География Мирового океана

АТМОСФЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Известно, что суша занимает приблизительно лишь 29 % поверхности нашей планеты, океаны и моря — 71 %. Это соотношение определяет многие черты природы земного шара. Если бы площадь океана была существенно меньше, происходили бы очень резкие колебания температуры, увеличилась бы площадь пустынь и полупустынь. Большее распространение океана уменьшило бы площадь континентов и вызвало бы избыточное увлажнение значительных пространств. Соотношение площадей 29: 71 в пользу океана обеспечивает разнообразие условий на суше, развитие лесных ландшафтов, степей, саванн, пустынь, большую водоносность рек.

Чтобы понять, каким образом на зыбкой, подвижной, постоянно изменяющейся поверхности океана могут сформироваться физико-географические различия, необходимо кратко рассмотреть некоторые физические, химические, геологические и биологические явления в жизни океана.

Механизм формирования физико-географических различий в океане несколько иной, чем на поверхности суши. На суше, на устойчивой неподвижной поверхности, каждый год повторяется более или менее одинаковый цикл изменений погоды. Под ее влиянием формируются гидрологический режим, растительный и почвенный покров — весь природный комплекс.

Главный источник энергии и первопричина движений в атмосфере и гидросфере — это Солнце. Оно согревает Землю в основном в низких широтах, отсюда тепло переносится в более высокие широты. Океан получает тепло, и часть его переходит в атмосферу. Различия в степени нагрева поверхности Земли порождают пространственные изменения в атмосферном давлении и ветер, который вызывает движение поверхностных слоев океана, вовлекая в него огромные массы воды с большим запасом тепла или холода. В результате океанскими течениями тепла переносится значительно больше, чем воздухом. Это связано с большой теплоемкостью воды: теплозапас всей атмосферы над океаном равен теплозапасу слоя воды толщиной всего лишь 4 м.

Проанализируем основные черты атмосферной циркуляции над океаном. Из-за падения солнечных лучей под разным углом возникают термические контрасты между высокими и низкими широтами. Теплый, более легкий, воздух поднимается в полосе максимального нагрева, т. е. в приэкваториальных районах. Струи восходящих потоков воздуха можно наблюдать простым глазом как мощные облака вертикального развития (кучевые, кучево-дождевые и др.), особенно в послеполуденные часы. Круглый год вследствие прогрева и подъема воздуха у поверхности создается пониженное атмосферное давление. Место поднимающегося воздуха занимает воздух, приходящий к экватору из более высоких широт.

У полюсов постоянно, особенно зимой, происходит охлаждение поверхности, а от нее — и атмосферы. Давление повышается. Если бы не вращение Земли вокруг оси, то все было бы просто: над поверхностью холодный воздух от полюсов шел бы к экватору, а поднявшийся воздух двигался бы от экватора к полюсам. Вращение Земли усложняет картину. Когда поднявшийся воздух отходит от экватора, начинает действовать отклоняющая <$ила вращения Земли, и потоки воздуха отклоняются в северном полушарии вправо, в южном — влево. На широте около 30° потоки воздуха движутся уже на восток. Здесь создается скопление воздуха, обусловленное динамическими причинами. Атмосферное давление повышается. Над сушей из-за сильного летнего нагрева поверхности создаются области низкого давления, и, таким образом, сплошное кольцо высокого давления на широтах 30–40° над материком летом разрывается. Над океанами, где летний прогрев меньше, высокое давление сохраняется круглый год.

Избыточные массы воздуха на широтах 30–40° опускаются к поверхности Земли и вдоль нее растекаются к полюсу и экватору. Та часть воздуха, что направляется к экватору, — это пассат: северо-восточный в северном полушарии, юго-восточный в южном. У экватора пассаты обоих полушарий встречаются и затухают. Здесь преобладают штиль или слабые ветры.

Теплый воздух у экватора поглощает с поверхности океана и увлекает за собой вверх большие количества влаги. В низких широтах испаряется около 80 % влаги на всем земном шаре. Поднимающийся воздух охлаждается, содержащийся в нем водяной пар конденсируется, образуются мощные облака высотой до 10 км и более, выпадают обильные дожди: либо ливни с грозами (из кучевых облаков), либо продолжительные обложные (из слоистых). Экваториальная полоса — зона обильных осадков: в год выпадает 2–4 м.

На широтах около 30–40° опускающийся воздух из-за сжатия нагревается, его относительная влажность падает. Это зоны очень сухого воздуха и скудных осадков, порядка 100–200 мм в год. На суше здесь располагаются пустыни. Часть опустившегося воздуха движется не к экватору, а в более высокие широты. Иногда, особенно летом, он проникает в виде потока теплого тропического (морского или континентального, в зависимости от места формирования) воздуха в относительно высокие широты, например в район Москвы.

