевой и береговой бар.

Особенности Мирового океана:

1. Температура морской воды. Основные закономерности поля температуры Мирового океана изучены лучше всех остальных свойств воды. Это объясняется тем, что измерения температуры стали производиться раньше многих других исследований, и количество таких данных всегда было наибольшим.

Основными причинами изменения температуры воды в том или ином районе моря или океана являются:

– поступление тепла от солнца и теплообмена с атмосферой;

– поступление тепла из выше- или нижележащих слоев воды (вертикальный теплообмен);

– принос тепла со стороны в результате горизонтального переноса воздушных и водных масс или адвекции.

Тепло, поступающее в море от солнца, поглощается очень тонким поверхностным слоем воды и глубоко в море не проникает. Уже на глубине 1 см от поверхности тепловой эффект лучистой энергии солнца почти в 100 раз меньше, чем на самой поверхности моря, а на глубине 1 м – в 8350 раз. Если бы воды океана не перемешивались в результате вертикального перемешивания частиц воды или конвекции, а также под воздействием ветра или течений, то практически глубинные горизонты океанических вод не получали бы тепла.

Передача тепла от поверхностных слоев морей и океанов к нижележащим слоям осуществляется, прежде всего, именно путем механического перемешивания и конвекции. Перемешивание в море вызывается ветровым волнением и течениями.

В результате ветрового волнения тепло проникает на глубины, не превосходящие длины волн, наблюдающихся в данном районе, т.е. обычно не глубже 100-200 м.

Ветровые течения способствуют проникновению тепла приблизительно на такую же глубину.

Значительно большее значение в процессе передачи тепла на глубины имеют приливно-отливные течения. Эти течения, в отличие от ветровых, сказываются во всей толще вод океана.

В результате перемешивания в летнее время температура воды поверхностных слоев несколько понижается, а глубинных – повышается, и разница в температуре воды верхних и нижних слоев уменьшается. Зимой, когда температура воды на поверхности бывает ниже, чем на глубине, в результате перемешивания происходит непрерывный подток к поверхности более теплых глубинных вод, несколько задерживающий процессы льдообразования.

Температура воды в данной точке моря может изменяться также под влиянием течений, т.е. в результате подхода вод с иной температурой.

Помимо общих и главных причин, определяющих термический режим Мирового океана, влияние второстепенных факторов испытывают прибрежные воды. Среди них наибольшее значение имеет тепловой сток рек.

Большое значение имеет ветровой режим побережий: сгонные ветры вызывают отток тепла вод от берегов в сторону открытого моря и поднятие с глубин холодных вод (апвеллинг). Температура воды при этом может понизиться на 6-8 °С за 2-3 часа.

Особый характер приобретает воздействие течений на изменение температуры воды у побережий. Если в открытом океане многие течения ориентированы вдоль широт (пассатные течения, экваториальные противотечения и т.д.) и не оказывают существенного влияния на температуру воды, то в морях довольно часто имеют место течения, направленные с севера на юг и наоборот. Первые резко понижают температуру воды и даже приносят льды в районы, где их обычно не бывает, вторые – повышают ее и препятствуют появлению льдов.

Средняя температура поверхностных вод океана.Для всего Мирового океана в целом она составляет 17, 54 °С. В северном полушарии температура поверхностных вод примерно на 3°С выше, чем в южном. Это является следствием того, что акватории, расположенные к северу от экватора, поглощают приблизительно на 40 % больше тепла, чем воды южных широт.

Существенные различия имеются и в средних температурах отдельных океанов, что также связано с бюджетом тепла. Самая высокая температура Тихого океана – 19,37 °С – объясняется наибольшим количеством тепла, поглощаемым единицей его поверхности (свыше 20 ккал/см² в год). Второе место занимает Индийский океан – 17,27 °С (около 19 ккал/см² в год). Натретьем месте – Атлантический океан – 16,53 °С (около 17 ккал/см² в год). Наиболее низка температура Северного Ледовитого океана. По недостаточно точным данным она составляет -0,75 °С.

Наиболее важной закономерностью, определяющей не только термический режим поверхностных вод, но и оказывающей очень большое влияние на изменение температуры воды по вертикали являются изменения температуры воды на поверхности Мирового океана в зависимости от широты. Максимальное количество солнечного тепла поглощается Мировым океаном в тропиках, однако самая высокая средняя годовая температура воды наблюдается в экваториальной зоне между 5° и 10° с.ш. Среднее ее значение здесь равно 27,4 °С. С удалением от термического экватора температура вначале понижается очень мало.

С переходом в умеренные области температура на поверхности Мирового океана начинает быстро понижаться, в соответствии с уменьшением количества поглощаемого тепла. При этом в северном полушарии она выше, чем в южном: у 40° с.ш. – на 2 °С, у 50 ° с.ш. – на 2,5 °С, у 60 ° с.ш. – на 4,0 °С, что объясняется различием в характере циркуляции поверхностных вод.

