Поверхностные течения Мирового океана

Существующую систему современных течений, вод и водных масс легче понять, разобравшись в причинах их возникновения. Воздух нагревается на экваторе сильнее, чем в других районах. Из-за нагревания воздуха уменьшается его удельный вес, и он поднимается вверх.

Поднявшийся воздух двигается по направлению к полюсам. На его место приходит воздух из более высоких широт. В результате в каждом полушарии образуется конвекционная ячейка в меридиональной плоскости, действующая круглый год.

Казалось бы, результатом действия этой пары конвекционных ячеек должно быть выравнивание температуры на экваторе и полюсах. Однако из-за вращения Земли на любое движущееся тело действует сила Кориолиса.

Причина возникновения этой силы — вращение Земли. Она стремится повернуть объект направо по отношению к его движению в Северном полушарии и налево — в Южном. Результатом действия силы Кориолиса является возникновение в атмосфере Земли двух конвекционных ячеек Гадлея вместо одной (Рис. 5.4).

Первая от экватора ячейка расположена в каждом полушарии примерно между экватором и 30° широты. Дующие здесь ветра — пассаты — весьма постоянны, поэтому по-английски их называют trade winds, т. к. их постоянство англичане использовали в торговых плаваниях. В субтропиках воздух опускается. Из-за возрастания давления он нагревается.

При этом, хотя содержание воды в воздухе остаётся постоянным, его относительная влажность падает, поскольку с ростом температуры его влагоёмкость возрастает, а взяться влаге неоткуда. Поэтому там, где опускающийся воздух достигает поверхности Земли количество осадков понижено.

Меняющееся во времени и пространстве количество осадков приводит не только к общеизвестным явлениям: образованию сухого субтропического и влажного тропического поясов, но и к сезонной динамике солёности в океане.

Опускающийся около 30° широты воздух только частично двигается к экватору, частично же — к полюсам. Ветер этот не столь силён и постоянен, как пассаты, но, в общем, имеет направление с запада на восток. У примерно 60° широты он встречается с ветром, дующим от полюса и имеющим преимущественно направление с востока на запад.

Из-за наличия сезонов схема циркуляции зимой и летом различается: ветер от полюса преобладает зимой, от тропика — летом. Средние многолетние направление и скорость ветра на поверхности Мирового океана показаны на Рис. 5.5.

Ветер, дующий у поверхности моря, передаёт воде часть своей энергии, создавая волны и течения. Однако из-за действия силы Кориолиса направление движения воды отличается от направления ветра. Самый верхний слой воды движется под 45° к направлению ветра.

Каждый более глубокий слой воды отклоняется далее направо (в Северном полушарии, в Южном — налево). Но, поскольку с увеличением глубины сила, с которой действует верхний слой на нижний из-за потерь на трение уменьшается, вектор движения более глубоких слоёв меньше, чем вышележащих. В результате образуется спираль Экмана (Рис. 5.6).

А результирующее направление движения воды направлено под прямым углом к направлению ветра. Наиболее выраженными и постоянными являются дующие с запада на восток в поясе 40–60° широты и с востока на запад вдоль экватора пассаты. Поэтому основными поверхностными течениями Мирового океана являются широтные.

У экватора широтные течения южного и северного круговорота соединяются в одно экваториальное пассатное течение. Высота нагонов у западных берегов океанов достигает метра (Рис. 5.7).

Экваториальные течения в каждом океане распространяются на глубину 50–100 м, ниже их в обратном направлении идут противотечения. Западные меридиональные течения уже и быстрее, поэтому они более известны (например, Гольфстрим и Куросио).

Их средние скорости достигают 1 м/сек (3,6 км/час). Гольфстрим, Куросио и аналогичные течения в южном полушарии переносят тёплую воду от экватора в высокие широты. Северная ветвь Гольфстрима является «печкой» Европы, отсюда в Европу поступает 1/4 тепла.

Восточные меридиональные течения шире и медленнее. С увеличением глубины скорость течения постепенно уменьшается, но поверхностные течения прослеживаются примерно до глубины 1000–1500 м. На ход течения оказывает существенное влияние и подводный рельеф, причём не только в пределах шельфа.

Так, отклонение Циркумантарктического течения от правильного круга связано с подводными горами на глубинах до 4000 м. Уровень океана в центре антициклонических круговоротов поднимается и достигает 2090 дин. см. Общая схема поверхностной циркуляции показана на Рис. 5.9 и Рис. 5.10.

На юге круговороты объединяет Циркумантарктическое циклоническое течение. В высоких широтах Северного полушария циклонические круговороты расположены у Алеутских островов и в Скандском бассейне (Норвежское + Гренландское моря).

Как уже было сказано, теплоёмкость всей атмосферы в 4 раза меньше теплоёмкости десятиметрового слоя Мирового океана. Поэтому выраженность градиента «экватор–полюс» зависит от существующей в данный момент системы течений.

Основной двигатель течений на Земле — пассаты, они создают течения вдоль экватора с востока на запад. Меридиональные течения возникают только в том случае, если экваториальные течения встречают препятствия (ныне это — Панамский перешеек и Евразия).

Если формируются мощные меридиональные течения, не встречающие на своём пути преград, то они значительно выравнивают градиент «экватор–полюс», снижая температуру низких широт и повышая температуру высоких.

В тех местах, где экваториальные течения отходят от восточных берегов океанов, образуется недостаток воды. Его компенсируют с одной стороны (сбоку) течения, идущие из более высоких широт, с другой (снизу) — подток глубинных вод. Такие районы называют апвеллинги.

Как приходящие вдоль берегов из высоких широт, так и глубинные воды обуславливают более низкую температуру воды районов апвеллингов, заметную на карте изотерм. Несколько отличны процессы, происходящие в Сомалийском апвеллинге: он расположен у западного берега океана и понижение температуры здесь не столь выражено.

Его вызывает Сомалийское течение, которое в свою очередь вызывают муссоны Аравийского залива. Изменение направления муссона приводит к изменению Сомалийского течения за несколько недель на глубину до 1 км. Поднимающиеся в апвеллингах воды сравнительно богаты биогенами. Это обуславливает их постоянно высокую первичную продукцию. Апвеллинги — одни из наиболее продуктивных районов Мирового океана.

Кроме прибрежных апвеллингов, сила Кориолиса создаёт экваториальный апвеллинг, особенно хорошо выраженный в Тихом океане. Причина возникновения этого апвеллинга в том, что вектор силы Кориолиса меняется с правого на левый при пересечении экватора.

Таким образом, Северное пассатное течение переносит воду направо (на север), а Южное пассатное — налево (на юг). В результате на самом экваторе вода на поверхности расходится в разные стороны и на её место поднимается вода из глубины (Рис. 5.11).

Экваториальные апвеллинги не столь интенсивны, как прибрежные, но из-за их большой площади, значительно превышающей площадь прибрежных, они обеспечивают создание большого количества первичной продукции.

Положение основных апвеллингов показано на Рис. 5.9.

Высокая первичная продукция апвеллингов приводит к высокому потоку органического углерода на морское дно, вплоть до абиссальных глубин.

Кроме упомянутых прибрежных и экваториальных апвеллингов имеется множество гораздо более мелких апвеллингов в разных районах Мирового океана Не следует представлять апвеллинги как ламинарные восходящие потоки.