Над полярными районами господствуют холодный воздух и высокое давление. Плотный и тяжелый арктический и антарктический воздух скатывается в зоны умеренных широт, особенно зимой. Интенсивность холодных вторжений меняется в течение года.

В умеренных широтах под влиянием подстилающей поверхности происходит более или менее глубокое преобразование (трансформация) арктического (или соответственно антарктического) и тропического воздуха. Но иногда, особенно в годы интенсивной меридиональной циркуляции атмосферы в северном полушарии, вторгающийся арктический или тропический воздух долго сохраняет свои свойства.

Граница, разделяющая теплые и холодные воздушные массы, т. е. атмосферный фронт умеренных широт, изменяет положение на протяжении года и даже в течение нескольких дней. На фронте образуются волнообразные изгибы, они углубляются и превращаются в гигантские воздушные вихри с пониженным атмосферным давлением в центре — циклоны. С ними связано усиление ветра, образование облачности, выпадение осадков. Общий перенос воздуха идет в направлении с запада на восток.

ДВИЖЕНИЕ ВОД

Среднегодовая температура воды

на поверхности Мирового океана

Главные характеристики вод океана — температура и соленость. Их вариации в пространстве порождают многие физико-географические различия между отдельными частями океана. Солнечная радиация распределяется по поверхности океана крайне неравномерно. Зимой в приполярных районах солнце вообще не показывается, летом не поднимается выше 20–30° над горизонтом. В приэкваториальных районах каждый день оно поднимается высоко, почти до зенита. В результате неравномерного нагрева температура воды на поверхности открытого океана изменяется в пространстве примерно от —2 до + 30°. Следовательно, можно сказать, что в приполярных, высоких широтах вода в течение всего года холодная, близ экватора и в тропиках на поверхности — теплая (20–30°), а в умеренных широтах ее температура значительно колеблется по сезонам приблизительно в пределах 5—20° (на поверхности).

В низких широтах метеорологические процессы и гидрологические условия отличаются относительной устойчивостью, в умеренных и частично высоких широтах они очень изменяются от года к году.

Тепловая энергия, приходящая от солнца, практически полностью поглощается в нескольких верхних дециметрах воды. В штиль тепло проникает на глубину крайне медленно, в результате молекулярной диффузии. Поэтому летом при штиле в морях и океанах образуется тонкий поверхностный теплый слой, ниже которого находятся прохладные воды. Их разделяет слой резкого изменения температуры по вертикали — слой скачка температуры, или термоклин. При ветре, в зависимости от его силы и продолжительности, перемешивается большая или меньшая толща воды. В пределах перемешанного слоя температура выравнивается: на поверхности она понижается, на глубине — повышается. Теплозапас в итоге такого перемешивания не изменяется. Глубже остается холодная вода.

В высоких широтах происходит образование льда. Близ Северного полюса и Антарктиды лед не успевает растаять за лето и сохраняется круглый год. В несколько более низких, субполярных, широтах лед формируется осенью и зимой, но летом в основном исчезает.

Соленость воды на поверхности определяется соотношением количества выпадающих осадков и величины испарения, притоком вод из других районов, подъемом вод с глубины, речным стоком, ледовыми явлениями. Средняя величина солености на поверхности открытого океана — приблизительно 35 ⁰/₀₀. Количество выпадающих осадков очень велико у экватора (2–4 м в год), меньше (500—1000 мм в год) в умеренных широтах и очень мало в субтропиках, близ тропиков Рака и Козерога, а также у полюсов. Испарение весьма значительно в зонах господства сухого воздуха в тропиках и субтропиках, намного меньше в постоянно влажной атмосфере у экватора и в умеренных широтах, совсем ничтожно у полюсов. В результате некоторое превышение осадков над испарениями наблюдается у экватора. В субтропиках и у тропиков, наоборот, величина испарения намного больше величины осадков. Поэтому в открытом океане соленость несколько ниже средней у экватора (34,5—33⁰/₀₀), выше средней в тропиках и субтропиках (35,5—37⁰/₀₀) и близка к средней в умеренных широтах. У полюсов летом в результате таяния льдов она меньше средней.

На глубине сотен метров соленость постепенно приближается к величине 34,8⁰/₀₀ и несколько более 34,5⁰/₀₀ на больших глубинах.

Под влиянием климатических факторов в разных частях океанов формируются большие массы вод, различающиеся температурой, соленостью и некоторыми другими характеристиками. Для каждого географического района океана характерны те или иные водные массы. Если водная масса переносится течением из одного района в другой, то ее характеристики изменяются: она может охладиться, стать более пресной и т. д. При смешении разных водных масс часто создаются новые.

