Океан

Океаническая часть земной поверхности - наиболее крупный горизонтальный компонент географической оболочки. Сам факт существования глобальной неоднородности (материковость - океаничность) в сочетании с географической широтой и высотой определяет главнейшие особенности природы Земли. Кроме того, суша и океан распределены по поверхности Земли неравномерно. Даже существует понятие об океаническом и материковом полушариях Земли. Асимметрия суши и океана влечет за собой асимметрию в распределении всех остальных компонентов природы: климата, почв, животного и растительного мира; оказывает влияние на характер хозяйственной деятельности человека. Таким образом, познание географических объектов, явлений, процессов невозможно без изучения природы Мирового океана.

Океанология еще очень молода по сравнению с другими геофизическими и географическими науками. Тем не менее за короткий срок (немногим более 100 лет), особенно за последние два-три десятилетия, она достигла больших успехов в изучении океанов и морей земного шара.

Нередко на страницах популярных изданий можно прочесть, что наша планета присвоила себе чужое имя. Ее не следует называть планетой Океан, так как 3/4 поверхности Земли покрыты океанской водой. Это поверхностный взгляд на нашу планету.

В самом деле, при огромной площади поверхности Мирового океана (361 млн. кв. км) объем его вод (1 370 млн. куб. км) равен лишь 1/800 объема Земли. Средняя глубина Мирового океана - около 4 тыс. м - это всего только 0,0007 радиуса земного шара. Следовательно, на долю океана, учитывая, что плотность его воды близка к 1, а плотность твердого тела Земли - около 5,5, приходится лишь ничтожная часть массы нашей планеты. Все это говорит о справедливом названии планеты - Земля.

Океан

Но если обратиться к географической оболочке Земли - тонкому слою в несколько десятков километров, то большую ее часть составит именно Мировой океан. Поэтому для географии он важнейший объект исследования.

В системе наук о Земле важное место занимает океанология - наука, охватывающая всю сумму знаний о Мировом океане и его взаимосвязях с материковой частью Земли и атмосферой. В системе океанологических наук наряду с геологией, физикой, химией, биологией океана выделяют географию океана.

В задачи последней входит рассмотрение основных закономерностей строения и развития географической оболочки Земли в пределах Мирового океана.

Океан состоит из воды. Это не просто тривиальная истина, это определенный взгляд исследователя. Здесь океан рассматривается на компонентном уровне, т. е. вычленяется океанская (морская) вода - неповторимое и в то же время самое распространенное вещество на Земле.

По своему химическому составу морская вода представляет собой сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния. Своеобразный химический состав во многом предопределяет особые физические свойства океанской воды, которая и образует саму океаническую среду.

Ю. М. Шокальский (1856 - 1940)

Термин "Мировой океан" ввел в науку крупный отечественный географ и океанограф Ю. М. Шокальский. Под этим названием он подразумевал совокупность водной оболочки земного шара, главной особенностью которой является соленость.

Океаническая подсистема географической оболочки - продукт взаимодействия различных природных компонентов - гидросферы, литосферы и биосферы, а следовательно, все уже известные читателю физико-географические дисциплины (геоморфология, климатология, биогеография и т. д.) также изучают Мировой океан на компонентном уровне его организации. На комплексном уровне вопросами изучения Мирового океана занимается океаническое ландшафтоведение.

Взволнованный океан

Правомерна ли такая точка зрения на океан? Вполне. Именно она представляет Мировой океан как одну из естественных оболочек Земли - океаносферу. Эта глобальная оболочка образует свое особое геопространство, в котором протекают взаимосвязанные природные процессы. Они имеют определенные планетарные закономерности и региональные особенности, обусловленные спецификой океанической среды.

В настоящее время Мировой океан рассматривается как открытая динамическая система, которая обменивается веществом и энергией с сопредельными средами. Этот обмен происходит в форме глобальных круговоротов, в которых участвуют тепло, влага, соли, газы и другие вещества, составляющие тело океанов и материков. Процессам обмена в этой системе свойственно саморегулирование, направленное на поддержание природного равновесия. Оно соблюдалось на протяжении всей истории Земли.

Океан

Известно, что вода - одно из веществ, обладающих самой большой теплоемкостью. Солнечные лучи пронизывают атмосферу и нагревают воду океана, в котором накапливается огромное количество тепла. Только 10-метровый слой океанских вод содержит тепла больше, чем вся атмосфера. В глубинах же океана тепла в сотни раз больше, чем в этом верхнем слое. Большая тепловая инерция океана позволяет ему лучше, чем в любой другой среде, сохранять полученное тепло. Именно большая теплоемкость океана делает его аккумулятором и регулятором температуры географической оболочки планеты.

