Водные массы по ширине. Водные массы мирового океана и фронтальные зоны. Виды и свойства водных масс океанической стратосферы

Продолжаю начатую серию блогов о природных зонах мира.

Часть первая, посвящённая арктическим пустыням здесь: http://сайт/index-1334820460.php

От зоны арктических пустынь мы двинемся на юг. Тепла в лентий период года становится больше, температуры растут, а продолжительность лета увеличивается. Там, где появляется сомкнутый растительный покров начинается зона тундры.

Слово "тундра" с финского переводится как "открытое, безлесное место".Действительно, отличительной особенностью тундр является отсутсвие лесной растительности.

1 Тундра. С октября по май здесь царят трескучие морозы. Низкое солнце часто "одевает рукавички" - образуется оптическое явление "гало", когда кажется, что в морозном небе сияют три солнца.

Тундры расположены в пределах субарктического климатического пояса, то есть зимой здесь господствуют арктические воздушные массы, а летом - умеренные. Средняя температура самого тёплого месяца в году - августа +5-+10° С. Годовое количество осадков 200-300 мм на севере и 400 мм на юге (в Томске около 500 мм/год). Снег залегает на протяжении 280 дней и имеет мощность 30-60 см. Осадков падает больше, чем может испариться и поэтому почвы постоянно переувлажнены. Именно по этой причине в тундре рспространены болота, а заозёренность поверхности может достигать 50%. Летом грунты оттаивают до глубины 2,5 м.

2

В пределах России тундра занимает южный остров Новой Земли, о-ва Белый, Вайгач, Колгуев, а также все материковое побережье севернее полярного круга. Южная граница проходит южнее полярного круга и опускается к югу только в пределах Западной Сибири. Она идет по линии Мурманск - побережье Кольского полуострова - юг полуострова Камень - Нарьян-Мар - южнее Нового Порта - севернее Дудинки, затем по нижнему течению бассейна реки Хатанга - Оленек - Лена - Яна - Индигирка - Колыма. Лишь на крайнем востоке тундра занимает равнину в районе р. Анадырь и практически меридионально опускается на юг до 60° с.ш.

3 Термокарстовые полигоны на поверхности тундры

В пределах Зарубежной Европы тундра распространена в Исландии, на севере Финляндии и в Норвегии вплоть до 65 градуса с.ш.

В Северной Америке южная граница тундры примерно совпадает с полярным кругом (66,5 градусов с.ш.), и лишь в районе Гудзонова залива опускается до широты 55 градусов (Томск находится на 56 градусе с.ш., кстати. Кто там у нас жалуется на климат Западной Сибири???). Такое аномальное распространение тундры объясняется наличием вдающегося в сушу с севера холодного Гудзонова залива, который в литературе иногда называют "ледяным мешком". Он охлаждает воздушные массы и сильно снижает температуры летних месяцев. В условиях равнинного рельефа охлаждающее влияние Гудзонова залива прослеживается на многие сотни километров.

В Южном полушарии тундры выражены слабо - лишь на Огненной Земле и на Антарктическом полуострове есть незначительные участки, занятые растительностью тундр.

4 Природные зоны мира. Тундра обозначена фиолетовым цветом (второй сверху в легенде к карте)

5. Исладния летом

6. Исландия. Тундра может быть и такой.

7. Северная Америка. Гудзонов залив в сентябре

8 Побережье Гудзонова залива летом

9 Побережье Гудзонова залива в начале зимы

Из-за неравномерного протаивания грунта в условиях тундры развиваются специфические формы рельефа: солифлюкция (медленное стекание переувлажненных и обводненых грунтов под действием силы тяжести), термокарст (проседание грунтов из-за таяния вечной мерзлоты при повышении температуры и образование воронок), бугры пучения (они же пинго, они же булгунняхи..php, рис. 18,19) и др. Про эти формы рельефа можно прочитать пару-тройку лекций.

10. Собственно, всё подписано. Обратите внимание на солифлюкцию (г), ячеистые структуры (е), полигональные грунты (з)

11. Солифлюкция. Серыми тонами показаны обводнённые, растаявшие грунты. Бордово-красно-розовые тона - мёрзлые грунты. Под действием силы тяжести верхние слои грунта сползают вниз.

12. Термокарстовые озёра на полуострове Ямал (север Западно-Сибирской равнины, Россия). Коротко говоря, образуются они так: в определённом месте грунт тает быстрее, чем на прилегающей территории, скапливается вода, которая просачивается в мёрзлые грунты. Под действием воды грунты тают, происходит просадка грунта. Впадина заполняется водой. Термокарстовое озеро готово. Часто такие озёра имеют правильную круглую форму.

13. Термокарст

14. Полигональные грунты

15. На переднем плане ячеистые формы грунтов. Полигоны, поросшие мхом и лишайником окружены каменистыми россыпями. сверху такие ячейки выглядят как пчелиные соты. Формируются из-за неравномерного прогревания грунтов.

В климатическом отношении южная граница тундры совпадает с изотермой в 10° С. Эта изотерма является границей для распространения древесной растительности к северу. Если температура самого тёплого месяца в году ниже +10, то деревья произрастать не могут.

Ландшафты тундры развиваются в условиях полярного дня и ночи, вечной мерзлоты, залегающей почти на поверхности. В силу этого растительный покров однообразный, бедный, господствуют мхи, лишайники, кустарники, злаковые и осоковые. Растительность реагирует даже на незначительное увеличение тепла.

Растительность тундры холодостойкая. Может переносить зимние температуры до -60° С, летние -7° и ниже. Для растительности характерны большой возраст при маленьких размерах. Например, брусника по продолжительности жизни может сравняться с дубом, карликовая береза живет по 80 лет, дриада - более 100 лет, багульник - 95.

