Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Однако судьба океанической воды определяется не только этими силами. Она во многом зависит и от таких факторов, как температура, плотность и соленость воды. В различных океанах и морях разный уровень солености. Как правило, на 1000 граммов морской воды приходится 35 граммов соли; в Балтийском море и в Северном Ледовитом океане это значение ниже, а в Средиземном и Красном морях – выше. Температура воды также сильно разнится в зависимости от точки земного шара. Плотность морской воды соотносится с ее температурой и соленостью, поэтому она также варьируется от места к месту и способствует циркуляции воды в океане.

Чем теплее вода в океане, тем менее плотной и более легкой она становится, поднимаясь к поверхности. Обратное утверждение тоже верно: чем холоднее вода, тем плотнее она становится – и это заставляет ее опускаться вниз. И чем больше соли в воде, тем она плотнее. Таким образом, больше всего по плотности отличаются холодная, тяжелая соленая вода и теплая, легкая пресная вода.

Зимой в полярных регионах тепло из верхнего слоя океана уходит в атмосферу, что в итоге приводит к формированию ледяного покрова на поверхности и увеличению солености воды. Тяжелая холодная соленая вода в полярных регионах погружается на большие глубины, а в тропических теплая вода подтягивается к полюсам, чтобы заместить ушедшую оттуда холодную. В то же время в глубинах полярных морей масса тяжелой воды накапливается и выталкивается в экваториальные области. Двигаясь к экватору, вода становится теплее и легче. Так завершается огромный океанический цикл циркуляции воды. Этот процесс превращения теплой пресной поверхностной воды в холодную соленую глубинную воду называется глубокой конвекцией и действует как своего рода тепловой двигатель, приводящий в движение циркуляцию воды в океане.

Таким образом, кроме ветровой циркуляции, в которой участвуют потоки воды на поверхности, действует циркуляция воды, обусловленная перепадом температуры и солености. Этот вид называется термохалинной циркуляцией. Совместный эффект создает трехмерную циркуляцию – так называемый океанический конвейер (см. рис. 7.2). Циркуляционные потоки в бассейнах Атлантического, Индийского и Тихого океанов связаны потоками Южного. Климат Западной Европы сильно зависит от океанического конвейера: благодаря Северо-Атлантическому течению, являющемуся продолжением Гольфстрима, она получает «бесплатное» тепло, которое эквивалентно мощности около миллиона электростанций.

Рис. 7.2. Холодная плотная вода у полюсов опускается в глубины океана, откуда течет в тропики. Взамен из тропиков по поверхности течет теплая вода, образуя «океанический конвейер».

Морская вода может накапливать большое количество тепла: верхний слой Мирового океана глубиной 3 метра обладает такой же теплоемкостью, как и вся атмосфера. Солнце нагревает поверхность океана напрямую, поэтому поверхностные воды обычно самые теплые и легкие, а вода вблизи океанического дна – самая холодная и плотная. Вода в океанах располагается слоями, температура в которых постепенно понижается ближе ко дну, а плотность – нарастает. Такая стратификация океана очень важна, потому что воде гораздо проще течь вдоль слоев постоянной плотности, чем пересекать их. Но она, конечно, также может перемещаться с одной глубины на другую в регионах с глубокой конвекцией или там, где океанические слои уходят вглубь, как мы покажем в дальнейшем.

Воды старые и новые

Под действием ветров, дующих вдоль поверхности, вода сбивается в так называемый слой перемешивания, глубина которого достигает 100 метров. Температура и плотность на всем протяжении этого слоя примерно постоянны. Под слоем перемешивания температура и плотность меняются в зависимости от глубины. Основная часть океана содержит холодную воду, которая зимой опускается вниз на высоких широтах. Поскольку теплые тропические воды легче, они располагаются над более холодными полярными. Между ними существует относительно резкий водораздел, ниже которого температура с глубиной начинает резко падать. Этот слой температурного скачка называется термоклином.

Наличие термоклина непосредственно связано с термохалинной циркуляцией. В ряде мест, где существует глубокая конвекция, вода опускается вниз сравнительно быстро – например в полярных областях Северной Атлантики и в море Уэдделла, рядом с Антарктидой. Но подъем происходит гораздо медленнее, со скоростью в среднем около 1 сантиметра в сутки – на огромной территории в более теплых умеренных и тропических регионах. Затем вода медленно возвращается к полюсу у поверхности и цикл завершается.