Вертикальное распределение температуры воды в океанах и морях различно. Особенно сильно различается распределение температуры по широтам, что объясняется главным образом неодинаковым характером нагревания и охлаждения поверхностных вод. Имеются существенные различия в распределении температуры воды по глубине на одних и тех же широтах, но в западных и восточных частях океанов. Основной причиной этого являются течения, обычно направленные к экватору в восточных частях океанов и к полюсам – в западных.

Однако для огромных пространств океана между 45 ° с.ш. и 45 ° ю.ш. в распределении температуры воды с глубиной имеется много общего. В открытых частях океанов в пределах указанной зоны температура воды от поверхности и почти до дна (у самого дна наблюдается слабое повышение температуры воды, обусловленное тепловыми потоками, идущими от дна океана) непрерывно понижается, причем до глубины 300-500 м очень быстро. В пределах глубин 1200-1500 м температура понижается значительно медленнее, а ниже 1500 м уменьшается очень медленно, а иногда не изменяется вообще. В придонных слоях океана, на глубинах ниже 3000 м, температура держится преимущественно между +2 и 0 °С. Обнаружено также, что в некоторых глубоководных впадинах с глубин порядка 3500-4000 м и до дна температура воды несколько повышается. Примером является Филиппинская впадина.

В умеренных областях изменение температуры с глубиной менее значительно, чем в зоне между 45° с.ш. и 45° ю.ш., что объясняется меньшим летним прогревом поверхностных вод.

В приполярных районах температура сначала понижается до глубин около 50-100 м, а затем несколько повышается (за счет приноса более теплых и более соленых вод из умеренных широт), достигая максимума на глубинах около 250-500 м, после чего медленно понижается до дна.

У берегов Антарктиды наблюдается непрерывное опускание на глубину сильно охлажденных вод. Именно эти воды и являются главным источником придонных вод Атлантического, Индийского и Тихого океанов.

Если температура воды не понижается с глубиной непрерывно, как чаще всего бывает, а после некоторого понижения повышается, а затем снова падает, то слой холодной воды, лежащей между верхним и глубинным слоями теплой воды, называется холодным промежуточным слоем, а глубинный слой с повышенной температурой – теплым промежуточным слоем.

В умеренном поясе и в полярных районах это явление обычно является результатом зимнего охлаждения (конвекции).

Слой, в котором вертикальные градиенты гидрологических элементов велики и резко отличаются от градиентов в других слоях, называется слоем скачка. Слой скачка плотности характеризуется следующими основными элементами: глубиной залегания, толщиной, а также средним и максимальным градиентами.

Различают два типа слоя скачка: сезонный и постоянный.

Сезонный слой скачка образуется весной, существует до осени, и обязан своим происхождением весенне-летнему прогреву поверхностных вод. Слой скачка сезонного типа характерен для умеренных широт, где годовые амплитуды колебаний температуры воздуха и воды достаточно велики и имеет место конвекция, вызванная осенне-зимним охлаждением. В высоких широтах слой скачка плотности также носит сезонный характер. Здесь он вызывается, помимо летнего прогрева верхнего слоя, распреснением поверхностных вод вследствие таяния льда. Его верхняя граница лежит очень близко от поверхности. Постоянный слой скачка, или, как его называют, «главный термоклин», залегает на больших глубинах. Так, например, в Саргассовом море верхняя его граница залегает на горизонтах 500-600 м, а нижняя – на 1000-1200 м.

Главный термоклин разделяет резко отличающиеся по своим характеристикам (t, S) водные массы. Он существует в течение года, лишь глубина его залегания и интенсивность (величина градиентов) испытывают относительно слабые колебания.

2. Соленость Мирового океана. По данным академика А.П. Виноградова в водах Мирового океана обнаружены все известные химические элементы и все их изотопы. Больше всего в океанической воде хлористого натрия (поваренной соли – 77,8 %). На его долю вместе с хлористым магнием приходится 88,7 % всех растворимых солей.

Количество веществ, растворенных в водах океана, относительно массы воды сравнительно невелико, в среднем 35 г на литр. Однако даже самые малейшие изменения общего содержания солей, составляющие десятые и сотые доли грамма, могут оказать большое влияние на процессы, протекающие в океане, изменяя плотность воды, а, следовательно, и ее перемещение. Поэтому определению солености, то есть общего количества растворенных солей, уделяется очень большое значение.

До недавнего времени имелись два предположения происхождения солей в морской воде. Согласно первому вода Мирового океана была соленой со времен его возникновения. В подтверждение правильности приводятся анализы состава древнейших отложений каменной соли, образовавшихся в отдаленные эры существования Земли. Эти отложения получились вслед