16. Брусника

17. Карликовая берёзка осенью

18. Карликовая берёзка. Обратите внимание, как она прижалась к камню. Дело в том, что камень защищает её от постоянно дующего в тундре ветра. Кроме этого, камень быстро нагревается на солнце. Берёзка греется =)

19. Багульник. Растение, которое само заслуживает отдельного блога. В его состав входит эфирное масло, которое обладает нервнопаралитическим действием, вызывает головные боли, тошноту, рвоту и потерю сознания. Применяется при выделке кожи, в мыловарении. Служит средством от кровососов (главное, самому не погибнуть вместе с комарами) и моли. Пчёлы собирают с багульника так называемый "пьяный" мёд, который для человека ядовит. Сами пчёлы кушают его без особого вреда для здоровья.

Для растительности характерно «живорождение». Например, у мятлика арктического и у щучки на веточках созревают луковички, которые падают в грунт с уже сформировавшейся корневой системой и листочками.

20. Мятлик арктический

Для растений характерна карликовость, т.к. у земли температура значительнее выше, чем на высоте 1 м над землёй.

В тундре много пушистых растений и растений с восковым налетом на листьях (например, брусника). Такие приспособления позволяют не только сохранять тепло, но и защищают от ожогов чрезмерной УФ радиацией во время полярного дня.

Тундра имеет три подзоны: арктическую, типичную и южную.

Арктическая тундра. Снег в такой тундре может выпадать в любое время года и суток. Здесь полностью господствуют мхи и лишайники. Появляются злаки, полярный мак и камнеломка. Земля покрыта растительностью на 60 %.

21. Арктическая тундра

22. Полярный мак

23. Камнеломка

Типичная тундра -мохово-кустарниковая. Характерны карликовая ива, березка. На востоке России появляются обширные пространства, поросшие кедровым стлаником. На болотах заросли брусники, голубики, клюквы, багульника. Мхи, лишайники. Широко распространена водяника. Интересна дриада (куропаточья трава) - стелющееся вечнозеленое растение - листья кожистые, блестящие, опушённые снизу, а цветок похож на ромашку.

24. Типичная тундра и пасущийся северный олень.

25 Кедровый стланник типичен для тундры Восточной Сибири и Дальнего Востока

26 Голубика

27 Клюква

28 Лишайник ягель (олений мох). Вполне съедобен, хотя на вкус в варёном виде похож на губку для мытья посуды - совершенно бесвкусный. Отвар из ягеля рекомендуют пить при кашле.

29 Зелёный - мох кукушкин лён.

30 Водяника (она же вороника, она же шикша). Съедобна.

31 Дриада (куропаточья трава) Названа по имени лесной нимфы Дриады. Само греческое слово "дриада" означает "дерево, дуб". У дриады листья похожи на дубовые, так что Карл Линней не долго думал, как назвать это северное растение. Так что на вопрос "растут ли в тундре дубы?" греки могут смело отвечать, что растут. Всем остальным национальностям на этот вопрос следует отвечать отрицательно.

Южная тундра. Характеризуется мощным сомкнутым кустарниковым ярусом, а в долинах рек - древесной растительностью. В Европе в долинах рек появляется береза, в Западной Сибири ель, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке лиственница.

32 Южная тундра . Красно-оранжевые кусты - это карликовая берёзка.

33 Южная тундра. Полуостров Таймыр. на переднем плане ветка лиственницы

Животный мир тундры не особенно богат. Из постоянных жителей тундры можно назвать лемминга, песца, северного оленя, полярного волка. В Северной Америке естественным обитателем тундры явлется овцебык. В России овцебыков полностью истребили уже в историческое время (или они вымерли сами, тут сложно сказать что-то определённое), но в 70-х гг 20 века началась работа по реинтродукции этого вида в российской тундре. Интродукция завершилась успешно. Сейчас овцебыки в России обитают на Таймыре, на о. Врангеля, в Полярном Урале, в Якутии, в Магаданской области.

Летом в тундре пасётся белый медведь, но зимой медведи уходят в зону арктических пустынь.

Все животные, которые проживают в тундре обладают тёплым мехом, значительными жировыми запасами, маленькими ушками, короткими лапами, и в строении тела явно наблюдается тенденция превратиться в шарик - так с точки зрения сохранения тепла наиболее выгодно существовать, хотя, конечно, удирать от хищника или, наоборот, догонять добычу шарикам проблематично, поэтому и хищники и их жертвы в шарики окончательно не превратились.

34 Лемминги являются важной частью меню живущих в тундре хищников - сов и песцов. Размножаются довольно умеренно, по 5-6 пометов в год. В Скандинавских странах есть легенды, рассказывающие о том, что лемминги иногда так боятся жить, что кончают жизнь самоубийством, бросаясь в реки и озёра. На самом деле эта легенда всего лишь миф, который основан на реальных фактах. Возник этот миф в 19 веке, когда учёные не могли найти ответ на вопрос: почему в некоторые годы численность леммингов резко падает. К тому же, популярность этот миф приобрел благодаря постановочному самоубийству леммингов в документальном фильме о природе Канады - «Белая пустошь». Чтобы снять эту сцену, садисты создатели фильма сгоняли метлой десятки купленных ими леммингов в реку.

Реалии же таковы - раз в несколько лет в популяции грызунов наблюдается резкий скачок. Тогда им начинает не хватать еды, и пушистики бросаются во все тяжкие, чтобы кровь из носу, но пожрать, да простите мне мой ёмкий русский. Они начинают есть даже ядовитые растения и агрессивно ведут себя по отношению к хищникам. А когда есть становится совсем-совсем нечего, огромные толпы леммингов устремляются на поиски еды. В годы, когда популяция леммингов сокращается, песцам приходится менять место жительства в поисках еды, а совы даже не откладывают яйца, потому что потом нечем будет кормить птенцов.

35 Норвежский лемминг

36 Песец - главный хищник тундры

37 Северный олень. Живёт в северной части Евразии и Северной Америки. Ест не только траву и лишайники, но и мелких млекопитающих и птиц. В Евразии северный олень одомашнен и является важным источником пропитания и материалов для многих северных народов. Рога есть и у самцов и у самок. Самкам рога нужны, чтобы отгонять от еды зарвавшихся самцов и для защиты от хищников. Северный олень в значительной степени одомашнен. От оленей люди получают молоко, мясо, шерсть, рога, кости, панты. От человека оленям нужна только соль и защита от хищников.

