Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Поскольку поверхностные полярные воды холоднее и плотнее, чем поверхностные тропические, слои равной плотности в океане в основном не параллельны его поверхности. Слой постоянной плотности – изопикна – обычно имеет наклон вниз, начиная от поверхности океана. Вот почему за пределами локальных областей глубокой конвекции вода с поверхности океана тоже может проникать вглубь него. Поверхностная вода несет с собой тепло, соль, кислород и углекислый газ. Частично выравниваются и другие характеристики поверхностной и глубинной вод. Осуществляется своеобразная вентиляция – перенос свойств воды во внутреннюю часть океана. Эта вентиляция уносит углекислый газ, растворенный в поверхностной морской воде, вглубь и изолирует его от атмосферы. Именно поэтому изменения в характере океанической циркуляции влияют на способность океанов поглощать атмосферный углекислый газ.

Каков возраст воды?

Океанографы считают, что воде в океане столько лет, сколько прошло с момента ее последнего нахождения на поверхности. Изучение возраста воды помогает воссоздать картину ее перемещения в океане.

Для определения возраста воды океанографы используют метод измерения с помощью радиоактивного изотопа углерода (углерода-14), растворенного кислорода и диоксида кремния. Этой же цели можно достигнуть, изучая загрязнения, возникшие в результате деятельности человека – измеряя содержание трития, радиоактивного изотопа водорода, оставшегося после испытаний ядерных бомб в 1950-х и 1960-х годах. Возраст воды у поверхности может составлять не более нескольких лет, тогда как глубинная вода будет намного старше. Например, вода в Северной Атлантике, которая холоднее 2 °C, последний раз контактировала с атмосферой порядка 200 лет назад, а вода в Тихом океане на глубине 1500 метров и ниже – старше 500 лет.

Вертикальная циркуляция океанической воды означает, что даже очень старая вода неизбежно должна вернуться на поверхность, прежде чем начнется новый цикл ее погружения. Для завершения полного цикла циркуляции потребуется несколько тысяч лет, так как вода может перемещаться на огромные расстояния. Она может совершить на своем пути много виражей и отклонений от первоначального курса. Подобно тому, как ветер на суше свободно проходит через долины и отклоняется холмами, глубинные океанские течения также подвергаются влиянию рельефа океанического дна, который изучает батиметрия.

Различные части Мирового океана могут быть соединены узкими каналами, потоки в которых определяются батиметрическими характеристиками. Например, в Гибралтаре атлантическая вода с относительно низкой соленостью впадает в Средиземное море, а соленая средиземноморская вытекает, погрузившись глубоко вниз. Такие «бутылочные горлышки» могут иметь решающее значение при регулировании водного обмена, когда вода с разными свойствами принимает участие в глобальной циркуляции океана.

Океанские вихри

Может показаться, что общая картина циркуляции имеет равномерный и неспешный характер. Однако дьявол, как всегда, в деталях. Подобно атмосфере, у которой есть свои области повышенного давления (антициклоны) и пониженного давления (циклоны), у океана также есть свои «метеосистемы» – вихри, передвигающиеся со скоростями несколько сантиметров в секунду и переносящие тепло и соль из одной части океана в другую. Однако они не превышают 100 километров в поперечнике, что намного меньше, чем их атмосферные аналоги, которые могут иметь протяженность до 1000 километров.

В регионах с быстрым течением, таких как Гольфстрим, время жизни вихрей обычно не превышает пары месяцев. И напротив, в менее динамичных регионах вихри могут удерживаться в течение двух и более лет. Они образуются там, где течение нестабильно – например, где у течения есть сильный изгиб или где существует большая разница в скорости между соседними фрагментами течения; или же там, где скорость значительно меняется с глубиной.

Вихри переносят большое количество кинетической энергии и тепла и могут играть важную роль в установлении баланса энергии и тепла в Мировом океане. Также они имеют большое значение для выравнивания различных характеристик воды, которые отличаются в зависимости от океана. Агульясское течение – западное прибрежное течение у восточного побережья Африки – регулярно генерирует вихри, которые переносят теплую соленую воду из Индийского океана в Южную Атлантику.

Сегодня над разгадкой тайны океанической циркуляции трудятся ученые из многих стран. Если мы добьемся успеха, то сделаем еще один шаг в понимании того, как формируется климат Земли, и, возможно, научимся точно его предсказывать.

Настоящие монстры глубин