Подобное же регулирующее воздействие оказывает океан на влагооборот Земли.

Океан - поставщик влаги, а значит, и осадков, выпадающих на поверхность Земли. Облачные системы, возникающие над океаном, ослабляют приток солнечной радиации, а следовательно, и испарение с его поверхности. Рост дефицита влаги в атмосфере усиливает испарение с океана; воздушные массы насыщаются влагой, переносятся на сушу и приносят осадки. Таким образом, океан питает влагой сушу.

Общая циркуляция вод в Индийском океане

Морская вода обладает очень большой растворяющей способностью, что при колоссальной площади Мирового океана позволяет ему поглощать и выделять огромное количество газов, регулируя подвижное равновесие между газовыми составами атмосферы и океана. В частности, океан и атмосфера непрерывно обмениваются кислородом. Верхние слои океана получают кислород не только из приводного слоя атмосферы, но и от фитопланктона в результате фотосинтеза. Прогрев поверхности океана и динамическая активность вод приводят к обогащению кислородом нижних слоев воздуха, поэтому на морском побережье "легко дышится", а океан можно назвать "легкими" нашей планеты в дополнение к другим "легким" - лесам.

Примеры регулирующего действия океана можно было бы продолжить, но и сказанное позволяет представить, насколько существенно его основное свойство - стремление выровнять неоднородности, погасить резкие возмущения, возникающие в процессе обмена веществом и энергией между геосферами Земли.

Механизм взаимодействия в системе "атмосфера - океан - литосфера" очень сложен и изучен пока далеко не полно. Это серьезная комплексная проблема современной науки.

По своему физическому состоянию вода - очень подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины, и прежде всего ветер. Воздействуя на воды океана, он возбуждает поверхностные течения, которые переносят огромные массы воды из одного района океана или моря в другой. Энергия поступательного движения поверхностных вод вследствие внутреннего трения передается в нижележащие слои, которые тоже вовлекаются в движение. Однако непосредственное влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м) расстояние от поверхности. Ниже в толще воды и в придонных горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления, связанные с рельефом дна. Вследствие турбулентного (вихревого) характера течений и по другим причинам в океанах и морях вместе с горизонтальным переносом вод существуют и вертикальные движения. И те и другие в совокупности образуют общую циркуляцию вод Мирового океана. Она играет огромную роль в планетарных природных процессах: обеспечивает обмен вод, перераспределение тепла, перенос льдов, изменение берегов, а также влияет на циркуляцию атмосферы и на климат отдельных районов Земли. Общая циркуляция вод Мирового океана - одно из ярких проявлений его взаимодействия с атмосферой. Не удивительно поэтому, что поверхностные океанические течения по своему направлению в целом совпадают с преобладающими над океанами ветрами.

Течения Мирового океана

Кроме того, течения возникают вследствие неравномерного горизонтального распределения плотности воды. Из районов с повышенной плотностью вода перемещается в районы с меньшей плотностью, образуя плотностные течения. При повышении уровня воды, вызванного обильными осадками или притоком речных вод, создается сточное течение, направленное в сторону понижения уровня. Существуют и другие процессы, вызывающие течения на поверхности океанов и морей. Однако редко наблюдаются течения, порожденные одним каким-либо фактором или процессом. Обычно они действуют одновременно все или часть из них, поэтому в основном распространены генетически комплексные течения. К примеру, известный Гольфстрим - одновременно плотностное, ветровое и сточное течение.

Возникшее течение испытывает влияние других, вторичных сил. К ним относятся отклоняющая сила вращения Земли, сила трения, центробежная сила. Эти силы, сами не вызывая течения, вносят существенные изменения в его направление и скорость. Кроме того, на течение оказывают влияние границы воды - берега и дно. Под влиянием образующих и вторичных факторов, неодинаковых от места к месту, формируется общая схема поверхностных течений Мирового океана. На ней обращают на себя внимание огромные замкнутые системы течений, обычно именуемые круговоротами. При движении воды в них против часовой стрелки в северном полушарии и в обратном направлении - в южном они называются циклоническими, а при противоположном циклоническому движении - антициклоническими. Они создаются в тех же местах, где располагаются основные центры действия атмосферы (стационарные циклоны и антициклоны), и имеют близкие к ним горизонтальные размеры.

