вод на глубине создаются в значительной мере различиями в плотности воды. Это можно пояснить на простом опыте, проведенном Л. Марсильи. Возьмем резервуар, перегороженный сплошной, непроницаемой перегородкой. В одной половине находится легкая вода, в другой — более плотная. Если удалить перегородку или проделать в ней несколько отверстий, то тяжелая вода начинает течь вдоль дна и вытесняет легкую воду в верхние слои. Движение вод продолжается до тех пор, пока все нижние слои не будут заняты тяжелой водой, а верхние — легкой. Если в силу каких-либо причин в одной половине сосуда будет непрерывно увеличиваться плотность воды, а в другой — понижаться, то движение воды станет постоянным. Возникнет постоянная плотностная циркуляция.
Такое явление широко распространено в океане. Вода охлаждается и потому делается более плотной на поверхности в высоких широтах. Как и в резервуаре, она погружается, стремясь занять все пространство у дна. Плотные воды образуются в результате либо охлаждения, либо повышения солености. Осолонение может произойти из-за испарения воды или образования льда, так как при замерзании значительная часть солей вытесняется из льда в окружающую воду. В некоторых районах охлажденные воды имеют повышенную соленость.
В Арктике и Антарктике во время сильного осеннее зимнего охлаждения воды формируются льды. При этом образуются большие массы плотной холодной воды. Они погружаются на сотни метров и глубже и распространяются на обширные акватории Мирового океана. То же самое происходит и с водами субарктических, субантарктических и частично — умеренных широт. Из-за большой плотности они погружаются под поверхностные воды до тех пор, пока их плотность не сравняется с плотностью окружающих вод, а дальше идет почти исключительно горизонтальное движение.
В высоких и средних широтах находится несколько очагов формирования плотных вод. Это многие районы антарктических вод, особенно море Уэдделла, Северный Ледовитый океан, северные части Атлантического и Тихого.
В субтропических и тропических частях океанов плотные и очень соленые (36–370/00) воды образуются в основном в результате большого испарения (испаряется слой воды около 2 м в год) и зимнего охлаждения до 18–16°. Эти воды погружаются под очень теплую и легкую поверхностную воду.
Своеобразные центры формирования высокосоленых вод (вследствие интенсивного испарения) находятся в полузамкнутых морях и заливах низких широт: в Средиземном (390/00) и Красном (более 40/00) морях, Персидском (около 390/00) и отчасти в западной половине Мексиканского (370/00) залива. Зимой эти воды несколько охлаждаются и погружаются. Струи их выходят в океан и прослеживаются на той или иной глубине на расстоянии многих сотен миль от пролива, соединяющего море или залив с океаном.
Необходимо кратко остановиться на разных видах перемешивания вод. Ветровое перемешивание охватывает поверхностный слой при шторме обычно до глубины нескольких десятков метров. Глубина зависит от силы и продолжительности ветра, а также от распределения плотности воды. Если вода имеет одинаковую плотность до больших глубин, то сильный шторм может перемешать ее почти до 100 м. Если же плотность воды значительно возрастает с увеличением глубины, то перемешать такую переслоенную, или стратифицированную, по плотности воду значительно труднее.
При осенне-зимнем охлаждении поверхности воды ее плотность становится больше плотности нижележащих слоев, поверхностная вода погружается, а глубинная поднимается. В результате вода перемешивается по вертикали. Это — конвективное перемешивание. В районах сильного охлаждения, например у берегов Гренландии, оно охватывает толщу воды в несколько сот метров и во многих местах доходит до дна. В глубинные слои поступает кислород, а оттуда к поверхности доставляются биогенные вещества. Так происходит ежегодная вентиляция глубинных слоев.
В низких широтах, где поверхностные воды охлаждаются очень слабо, конвективное перемешивание незначительно. На поверхности устойчиво располагаются теплые воды, глубже — прохладные и холодные. Лишь в районах сильного осолонения формируются более плотные воды.
При контакте вод, движущихся с разной скоростью или в противоположных направлениях, возникает вихревое турбулентное перемешивание. Все виды перемешивания делают воду однообразной по температуре, солености и другим свойствам. Процессы нагревания, охлаждения, осолонения, опреснения, наоборот, увеличивают вертикальные и горизонтальные контрасты характеристик, сообщают водам свойства, присущие районам их формирования. Так, в высокие широты теплыми течениями приносятся тропические воды высокой температуры и солености с тропическим планктоном.
Система поверхностных течений океана в сочетании с картами распределения температуры и солености представляет собой основу физико-географического районирования Мирового океана.
Для понимания физической географии океана необходимо знать некоторые очень существенные особенности гидрохимии океанской воды, определяющие, в частности, процесс осадконакопления, а также возникновение, распределение, движение и преобразование органогенных питательных солей азота, фосфора, кремния.
В воде океана содержится небольшое количество углекислого кальция в форме Са(НСО3)2. Он поступает в океан в основном с речным стоком. В холодных и прохладных водах высоких и умеренных широт углекислый кальций не выпадает в осадок, но в теплых поверхностных водах низких широт он насыщает раствор (иногда процент насыщения доходит до 300). Причина этого заключается в том, что в теплых водах может содержаться лишь очень малое количество углекислого газа, который повышает растворимость углекислого кальция. В результате соль имеет тенденцию выпадать в осадок. (Сходное явление наблюдается в самых обычных чайниках и кастрюлях при нагревании в них воды: на стенках и дне образуется накипь, состоящая в основном из углекислого кальция.)
В океане процесс осаждения происходит при деятельном участии организмов (фораминиферы, коралловые полипы, моллюски, иглокожие и др.), которые для построения своего скелета нуждаются в твердом веществе. Хлориды и сульфаты, очень легкорастворимые, для таких целей не подходят. Поэтому животные экстрагируют углекислый кальций из воды и строят из него внутренний и внешний скелет, раковины (у многих тропических моллюсков они массивны) и т. д. После отмирания животного твердые части скелетов и раковины переходят в донные осадки. Постепенно в низких широтах отлагаются огромные толщи карбонатов — мел, известняк; в дальнейшем они частично доломитизируются или метаморфизуются (образуется мрамор). Этот отличный строительный материал широко используется для сооружения зданий.
В высоких широтах, где углекислый кальций извлекать из воды трудно, в формировании скелетов большую роль играют силикаты. Они образуют кремнесодержащие илы и другие отложения (карбонатных осадков значительно меньше). Интересно, что силикаты и алюмосиликаты (кирпич) преобладают и на суше, в постройках, возводимых людьми.
Однако если бы в океанах не было рифообразующих кораллов и других организмов, строящих скелет из извести, то в низких широтах все равно происходило бы отложение карбонатов из-за пересыщенности теплых вод. В таких районах были бы распространены мощные толщи, но кристаллических разностей — кальцита и арагонита. Эта гидрохимическая особенность имеет большое значение для геологии, геохимии, биологии и географии всего океана.
В водах океана на разных широтах содержится разное количество