38 Полярный волк. Подвид волка. Занесён в Красную книгу.

39 Овцебык

Из птиц, постоянно обитающих в тундре, можно назвать белую куропатку, полярную сову, лапландского подорожника.

40 Белая куропатка зимой

41 Белая куропатка летом

42 Птенец белой куропатки. Посмотрите. какие у него лохматые лапки!

43 Полярная (белая) сова. Одна из самых крупных летающих птиц. Вес самок достигает 3 кг (самцы обычно мельче самок), а размах крыльев - до 170 см. Взрослые птицы белые с тёмными крапинами. Больше крапин у самок. В год одна полярная сова съедает в среднем 1600 леммингов, хотя охотится она не только на них - в её рацион входят куропатки, зайцы, и даже песцы. Устроив гнездо полярная сова активно его охраняет - не подпускает хищников даже на 1 км к гнезду. К тому же возле гнезда сова не охотится. Этим пользуются всевозможные птицы, устраивающие свои гнездовья рядом с гнездом совы - казарки, утки, кулики и пр.

44 Красавица

45 Кто там написал сказку про гадкого утёнка? Лебедята по сравнению с этим чучелом - красавчики! И вырастит из чучела белоснежная красавица-сова. Вот про кого надо было сказку сочинять. Про гадкого совёнка!

46 Лапландский подорожник распространён в Сибири, Восточной и Северной Европе. Его ареалы гнездования расположены на севере России, в Норвегии и Швеции.

Довольно много гнездящихся летом в тундре птиц, например прогремевшие недавно на всю Россию стерхи, краснозобые казарки, утки и другие представители водоплавающих птиц. Все они осенью покидают тундру и улетают в более тёплые страны.

47 Стерх (белый журавль). Гнездится в Якутии и к западу от устья Оби. На зиму улетает в Индию и Иран. В природе осталось около 3000 особей стерхов. Обских стерхов - около 40. Птица крупная, рост около 140 см, размах крыльев более 2 метров. Живёт на озёрах и болотах.

48 Краснозобая казарка. Крупная утка, шумная, суетливая. Легко приручается. Гнездится на Таймыре, зимует в Причерноморье и Прикаспии. Занесена в Красную книгу.

Одним из главных представителей животного мира тундры является (барабанная дробь) ......

49 Комар

В лений период года в тундре гнус никому не даёт спокойно жить - комары, мошки, слепни готовы сожрать любого, кто не наделён от природы густым мехом и толстой кожей.

Основной проблемой тундры остаётся крайняя уязвимость её экологии. Из-за медленного восстановления нарушенного почвенно-растительного покрова даже следы от автомашины зарастают многие десятилетия. Строительство нефте- и газодобывающих объектов уничтожает многие тысячи гектар тундры. Даже если остановить всё строительство в тундре, восстановление экологии произойдёт через сотни лет.

Казалось бы, что в этом суровом крае, где зимой режет кожу ледяной колючий ветер, а летом атакуют полчища кровососов делать людям? Но спросите любого, кто бывал в тундре - стоит ли туда ехать? И почти наверняка получите ответ - стоит. Из-за северного ли сияния, или из-за полярного дня, из-за бескрайних ли просторов или из-за пугающего безлюдия, из-за "шёпота звёзд" или из-за песца, ворующего твой обед, из-за скрипящих по насту полозьев или из-за летящего из-под копыт оленя снега.

50

Кстати, о "шёпоте звёзд". Порою в тундре наблюдаются такие морозы, что вырывающийся изо рта при дыхании пар мгновенно застывает. При безветренной погоде, в необычайной тишине тундры можно услышать, как микрольдинки, образовавшиеся от вашего дыхания, трутся друг о друга, "шепчут". Именно это явление полярники называют "шёпотом звёзд".

В качестве заключения, контрольный абзац, так сказать. По ежегодным исследованиям всяких "британских учёных" Исландия, полностью лежащая в зоне тундры, признаётся самым счастливым государством мира. Люди там самые счастливые! По тем же исследованиям, россияне где-то во второй сотне по количеству счастья на душу населения =) Может быть, нам пора переезжать всем в тундру? =)

Общая характеристика тундры

Замечание 1

Ученые предполагают, что тундра самая молодая природная зона, образовавшаяся около 10 тыс. лет назад. Встречается она по всему миру, занимая пятую часть суши.

К югу от зоны арктических пустынь на побережье морей Северного Ледовитого океана располагается природная зона тундры.

Тянется она вдоль северного побережья Северной Америки, в частности Канады и Евразии сплошной полосой, ширина которой до 500 км.

Хорошими примерами тундры являются некоторые районы Гренландии и Аляски. Есть эта зона и на острове Исландия.

В Европе из-за влияния теплых течений площадь тундры значительно меньше.

Тундру можно встретить на ряде островов вблизи Антарктиды, а в горах она образует высотный ландшафтный пояс – горную тундру.

В России зона прижимается к побережью узкой полосочкой на западе и образует широкую полосу на востоке страны, особенно на полуостровах Таймыр и Чукотка. Занимает она и часть прилегающих островов в Северном Ледовитом океане.

Выделяют три подзоны тундр:

1. тундра арктическая с травянистым растительным покровом;
2. типичная тундра или средняя, в основном моховая с примесью злаков и разнотравья, с карликовыми березами и ползучими полярными ивами;
3. южная кустарниковая тундра, растительность которой зависит от долготы.

В горах субарктического и умеренного пояса образовались горные тундры. В Карпатах и на Украине их называют полонинами, а в Крыму – яйлами.

В южном полушарии на островах Южная Георгия, Южные Сандвичевы острова, на части Антарктического полуострова находится Антарктическая тундра.

Основной чертой этой зоны являются низменные заболоченные участки и озера с высокой влажностью, сильными ветрами и многолетней мерзлотой, которая в летний период успевает оттаять на несколько сантиметров.

Болота образуются потому что оттаявшая вода не может просочиться вглубь и застаивается на поверхности. Болота и озера образуются даже в небольших понижениях рельефа.