Подповерхностным течениям Кромвелла, Ломоносова, Тареева посвящено немало работ крупнейших океанологов мира. Они во многом пролили свет на природу этих течений, но еще далеко не все ясно в их происхождении и динамике. Исследования по проблемам подповерхностных противотечений в океанах продолжаются.

В 1951 г. американская экспедиция под руководством океанолога Кромвелла изучала условия обитания тунцов в экваториальной части Тихого океана, в зоне устойчивого Южного Пассатного течения. Для этой цели применялись рыболовные свободно дрейфующие сети. К изумлению ученых, они двигались не на запад вместе с поверхностными течениями, а на восток. Измерив приборами течение на горизонтах, где располагались снасти, Кромвелл обнаружил мощный устойчивый подповерхностный поток со стрежнем на горизонте около 100 м. Позднее тщательными исследованиями было установлено, что он открыл течение, почти столь же грандиозное и столь же устойчивое, как Гольфстрим.

Подробности общей циркуляции Мирового океана пока еще только начинают раскрываться человеку во всей своей сложности, и нередко наблюдения преподносят ему неожиданные географические сюрпризы. Подповерхностные противотечения были обнаружены советскими учеными в экваториальной зоне Атлантического и Индийского океанов, где их назвали в Атлантическом океане течением Ломоносова, а в Индийском - течением Тареева.

В 1970 г. ученые Института океанологии АН СССР впервые проводили в центральной части Атлантического океана эксперимент "Полигон-70", во время которого подробно изучали структуру и динамику вод в этом районе. В работах, продолжавшихся непрерывно шесть месяцев, участвовало шесть крупных научно-исследовательских судов и было выставлено 17 буев с автоматическими приборами. Во время исследований были обнаружены огромные вихревые движения воды в океане, напоминающие циклоны и антициклоны в атмосфере. Эти вихри достигают нескольких сот километров в диаметре, захватывая слой воды в сотни метров толщиной, и перемещаются со скоростью нескольких километров в сутки. Вследствие их вращательного движения происходит подъем к поверхности холодных глубинных вод, что сказывается на теплообмене океана и атмосферы, а следовательно, и на атмосферных процессах.

Вид течений из космоса в районе Фолклендских (Мальвинских) островов

Противотечение Кромвелла в системе ветров и течения в приэкваториальной части океана

Обнаружение океанических вихрей даст новое представление о структуре и внутренней динамике океана, о механизмах формирования общей циркуляции вод Мирового океана. Существование вихрей было зарегистрировано в Государственном комитете СССР по делам изобретений и открытий как научное открытие. Это яркое подтверждение того, что океан остается широкой ареной для творческих поисков и открытий.

Океанологические работы в океане

Высоты ветровых волн в океанах обычно не превышают 4 м, реже образуются волны высотой 8 - 10 м, исключительные волны могут достигать 20 - 30 м. Ветровое волнение несет в себе огромную энергию, которая "разряжается" на берегу, разрушая его и сооружения в прибрежной зоне.

Апвелинг

Тихий океан у берегов Дальнего Востока

В отдельных районах Мирового океана наблюдается своеобразный процесс, известный под названием апвеллинг, что можно перевести с английского как "всплытие". Сильные и продолжительные ветры сгоняют от берегов поверхностную воду, а на ее место поднимаются более холодные и богатые питательными веществами глубинные воды. В результате этого в зонах апвеллинга, например у западных берегов Центральной Африки, у побережья Чили и Перу, сосредоточены богатые промысловые районы океана. Исключительная подвижность вод океана проявляется не только в горизонтальных перемещениях, но и в вертикальных колебательных движениях вод. Волны - колебания частиц воды около положения их равновесия под воздействием внешних сил, например, ветра.

Непосредственно у берега происходит разрушение морской волны, рассыпающейся пеной

Непосредственно у берега происходит разрушение морской волны, рассыпающейся пеной

Непосредственно у берега происходит разрушение морской волны, рассыпающейся пеной

В океанах приливы столь же постоянны, как смена дня и ночи. Правда, в определенных районах повышение и понижение уровня происходят один раз, а в некоторых районах - два раза в сутки; размах колебаний тоже меняется. Приливы больше связаны с Луной, чем с Солнцем, так как она находится гораздо ближе к Земле, чем Солнце. Главное внимание обращалось на приливы у берегов морей, так как это требовало обеспечения безопасности мореплавания. В современных условиях стали необходимыми сведения о приливах в открытых океанах для разработки многих новых геофизических проблем, поэтому разностороннее исследование приливных процессов остается одной из актуальных задач океанологии.

