Водные массы океанов. Устойчивость водных масс

Водные массы океанов. «Тропосфера» океана, т. е. водная толща, охваченная процессами конвективного и ветрового перемешивания, является деятельным слоем океана. В ней наблюдаются сезонные изменения гидрологических характеристик. Здесь, в поверхностных водах, возникают и развиваются многообразные процессы, определяющие различные стороны гидрологического режима океана.

На поверхности деятельного слоя осуществляется теплообмен океана с атмосферой и обмен газами, в частности кислородом и углекислотой. На глубины доставляется большое количество кислорода, поглощенного из атмосферы, а на место опустившихся слоев на поверхность поднимаются воды с большим содержанием питательных органических веществ.

Водные массы «стратосферы», заполняющие в настоящее время глубины Мирового океана, также сложились на его поверхности в пределах деятельного слоя и только перемешиванием и медленными глубинными течениями перенесены в другие районы.

Так, например, глубинные воды Атлантического океана образовались в результате смешения опустившихся на глубину теплых, но очень соленых вод субтропических широт северного полушария и холодных малосоленых антарктических вод. Примерно то же наблюдается в Тихом и Индийском океанах, с той лишь разницей, что в этих океанах антарктические и субантарктические воды играют большую роль.

Характеристика водных масс Атлантического океана приведена в табл. 30.

Однородные водные массы различного происхождения отделяются друг от друга узкими пограничными зонами, в которых наблюдается резкое изменение (большие горизонтальные градиенты), солености, температуры и других океанографических характеристик.

При встрече движущихся водных масс образуются зоны конвергенции, где происходит смешение разных вод и погружение более плотных на глубину. Таковы зоны схождения экваториальных вод с тропическими (тропические конвергенции), тропических с водами средних широт (субтропические конвергенции) и вод средних широт с арктическими или антарктическими (субполярные конвергенции или полярные фронты).

Особенно резко обнаруживаются конвергенции в южных частях океанов, в водах, омывающих Антарктиду. Линия субтропической конвергенции проходит здесь примерно вдоль параллели 40° S, полярный фронт — между 50 и 60° S.

В местах расхождения (раздваивания) течений (зоны дивергенции) наблюдается подъем к поверхности глубинных вод. На поверхности океанов зоны дивергенции выражены менее резко, чем зоны конвергенции.

Устойчивость водных масс. Нетрудно видеть, что интенсивность любого вида перемешивания определяется не только энергией фактора, вызывающего перемешивание, но и тем сопротивлением, которое оказывают ему перемешиваемые слои воды.

Это сопротивление характеризуют обычно вертикальной устойчивостью слоев или, что то же самое, состоянием их равновесия (устойчивое, безразличное, неустойчивое). Очевидно, что равновесие может быть устойчивым лишь в том случае, когда более легкие воды подстилаются более тяжелыми. Чем больше разница в плотности наложенных друг на друга слоев, тем устойчивее равновесие и, следовательно, тем труднее их перемешать.

Численно устойчивость определяют как величину архимедовой силы, действующей на смещенную по вертикали частицу. Формула для вычисления устойчивости Е имеет вид

Первый член в приведенной формуле — это устойчивость, определяемая градиентом температуры с учетом ее адиабатического изменения. Второй член — устойчивость, определяемая градиентом солености.

Максимальная поправка на адиабатический процесс, как это следует из формулы, является произведением максимального коэффициента термического расширения морской воды (346 • 10^-6) и максимального адиабатического градиента (268 • 10^-6), т. е. примерно равна 10 х 10^-8. Поэтому для удобства записи при вычислениях за устойчивость принимают не Е, а величину в 10⁸ раз большую.

Кроме того, пренебрегают мало изменяющимся с глубиной множителем g/p. Величина Е очень удобна для всякого рода расчетов, связанных с исследованием водных масс океана. Существующая методика и таблицы позволяют вычислять устойчивость быстро и с большой точностью.