Североамериканская тундра мало отличается от европейской и азиатской. Для неё также характерно переувлажнение почвы и грунтов в связи с небольшим количеством тепла и осадков. Здесь тоже много болот, озер и маленьких речек.

Растения тундры приспособились к её суровым условиям с долгой холодной зимой и коротким прохладным летом, поэтому с наступлением относительно теплого периода быстро цветут, чтобы успеть дать плоды и семена до наступления холодов.

Летняя тундра представляет собой яркий ковер из цветов, пестрого мха и карликовых деревьев.

Климат тундры

Природная зона тундры сформировалась в пределах субарктического климатического пояса с суровой и продолжительной зимой.

Большая часть зоны находится за пределами Северного полярного круга, поэтому там есть полярный день и полярная ночь, а суровость зимы связана с континентальностью климата.

Годовой радиационный баланс в зоне низкий, а в период полярной ночи, которая длится здесь 60-80 суток, тепло не поступает совсем.

В российской части тундры средняя январская температура от -5 до -10 градусов.

На Дальнем Востоке и северо-востоке Сибири термометр может опускаться до -50 градусов. Июльская средняя температура +5…+10 градусов. Заморозки могут быть в любой день лета.

Снег лежит с октября по июнь. Мощность снежного покрова в Европейской части составляет 50-70 см, а в Восточной Сибири и Канаде только 20-40 см. Характерными являются частые бураны.

В течение всего года в тундре дуют холодные ветры – в летний период они дуют со стороны Северного Ледовитого океана, а в зимний – с охлажденной материковой части Евразии.

Осадков мало – 200-300 мм в год. Лето короткое с продолжительным полярным днем.

В горных тундрах осадков выпадает больше – 500 мм. При низких температурах увлажнение везде избыточное и коэффициент увлажнения больше 1,5.

В Канадской Арктике и в районе Западных Кордильер выделяют несколько типов тундр:

• тундра гор Святого Ильи и Аляскинского хребта;
• тундра Баффиновой Земли;
• тундра хребта Брукс и гор Бритиш-Маунтинс;
• тундра нагорий пролива Девисов;
• горная тундра Торнгат;
• высокогорная тундра внутренних районов;
• высокогорная тундра Огилви и Маккензи;
• тундра заполярная;
• тундра приполярная;
• ледяные поля и тундра гор тихоокеанского побережья;
• тундра арктическая.

Сильный ветер сдувает снег в понижения рельефа, образуя снежные заносы. Климат арктической тундры, которая протянулась от американской Аляски до канадского Квебека, по сравнению с приполярной более влажный и сырой.

Охрана природной зоны тундры

С развитием хозяйственной деятельности человека многие районы российской тундры находятся в зоне экологического риска.

Особенный риск связан с добычей нефти её транспортировкой. Горящие нефтяные озера и территории, выгоревшие полностью, а когда-то покрытые растительностью, нередко можно встретить на просторах этой уникальной природной зоны.

Прокладываемые здесь новые нефтепроводы являются препятствием для оленей, несмотря на то, что делаются специальные проходы для их свободного перемещения, животные не всегда их могут найти.

Гусеничный транспорт повреждает почвенный слой, формировавшийся десятки лет, да и люди оставляют за собой не только производственный, но и бытовой мусор.

С целью сохранения уникальных природных ландшафтов в Северной Америке и Евразии создают заповедники и национальные парки – Лапландский заповедник, заповедник на острове Врангеля, Таймырский заповедник, созданные в российской тундре.

В Финляндии создан заповедник Риситунтури.

В Северной Америке для сохраненя хрупкой природы тундры созданы национальные парки, так, например, канадский национальный парк Наханни, в южной части гор Маккензи, основанный в 1976 г. На территории парка, кроме тундры находятся серные термальные источники, смешанные леса из елей и тополей. Парк является Всемирным наследием ЮНЕСКО.

На северо-западе Аляски – национальный заказник Ноатак, национальный парк Канады – Клуэйн, расположенный на юго-западе канадской территории Юкон. Национальный парк и заповедник на юго-западе Аляски – Лейк-Кларк.

Это большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой , соленостью , плотностью , прозрачностью , количеством содержащегося кислорода и многими другими свойствами. В отличие от воздушных масс, в них большое значение имеет вертикальная зональность.

В зависимости от глубины различают следующие виды водных масс:

Поверхностные водные массы . Они располагаются до глубины 200-250 м . Здесь часто меняется температура воды, соленость, так как эти водные массы формируются под воздействием атмосферных осадков и притока пресных материковых вод. В поверхностных водных массах образуются волны и горизонтальные океанические течения . В этом виде водных масс наибольшее содержание планктона и рыбы.

Промежуточные водные массы . Они располагаются до глубины 500-1000 м . В основном этот вид масс встречается в тропических широтах обоих полушарий и формируется в условиях повышенного испарения и постоянного повышения солености.

Глубинные водные массы . Их нижняя граница может доходить до 5000 м . Их формирование связано с перемешиванием поверхностных и промежуточных водных масс, полярных и тропических масс. Вертикально они движутся очень медленно, но горизонтально - со скоростью 28 м/час.

Придонные водные массы . Они располагаются в Мировом океане ниже 5000 м , имеют постоянную соленость и очень большую плотность.

Водные массы можно классифицировать не только в зависимости от глубины, но и по происхождению . В данном случае различают следующие виды водных масс:

Экваториальные водные массы . Они хорошо прогреты солнцем, их температура по сезонам меняется не больше чем на 2° и составляет 27 - 28°С. На них оказывают опресняющее действие обильные атмосферные осадки и реки, впадающие в океан в этих широтах, поэтому соленость этих вод ниже, чем в тропических широтах.

Тропические водные массы . Они также хорошо прогреты солнцем, но температура вод здесь ниже, чем в экваториальных широтах, и составляет 20-25°С. По сезонам температура вод тропических широт меняется на 4°. На температуру вод этого вида водных масс большое влияние оказывают океанические течения: западные части океанов, куда приходят теплые течения от экватора, теплее, чем восточные, так как туда приходят холодные течения . Соленость этих вод значительно выше, чем экваториальных, так как здесь в результате нисходящих воздушных потоков устанавливается высокое давление и выпадает мало осадков. Не оказывают опресняющего действия и реки, так как в этих широтах их очень мало.