Мировой океан постоянно испытывает влияние космических сил, которые обусловливают грандиозный планетарный процесс, называемый приливом. Он представляет собой периодические горизонтальные переносы вод и колебания уровня вод. Приливы порождает сила взаимного притяжения Земли, Луны и Солнца, называемая приливообразующей силой. Она вызывает деформацию поверхности Земли, но заметнее всего проявляется на весьма подвижных водах океана. В одних местах земного шара происходит приливной подъем уровня, а в других - его понижение. Затем соответственно обратная картина.

Вода Мирового океана - своеобразное природное вещество. Можно полагать, что в океанской воде растворены все вещества, существующие на нашей планете, но далеко не в одинаковых количествах.

Морские звезды - одни из самых древних животных, им свыше 400 млн. лет

Голубой трепанг обитает на мелководье

Сплошную пелену соленых вод, существенно отличную от пресных вод суши, стали выделять в самостоятельную оболочку планетарного масштаба, иногда называемую галосферой. Ее главным признаком служит большой уровень минерализации воды - до 35 %о, 35 г/кг растворенных веществ. Галосфера существует и развивается по особым законам в тесном взаимодействии с атмосферой, литосферой, водами материкового стока, биосферой.

Придонная структурная зона представлена водами, образующимися главным образом в Антарктике и перемещающимися вдоль наиболее глубоких котловин и желобов. При этом они химически обмениваются с донными осадками и получают некоторое количество геотермического тепла. Придонные воды в известной мере трансформируются, и они более изменчивы, чем воды глубинной зоны. Граница придонных вод в основном определяется изменениями рельефа дна.

Несмотря на различное содержание главных солей в океанской воде, соотношения между величинами их концентрации в водах Мирового океана остаются одинаковыми. В этом заключается постоянство солевого состава океанской воды - одна из важнейших ее природных черт.

Соленость вместе с температурой определяет плотность воды, причем плотные слои лежат под менее плотными, образуя систему устойчивого вертикального равновесия.

Структуру нижележащих водных слоев характеризуют закономерности изменений физико-химических характеристик вод в вертикальном и горизонтальном направлениях. Водная масса - это большой объем воды, отличающийся индивидуальными значениями признаков, которые она приобретает в определенных районах и сохраняет при перемещении за пределы области своего формирования. Район океана, в пределах которого находятся однотипные водные массы, называют структурной зоной.

Конечно, структурные зоны Мирового океана нельзя рассматривать как существующие в отдельности, сами по себе, с резкими границами. Они представляют собой структуру вод единого океана, в котором протекают взаимосвязанные физико-химические и биологические процессы от поверхности до дна. Структура вод Мирового океана характеризуется большой стабильностью. Сопоставление океанологических данных от начала наблюдений и до наших дней свидетельствует о неизменности условий во всей толще океана. Это объясняется тем, что каждая структурная зона обладает самостоятельной системой обращения вод. В то же время между структурными зонами происходит активный водообмен, который также отличается большим постоянством, поэтому количество вод, переходящих из одной структурной зоны в другую, остается неизменным.

Типичный представитель донного фитоценоза залива Посьет-кодиум

Бычок Брандта

И еще один важный аспект природы Мирового океана. Океан представляет собой сложную физико-химическую среду, населенную организмами. Между организмами и средой существует неразрывная взаимосвязь, главная черта которой - приспособленность организмов к свойствам среды. Из ее многих свойств для жизненных функций организмов наиболее важны содержание тепла в воде, соленость и насыщенность кислородом. Этот комплекс определяет в основном состав и количество водных животных и растений. Существенное влияние на биологические процессы оказывает динамика вод. Она выражается, например, в том, что прибрежные воды и зоны подъема глубинных вод (у подветренных берегов материков, по линиям расхождения течений и в районах стационарных циклонических систем циркуляции) характеризуются высокой для океанов биологической продуктивностью. Это объясняется поступлением сюда питательных веществ либо приносимых реками с материков, либо поступающих из глубоких слоев океана. В большинстве районов Мирового океана концентрация питательных веществ невелика, поэтому в них невысока и биологическая продуктивность.

Даже столь краткое рассмотрение природы океана показывает ее многогранность и неразрывную связь с другими геосферами Земли. Однако во взаимосвязи океана с различными средами еще далеко не все достаточно ясно, немало неизвестного в самом океане. Здесь перед исследователями стоит много проблем разного масштаба.

