Изменения в воде

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Прежде чем перейти к детальному знакомству с процессами, порождающими микроструктуру, рассмотрим, каким образом возникают изменения в масштабе, превышающем несколько метров. Сначала речь пойдет об изменениях по вертикали – как потому, что они выражены резче, чем горизонтальные, так и потому, что мы их лучше понимаем.
Поскольку поверхность моря находится в приблизительном термическом равновесии с атмосферой, то изменения в температуре поверхности отражают местный баланс тепла, колеблющийся от — 1,9°С в полярных районах до примерно 30°С на экваторе. На большом удалении от берегов, где на содержание соли в морской воде влияет речной сток, соленость океана варьирует от 32 до 37%о. Изменения солености отражают различия в относительной скорости выпадения осадков и испарения на поверхности океана. Когда в результате разницы в солености и температуре возникает горизонтальная разница в плотности, более плотные воды имеют тенденцию погружаться ниже, чем менее плотные.



Хотя разность в солености на 1°/оо влияет на плотность морской воды приблизительно в пять раз больше, чем разность в температуре на 1°С, более значительная величина температурных различий оказывает преобладающее влияние на крупномасштабную плотностную структуру океана. Однако в малых масштабах разности в солености оказывают весьма заметный эффект. Считается, что наиболее плотные воды формируются подо льдами моря Уэдделла в Антарктике, в северной части Атлантического океана мористее Гренландии и в Норвежском море. Эти плотные воды погружаются на дно и медленно распространяются по главным океанским бассейнам. Подобным же образом менее плотные воды других высокоширотных районов погружаются на промежуточные глубины. Когда они распространяются в центральные части океанов, отдельные языки различных водных масс переслаиваются, образуя вертикальные плотностные профили с непрерывной стратификацией. Поскольку все океаны очень «мелководны» по отношению к их ширине, переслаивание толщ воды с разной плотностью приводит к возникновению температурных градиентов, которые проявляются по вертикали гораздо резче, чем по горизонтали.
Структуру вертикальных температурных градиентов проще проследить в открытом океане, на большом удалении от берегов, которые обусловливают осложняющий пограничный эффект. Измерения температуры и солености вдали от побережий показывают, что эти параметры слабо изменяются от одного места к другому или из года в год в одном и том же месте. Ниже приповерхностного, хорошо перемешанного слоя температура падает очень быстро. Ниже зоны с максимальным температурным градиентом, известной под названием «термоклина», график изменения температуры весьма близок к экспоненциальной кривой. На вертикальных интервалах, превышающих несколько метров, температура изменяется плавно, в связи с чем языки воды, образующие температурный профиль, испытывают значительное вертикальное перемешивание при распространении из высокоширотных областей в сторону экватора. Для того чтобы установить, каким образом происходит это перемешивание, было предложено много теоретических разработок, известных под названием «моделей термоклина». Согласно этим исследованиям, необходимо, чтобы объем воды, погружающейся в высоких широтах, уравновешивался объемом воды, поднимающейся вверх в низких и средних широтах.
Если допустить в модели термоклина, что имеет место обширное восходящее движение придонной воды во внутренних областях океанов, то следует предусмотреть существование умеренно интенсивного переноса тепла вниз. Поскольку молекулярная передача тепла (попросту перемешивание) вдоль средних градиентов температуры происходит слишком медленно, чтобы компенсировать восходящее движение холодной воды, в некоторых моделях допускается наличие дополнительного перемешивания, обусловленного турбулентным размешиванием и приводящего к усилению теплового потока. Когда турбулентный перенос тепла вниз уравновешивают восходящим движением холодных глубинных вод, получаются типовые величины скорости восходящего движения (1 см в сутки) и коэффициента турбулентного перемешивания (1 кв. см в секунду). При этом принимают, что скорость перемешивания остается одинаковой всюду, кроме придонного и приповерхностного слоев воды толщиной в несколько сотен метров.
В альтернативной модели принимается, что не обязательно предполагать усиленное перемешивание, если учесть эффект воздействия господствующих ветров. Сила Кориолиса, возникающая благодаря вращению Земли, обусловливает отклонение всех движущихся объектов вправо в Северном полушарии и влево – в Южном. В начале текущего столетия норвежский океанограф Вагн Вальфрид Экман пришел к выводу, что совместный эффект постоянного воздействия по направлению ветра и силы Кориолиса вызывает полный поток поверхностных вод под углом 90° вправо по отношению к направлению ветра в Северном полушарии и на такой же угол влево к югу от экватора. Таким образом, сочетание преобладающих западных ветров в средних широтах и постоянных пассатов в тропиках направляет поверхностные воды к центрам субтропических круговоротов (больших, медленно движущихся по окружности масс воды).

Оставить комментарий