Умеренные водные массы . По сезонам температура вод этих широт отличается на 10°: зимой температура воды колеблется от 0° до 10°С, а летом она изменяется от 10° до 20°С. Для этих вод уже характерна смена времен года, но наступает она позднее, чем на суше, и выражена не так резко. Соленость этих вод ниже, чем тропических, так как опресняющее действие оказывают атмосферные осадки, реки, впадающие в эти воды, и айсберги, заходящие в эти широты. Для умеренных водных масс характерны также температурные различия западных и восточных частей океана: холодными являются западные части океанов, где проходят холодные течения, а восточные области согреваются теплыми течениями.

Полярные водные массы . Они формируются в Арктике и у берегов Антарктиды и могут выноситься течениями в умеренные и даже тропические широты. Для полярных водных масс характерно обилие плавающего льда, а также льда, формирующего огромные ледяные пространства. В Южном полушарии в районах полярных водных масс морские льды заходят в умеренные широты много дальше, чем в Северном. Соленость полярных водных масс низка, так как сильное опресняющее действие оказывает плавающий лед.

Между разными видами водных масс, различающихся по происхождению, нет четких границ, а существуют переходные зоны . Наиболее отчетливо они выражены в местах соприкосновения теплых и холодных течений.

Водные массы активно взаимодействуют с атмосферой: они отдают ей влагу и тепло и поглощают из нее углекислый газ, выделяют кислород.

Самыми характерными свойствами водных масс являются соленость и температура .

Водные массы Мирового океана могут быть разделены на типы, характеризующиеся определенными свойствами или определенным соотношением различных характеристик. Название каждой Водной массы отражает район формирования (источник) и пути ее перемещения. Например, антарктическая придонная вода образуется в различных районах вокруг Антарктического материка и обнаруживается у дна на больших участках океана. Водные массы образуются либо в результате термохалинных изменений, обусловленных взаимодействием моря и атмосферы, либо в результате перемешивания двух или более вод. После формирования Водная масса смещается на горизонт, определяемый ее плотностью, в зависимости от вертикального распределения плотности окружающей воды, и, постепенно перемешиваясь или взаимодействуя с атмосферой (если Водная масса распространяется у поверхности или на горизонтах, близких к поверхности), теряет характерную черту (или черты), которую она приобрела в районе формирования.

Основные Водные массы Мирового океана образуются в результате термохалинных изменений. Такие Водные массы имеют экстремум по одной или многим характеристикам. Слой, в котором наблюдается этот экстремум (глубина слоя определяется плотностью воды), называется срединным слоем. Этот слой может быть обнаружен при исследовании вертикального распределения типичных свойств В. м.

Наибольшую часть поверхностных и подповерхностных Водных масс составляют центральные Водные массы, которые обнаруживаются в умеренных широтах в обоих полушариях. Они характеризуются высокой соленостью и довольно высокими температурами и могут быть подразделены на такие подтипы, как западная и восточная центральные Водные массы. Это именно те Водные массы, которые являются источником срединного слоя с низким максимумом солености (субтропическое противотечение), формирующегося в результате опускания поверхностных вод в зонах субтропических конвергенции (35—40° с. и ю. ш.) в большинстве тропических районов океана. Между центральными Водными массами северного и южного полушарий находится экваториальная вода. Эта Водная масса хорошо развита в Тихом и Индийском океанах, но ее нет в Атлантическом океане.

В направлении к полюсам центральные Водные массы охлаждаются, что связано с таянием льда и температурным контрастом между водой и атмосферой. Между полярными поверхностными Водными массами и глубинными водами существуют воды промежуточной зоны — субарктическая и субантарктическая поверхностные воды. При стыке Водных масс промежуточной зоны происходит опускание вод вдоль зоны конвергенции. Эту зону, или полярный фронт, можно рассматривать как район образования промежуточных Водных масс Мирового океана. Они холодные, имеют низкую соленость и отделяют верхнюю теплую водную сферу от нижней холодной. В Атлантическом океане наиболее распространенной промежуточной Водной массой является антарктическая промежуточная вода, образующаяся в пределах южного полярного фронта; она может быть прослежена «методом ядра» до 20° с. ш. Севернее этой широты существует срединный слой с неярко выраженным минимумом солености.

Субарктическая промежуточная вода встречается в более северных широтах, но она гораздо менее ярко выражена и не распространяется так широко, как антарктическая промежуточная вода.

Из-за мелководности Берингова пролива циркуляция между Северным Ледовитым океаном и северной частью Тихого океана ограничена; поэтому субарктическая промежуточная вода в Тихом океане имеет малое распространение Однако у побережья России происходит опускание вод и формирование промежуточной Водной массы, очень похожей на субарктическую; так как эта Водная масса неарктического происхождения, она названа северотихоокеанской промежуточной водой.

Глубинные и придонные воды образуются в полярных районах, наиболее активно — вокруг Антарктического материка и в районах, прилегающих к Южной Гренландии. Влияние Арктического бассейна на глубоководную циркуляцию Мирового океана незначительно вследствие отчлененности глубин Арктического бассейна подводными хребтами — порогами. Предполагают, что источником большей части глубинных и придонных вод является атлантический сектор Южного океана (море Уэдделла). Сильная глубоководная циркуляция приводит к тому, что влияние Атлантического океана ощущается в большинстве районов Мирового океана. Тихий океан не имеет больших источников глубинной воды, и поэтому поток ниже 2000 м, вероятно, слаб. Индийский океан имеет сложную систему глубинных вод, которая зависит скорее от смешения многих других Водных масс чем от образования типов Водных масс в результате термохалинных изменений.

Трансформация воздушных масс

Влияние поверхности, над которой проходят воздушные массы, сказывается на их нижних слоях. Это влияние может вызвать изменения в содержании влаги в воздухе вследствие испарения или выпадения осадков, а также изменение температуры воздушной массы в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с поверхностью.