Наука признает Мировой океан колыбелью жизни на Земле. В океане растворены почти все химические элементы, что дает основание образно называть океанские воды "жидкой рудой". Океаны и моря населяет богатый, разнообразный животный и растительный мир. Во многих районах Мирового океана обширные участки прибрежной зоны, дна, подводных недр хранят большие запасы твердых, жидких и газообразных ископаемых. Океан служит сферой мореплавания. Все это делает океаны и моря нашей планеты жизненно необходимыми человеку, и с течением времени эта необходимость будет все возрастать. Начатое на заре человеческой истории освоение Мирового океана (примитивное рыболовство, сбор моллюсков, плавание на утлых суденышках в прибрежных водах) непрерывно продолжалось, усиливалось и расширялось по мере развития производительных сил, по мере роста технической вооруженности людей. Ныне освоение Мирового океана занимает одно из центральных мест среди самых жгучих проблем взаимодействия общества и природы.

Флагман советского исследовательского флота 'Академик Курчатов'

Прогнозы составляются с учетом данных, собираемых в акватории Мирового океана, например, наблюдений на "кораблях погоды", дрейфующих станциях "Северный полюс", на экспедиционных, торговых и промысловых судах. Важную роль в долговременных изменениях погоды и климата играют аномалии температуры поверхности океана. Академик Г. И. Марчук обосновал концепцию ключевых районов (он называет их энергоактивными), которые оказывают на климат наибольшее влияние. К ним относится, например, зона Гольфстрима. Целенаправленные наблюдения в этой зоне позволяют прослеживать температурные аномалии, которые используются в прогнозах. Для климатических прогнозов очень важно изучать крупномасштабные океанические вихри и механизм взаимодействия океана и атмосферы.

Какие же причины заставили человечество овладевать в гигантских масштабах столь труднодоступной природной средой, как океаны и моря, в современных условиях? К наиболее существенным из них относятся следующие:

1. Неуклонный рост потребности в пищевых, промышленных, топливных ресурсах и энергии в связи с быстрым увеличением населения планеты.

2. Неравномерность пространственного размещения многих важных ресурсов на суше.

3. Исчерпание или острый недостаток многих необходимых видов сырья на суше и как следствие их значительное удорожание, а потому и увеличение затрат на обеспечение ими.

4. Более низкая себестоимость получения некоторых видов продукции, например брома, из морских источников по сравнению с ее "сухопутными" аналогами.

5. Менее высокая, чем на других видах транспорта, стоимость морских перевозок, особенно массовых грузов на дальние расстояния.

6. Необходимость прогнозирования погоды и климата.

Нет такого вида производственной деятельности людей, на котором бы не сказывались климатические условия. Поэтому одна из основных задач - правильно предсказать изменения климатических показателей с большей или меньшей заблаговременностью. Отсюда вытекает одна из первоочередных проблем человечества - совершенствование долгосрочных прогнозов погоды, состояние которой во многом зависит от океана. На климат и погоду он влияет через атмосферу, поэтому ее взаимодействие с Мировым океаном - важнейший планетарный процесс на Земле, а его познание - ключ к совершенствованию долгосрочных прогнозов погоды.

Исследователи морских глубин

Подводный обитаемый аппарат 'Пайсис'

Исследование морских глубин

В перспективе будет создана глобальная гидродинамическая модель взаимодействия атмосферы и океана, на основе которой можно будет прогнозировать различные метеорологические и климатические ситуации для улучшения труда, жизни и быта людей.

Заметно усиливающаяся и более разнообразная, чем прежде, эксплуатация океанов и морей, гигантский рост производства на планете в целом изменяют теперь содержание понятия "экономическое освоение океана". До последних лет оно обычно трактовалось только как добыча различных ресурсов и транспортное использование его вод. Однако это один аспект экономики Мирового океана. Ее другая сторона связана с интенсивным развитием мирового хозяйства, в результате чего морская среда очень широко и разносторонне вовлекается в глобальный производственный процесс. Она, к примеру, стала приемником отходов промышленности и сельского хозяйства, через нее одни отрасли производства влияют на другие и т. п.

Превышение допустимых концентраций загрязнения морской среды требует специальных мер и соответственных затрат на ее очистку и восстановление в ней природного равновесия. Следовательно, необходимо такое взаимодействие общества с морскими отраслями океаносферы, при котором не нарушается нормальное состояние океанической среды, используются и восстанавливаются ее природные ресурсы. Отсюда ясно, что в наше время экономическое освоение океана понимается более широко. Оно включает в себя не только использование его ресурсов, но и заботу об их охране и восстановлении. При таком подходе Мировой океан поможет человечеству в решении наиболее важных проблем современности. Будущее людей во многом связано с освоением Мирового океана.