Табл. 1. Классификация воздушных масс и их свойства в зависимости от очага формирования

Трансформации, связанные с движением воздушных масс, называются динамическими. Скорости движения воздуха на разных высотах почти наверняка будут различаться, поэтому воздушная масса движется не как единое целое, и наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздушной массы нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание. Другие динамические изменения связаны с крупномасштабным вертикальным движением воздуха.

Трансформации, происходящие с воздушной массой, можно обозначить, прибавляя к ее основному обозначению еще одну букву. Если нижние слои воздушной массы теплее, чем поверхность, над которой она проходит, то добавляется буква "Т", если они холоднее - добавляется буква "X". Следовательно, при охлаждении устойчивость теплой морской полярной воздушной массы увеличивается, в то время как нагрев холодной морской полярной воздушной массы вызывает ее неустойчивость.

Погодные условия в каком-либо месте на Земле можно рассматривать как результат действия определенной воздушной массы и как следствие происшедших с ней изменений. Великобритания, расположенная в средних широтах, испытывает на себе влияние большинства типов воздушных масс. Она, таким образом, является хорошим примером для изучения погодных условий, обусловленных трансформацией воздушных масс вблизи поверхности. Динамические изменения, вызванные в основном вертикальными движениями воздуха, также очень важны при определении погодных условий, и в каждом конкретном случае ими пренебрегать нельзя.

Морской полярный воздух (МПВ), достигающий Британских островов, обычно относится к типу ХМПВ, поэтому эта воздушная масса неустойчива. При прохождении над океаном в результате испарения с его поверхности она сохраняет высокую относительную влажность, и вследствие этого - в особенности над теплой поверхностью Земли в полдень с приходом этой воздушной массы будут возникать кучевые и кучево-дождевые облака, температура опустится ниже средней, и летом будут выпадать ливни, а зимой осадки часто могут выпадать в виде снега или крупы. Порывистые ветры и конвективные движения в воздухе разгонят пыль и дым, так что видимость будет хорошей.

Если морской полярный воздух (МПВ) из очага своего формирования пройдет южнее, а затем направится в сторону Британских островов с юго-запада, он вполне может стать теплым, то есть типа ТМПВ; иногда его называют "возвратным морским полярным воздухом". Он приносит нормальные температуры и погоду, среднюю между погодой, которая устанавливается с приходом воздушных масс ХМПВ и МТВ.

Морской тропический воздух (МТВ) обычно относится к типу ТМТВ, поэтому он устойчив. Достигнув после пересечения океана Британских островов и охладившись, он насыщается (или становится близким к насыщению) водяным паром. Эта воздушная масса приносит с собой мягкую погоду, небо становится пасмурным и видимость плохой, на западе Британских островов нередки туманы. При подъеме над орографическими барьерами формируются слоистые облака; при этом обычны моросящие дожди, переходящие в более сильные, а на восточной стороне горных хребтов идут сплошные дожди.

Континентальная тропическая воздушная масса в очаге своего формирования неустойчива, и, хотя ее нижние слои, когда она достигает Британских островов, становятся устойчивыми, верхние слои продолжают сохранять неустойчивое состояние, что может вызвать в летнее время грозы. Однако в зимний период нижние слои воздушной массы очень устойчивы, и любые облака, которые там образуются, относятся к типу слоистых. Обычно приход такой воздушной массы вызывает повышение температуры намного выше средней, и образуется туман.

С приходом континентального полярного воздуха зимой на Британских островах устанавливается очень холодная погода. В очаге формирования эта масса устойчива, но затем в нижних слоях она может стать неустойчивой и при прохождении над Северным морем в значительной мере "насытится" водяными парами. Облака, которые при этом возникнут, относятся к типу кучевых, хотя могут образоваться и слоисто-кучевые. В зимний период в восточной части Великобритании могут выпадать сильные дожди со снегом или же снегопады.

Арктический воздух (АВ) может быть континентальным (КАВ) или морским (МАВ) в зависимости от того пути, который он проделал от очага формирования до Британских островов. КАВ на своем пути к Британским островам проходит над Скандинавией. Он аналогичен континентальному полярному воздуху, хотя и более холодный и поэтому в зимний и весенний периоды часто приносит с собой снегопады. Морской арктический воздух проходит над Гренландией и Норвежским морем; его можно сравнить с холодным морским полярным воздухом, хотя он холоднее и более неустойчив. Зимой и весной для арктического воздуха характерны сильные снегопады, продолжительные морозы и исключительно хорошие условия видимости.

При определении водных масс океанографы используют понятие, сходное с тем, которое применяется к воздушным массам. Водные массы различают преимущественно по температуре и солености. Также полагают, что водные массы формируются в определенном районе, где они находятся в поверхностном перемешанном слое и где на них оказывают воздействие постоянные атмосферные условия. Если в течение длительного периода времени вода остается в стационарном состоянии, ее соленость будет определяться рядом факторов: испарением и выпадением осадков, поступлением пресной воды с речным стоком в прибрежных районах, таянием и образованием льдов в высоких широтах и т.д. Точно так же ее температура будет определяться радиационным балансом водной поверхности, а также обменом тепла с атмосферой. Если соленость воды будет уменьшаться, а температура повышаться, плотность воды понизится и водная толща станет устойчивой. В этих условиях может сформироваться только поверхностная водная масса небольшой толщины. Если, однако, соленость будет возрастать, а температура понижаться, вода станет более плотной, начнет погружаться, и может сформироваться водная масса, достигающая значительной мощности по вертикали.

Чтобы различать водные массы, данные о температуре и солености, полученные на разных глубинах в некотором районе океана, наносят на диаграмму, у которой по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс - соленость. Все точки соединяются друг с другом линией в порядке возрастания глубин. Если водная масса совершенно однородна, она будет представлена одной-единственной точкой на такой диаграмме. Именно этот признак служит критерием для выделения типа вод. Скопление точек наблюдений вблизи такой точки покажет присутствие вод определенного типа. Но температура и соленость водной массы с глубиной обычно меняются, и водная масса характеризуется на T-S диаграмме определенной кривой. Эти вариации могут быть обусловлены небольшими колебаниями свойств воды, образованной в различное время года и опустившейся на разные глубины в соответствии с ее плотностью. Их можно также объяснить изменениями условий на поверхности океана в том районе, где происходило формирование водной массы, и вода может опускаться не вертикально, а вдоль некоторых наклонных поверхностей равных плотностей. Поскольку q1 является функцией только температуры и солености, на T-S диаграмме можно провести линии равных значений q1,. Представление об устойчивости водной толщи можно получить, сравнивая график T-S с простиранием изолиний q1.

Сформировавшись, водная масса, как и масса воздушная, начинает двигаться из очага формирования, подвергаясь по пути трансформации. Если она останется в приповерхностном перемешанном слое или уйдет из него, а затем возвратится вновь, дальнейшее взаимодействие с атмосферой вызовет изменения температуры и солености воды. Новая водная масса может возникнуть в результате перемешивания с другой водной массой, и ее свойства будут промежуточными между свойствами двух первоначальных водных масс. С того момента, как водная масса перестает подвергаться трансформации под воздействием атмосферы, ее температура и соленость могут изменяться только в результате процесса перемешивания. Поэтому такие свойства называются консервативными.

Водная масса обычно имеет определенные химические характеристики, присущую ей биоту, а также типичные соотношения температуры и солености (T-S соотношения). Полезным показателем, характеризующим водную массу, часто бывает величина концентрации растворенного кислорода, а также концентрация биогенных веществ - силикатов и фосфатов. Морские организмы, присущие определенной водной массе, называются видами-индикаторами. Они могут оставаться в пределах данной водной массы, поскольку ее физические и химические свойства удовлетворяют их или же просто потому, что они, являясь планктоном, переносятся вместе с водной массой из района ее формирования. Эти свойства, однако, изменяются в результате химических и биологических процессов, протекающих в океане, и поэтому называются неконсервативными свойствами.

Достаточно наглядным примером могут служить водные массы, которые формируются в полузамкнутых водоемах. Та водная масса, которая образуется в Балтийском море, обладает низкой соленостью, что вызвано значительным превышением речного стока и количества выпадающих осадков над испарением. Летом эта водная масса достаточно нагревается и поэтому обладает очень низкой плотностью. Из своего очага формирования она вытекает через узкие проливы между Швецией и Данией, где происходит ее интенсивное перемешивание с нижележащими водными слоями, поступающими в проливы со стороны океана. Перед перемешиванием ее температура летом близка к 16°С, а соленость составляет менее 8% 0 . Но к тому времени, когда она достигает пролива Скагеррак, ее соленость в результате перемешивания повышается до величины порядка 20% о. В силу низкой плотности она остается на поверхности и быстро трансформируется в результате взаимодействия с атмосферой. Поэтому эта водная масса не оказывает заметного влияния на районы открытого океана.

В Средиземном море испарение превосходит приток пресной воды, поступающей в виде осадков и речного стока, и поэтому соленость там увеличивается. В северо-западной части Средиземного моря зимнее охлаждение (связанное в основном с ветрами, называющимися мистраль) может привести к конвекции, которая охватывает всю водную толщу до глубин более 2000 м, в результате чего формируется чрезвычайно однородная водная масса с соленостью более 38,4% и температурой около 12,8°С. При выходе этой водной массы из Средиземного моря через Гибралтарский пролив она подвергается интенсивному перемешиванию, и наименее перемешанный слой, или ядро, средиземноморской воды в прилегающей части Атлантики имеет соленость 36,5% 0 и температуру 11 °С. Этот слой обладает высокой плотностью и поэтому погружается до глубин порядка 1000 м. На этом уровне он распространяется, подвергаясь непрерывному перемешиванию, но его ядро все же можно распознать среди других водных масс большей части Атлантического океана.

В открытом океане Центральные водные массы образуются на широтах примерно от 25° до 40°, а затем погружаются вдоль наклонных изопикн и занимают верхнюю часть главного термоклина. В Северной Атлантике такая водная масса характеризуется T-S кривой с исходным значением 19°С и 36,7% и конечным значением 8°С и 35,1%. В более высоких широтах формируются промежуточные водные массы, которые характеризуются низкой соленостью, а также низкой температурой. Наиболее широко распространена Антарктическая промежуточная водная масса. Она имеет температуру от 2° до 7°С и соленость от 34,1 до 34,6% 0 и после погружения примерно на 50° ю. ш. до глубин 800-1000 м распространяется в северном направлении. Наиболее глубокие водные массы формируются в высоких широтах, где вода зимой охлаждается до очень низких температур, часто до точки замерзания, так что соленость определяется процессом замерзания. Антарктическая придонная водная масса обладает температурой - 0,4°С и соленостью 34,66% 0 и распространяется в северном направлении на глубинах более 3000 м. Северо-Атлантическая глубинная придонная водная масса, которая образуется в Норвежском и Гренландском морях и при перетекании через Шотландско-Гренландский порог испытывает заметную трансформацию, распространяется к югу и перекрывает Антарктическую придонную водную массу в экваториальной и южной частях Атлантического океана.

Концепция водных масс сыграла большую роль при описании процессов циркуляции в океанах. Течения в глубинах океанов одновременно и очень медленны, и очень переменчивы, чтобы их можно было изучать с помощью непосредственного наблюдения. Но T-S анализ помогает выделить ядра водных масс и определить направления их распространения. Однако чтобы установить скорость, с которой они перемещаются, необходимы другие данные, такие, как скорость перемешивания и скорость изменения неконсервативных свойств. Но их обычно получить не удается.

Движения в атмосфере и в океане можно классифицировать различными способами. Один из них - разделение движения на ламинарное и турбулентное. При ламинарном течение частицы жидкости двигаются упорядоченно, линии тока параллельны. Турбулентное течение хаотично, и траектории отдельных частиц пересекаются. В однородной по плотности жидкости переход от ламинарного режима к турбулентному происходит, когда скорость достигает некоторой критической величины, пропорциональной вязкости и обратно пропорциональной плотности и расстоянию до границы течения. В океане и атмосфере течения в большинстве случаев турбулентные. При этом эффективная вязкость, или турбулентное трение, в таких течениях обычно на несколько порядков больше молекулярной вязкости и зависит от природы турбулентности и ее интенсивности. В природе наблюдаются два случая ламинарного режима. Один-это течение в очень тонком слое, прилегающем к гладкой границе, другой - движение в слоях значительной вертикальной устойчивости (какими являются, например, слой инверсии в атмосфере и термоклин в океане), где флуктуации вертикальной скорости малы. Вертикальный сдвиг скорости в таких случаях намного больше, чем в турбулентных течениях.

Еще один способ классификации движений в атмосфере и океане основан на их разделении по пространственным и временным масштабам, а также на выделении периодических и непериодических составляющих движения.

Наибольшим пространственно-временным масштабам отвечают такие стационарные системы, как пассаты в атмосфере или Гольфстрим в океане. Хотя движение в них и испытывает флуктуации, эти системы можно рассматривать как более или менее постоянные элементы циркуляции, имеющие пространственный масштаб порядка нескольких тысяч километров.

Следующее место занимают процессы с сезонной цикличностью. Среди них следует особо отметить муссоны и обусловленные ими - и тоже меняющие свое направление - течения Индийского океана. Пространственный масштаб этих процессов также порядка нескольких тысяч километров, однако их отличает выраженная периодичность.

Процессы с временным масштабом в несколько дней или недель, как правило, нерегулярны и имеют пространственные масштабы до тысячи километров. К ним относятся вариации ветра, связанные с переносом различных воздушных масс и вызывающие изменения погоды в таких районах, как Британские острова, а также аналогичные и часто связанные с первыми колебания океанских течений.

Рассматривая движения с временным масштабом от нескольких часов до одного-двух дней, мы встречаемся с большим разнообразием процессов, среди которых имеются и явно периодические. Это может быть суточная периодичность, связанная с суточным ходом солнечной радиации (она характерна, например, для бриза - ветра, дующего днем с моря на сушу, а ночью с суши на море); это может быть суточная и полусуточная периодичность, характерная для приливов; это может быть периодичность, связанная с перемещением циклонов и другими атмосферными возмущениями. Пространственный масштаб этого типа движений от 50 км (для бризов) до 2000 км (для барических депрессий на средних широтах).

Временным масштабам, измеряемым секундами, реже минутами, соответствуют регулярные движения - волны. Наиболее распространены ветровые волны на поверхности океана, имеющие пространственный масштаб около 100 м. В океане и в атмосфере встречаются и более длинные волны, как, например, подветренные волны. Нерегулярные движения с такими временными масштабами отвечают турбулентным флуктуациям, проявляющимся, например, в виде порывов ветра.

Движение, наблюдаемое в каком-то районе океана или атмосферы, может быть охарактеризовано векторной суммой скоростей, каждая из которых отвечает определенному масштабу движения. Например, измеренная в какой-то момент времени скорость может быть представлена в виде где и обозначает турбулентные пульсации скорости.

Для характеристики движения можно использовать описание сил, участвующих в его создании. Этот подход в сочетании с методом разделения по масштабам будет использован в последующих главах при описании различных форм движения. Здесь же удобно рассмотреть различные силы, действие которых может вызвать горизонтальные движения в океане и атмосфере или повлиять на них.

Силы можно разделить на три категории: внешние, внутренние и вторичные. Источники внешних сил лежат вне жидкой среды. В эту категорию попадает гравитационное притяжение Солнца и Луны, вызывающее приливные движения, а также сила трения ветра. Внутренние силы связаны с распределением массы или плотности в жидкой среде. Неравномерное распределение плотности обусловлено неравномерным нагревом океана и атмосферы, и порождает горизонтальные градиенты давления внутри жидкой среды. Под вторичными мы понимаем силы, действующие на жидкость только тогда, когда она пребывает в состоянии движения относительно земной поверхности. Наиболее очевидной является сила трения, всегда направленная против движения. Если различные слои жидкости движутся с разными скоростями, трение между этими слоями, обусловленное вязкостью, приводит к замедлению более быстро движущихся слоев и ускорению менее быстро движущихся слоев. Если течение направлено вдоль поверхности, то в слое, примыкающем к границе, сила трения прямо противоположна направлению потока. Несмотря на то что трение играет обычно незначительную роль в атмосферных и океанских движениях, оно привело бы к затуханию этих движений, если бы их не поддерживали внешние силы. Таким образом, движение не могло бы оставаться равномерным, если бы другие силы отсутствовали. Две другие вторичные силы - это фиктивные силы. Они связаны с выбором системы координат, относительно которой рассматривается движение. Это сила Кориолиса (о которой мы уже говорили) и центробежная сила, появляющаяся при движении тела по окружности.

Тело, двигающееся с постоянной скоростью по окружности, все время изменяет направление своего движения и, следовательно, испытывает ускорение. Это ускорение направлено к мгновенному центру кривизны траектории и называется центростремительным ускорением. Следовательно, чтобы оставаться на окружности, тело должно испытывать действие некоторой силы, направленной к центру окружности. Как показано в элементарных учебниках по динамике, величина этой силы равна mu 2 /r, или mw 2 r, где r - масса тела, m-скорость движения тела по окружности, r-радиус окружности, а w - угловая скорость вращения тела (обычно измеряемая в радианах в секунду). Например, для пассажира, едущего в поезде по криволинейной траектории, движение кажется равномерным. Он видит, что перемещается относительно поверхности с постоянной скоростью. Однако пассажир ощущает действие некоторой силы, направленной от центра окружности, - центробежной силы, и он противодействует этой силе, наклоняясь к центру окружности. Тогда центростремительная сила оказывается равной горизонтальной составляющей реакции опоры-сиденья или пола поезда. Другими словами, для сохранения своего кажущегося состояния равномерного движения пассажиру необходимо, чтобы центростремительная сила была равна по величине и противоположна по направлению центробежной силе.