Циркуляция атмосферы, разность уровней океана и распределение температуры и солености (а следовательно, и плотности) воды обусловливают общую циркуляцию вод океана. Можно сказать, что горизонтальные движения поверхностных вод, т. е. поверхностные течения, вызываются преобладающими ветрами, а горизонтальные потоки на глубинах — различиями в плотности воды в разных районах и отчасти также поверхностными течениями. Влияние ветров на поверхностные течения достаточно четко проявляется в областях устойчивых ветров — пассатов тропических широт и западных ветров умеренного пояса. Здесь направления потоков воды и ветров почти совпадают. Так, северо-восточный и юго-восточный пассаты в обоих полушариях порождают соответственно направленные на запад пассатные течения. Связь течений и ветра подтверждена теоретическими расчетами, а также моделями Атлантического океана. Скорость океанских течений примерно в 10 раз меньше скорости создающего их ветра. Юго-западные и западные ветры умеренных широт поддерживают и усиливают потоки вод на восток в обоих полушариях — Северо-Атлантическое, Северо-Тихоокеанское течения в северном полушарии и Западный дрейф в южном.

Тесная связь течений и ветров особенно ярко проявляется в северной муссонной области Индийского океана, в меньшей степени — на западе Тихого океана и в морях Индонезии. Как известно, в северной части Индийского океана зимой северного полушария дует несильный северо-восточный муссон из области высокого давления над холодной центральной частью Азии. В это время преобладает поток вод на запад. Летом над Южной и Юго-Западной Азией из-за исключительно сильного нагрева суши образуется область резко пониженного атмосферного давления, и с июня-июля сюда втягивается воздух с океана — начинается юго-западный муссон. Однако вскоре, буквально через несколько недель, течения меняют направление на обратное, на восток.

Под действием устойчивых ветров отмечаются явления нагонов и сгонов вод. Нагон обычно происходит тогда, когда ветер дует к берегу. Сгон развивается при устойчивом и достаточно сильном ветре с берега. В этом случае с глубины нескольких десятков метров, а иногда с 200–300 м поднимаются воды со свойственной им более низкой температурой, с иными химическими характеристиками. Это так называемый апвеллинг. Вода поднимается очень медленно — порядка 1–3 м в сутки. Подъем обычно происходит в узкой прибрежной зоне, но влияние его распространяется на обширные прилегающие акватории. Апвеллинг развивается под действием не только ветра, но и отклоняющего влияния суточного вращения Земли па движущуюся водную массу. В северном полушарии это отклонение вправо (если смотреть вниз по направлению течения), в южном — влево. В результате у одного края течения накапливаются излишки воды с последующим погружением, у противоположного — образуется надостаток.

Если течение в северном полушарии движется так, что берег находится справа, то у берега происходит накопление, динамический нагон вод. Наоборот, если берег слева от течения, поверхностная вода уходит в открытый океан, у берега создается недостаток воды и развивается компенсационный подъем вод с глубины. Поднимающаяся вода более холодная. Поэтому подъем сопровождается падением температуры, иногда очень существенным.

В Мировом океане устойчивый подъем наблюдается у побережья Северо-Западной и Юго-Западной Африки, у западных берегов Северной и Южной Америки в тропических и частично субтропических широтах. Кроме того, у западного берега Индии, восточного берега Сомали, у Мозамбика, над банкой Кампече и в некоторых других местах отмечается сезонный подъем вод, наиболее интенсивный летом, при усилении течений.

Пассатные течения, несущие воду с востока на запад, вызывают повышение уровня воды у западных окраин океанов в низких широтах. В Атлантическом океане превышение уровня составляет примерно 20 см, в Тихом — около 50 см. В результате здесь зарождаются стоковые течения — поверхностные и подповерхностные. Среди поверхностных — Гольфстрим, Бразильское, Куро-Сиво и Восточно-Австралийское. У самого экватора, в полосе затишья, из-за широтной (в направлении север — юг) неравномерности поля ветра образуется течение на восток — Экваториальное противотечение. Наиболее мощное и протяженное оно в Тихом океане, в Атлантическом, особенно зимой северного полушария, — значительно короче. Все эти течения выносят избыток вод из западных частей океанов либо в более высокие широты, либо на восток.

Подповерхностные компенсационные потоки открыты сравнительно недавно. Это течения Кромвелла в Тихом океане, Ломоносова — в Атлантическом, Тареева — в Индийском. Кроме того, севернее и южнее экватора, примерно около 20° широты, имеются подповерхностные струи на восток, иногда доходящие до поверхности океана.

В низких широтах на восточных окраинах океанов возникают холодные компенсационные течения из субтропических широт к экватору: Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, Перуанское.

Поверхностные течения (1)

и основные зоны конвергенции (2) в Мировом океане

Если два поверхностных течения движутся параллельно друг другу в противоположных направлениях, то в зависимости от направления поперечной составляющей поверхностные воды на границе имеют тенденцию либо расходиться (составляющие направлены в противоположные стороны), либо сходиться (составляющие идут навстречу друг другу). В первом случае на границе возникает полоса дивергенции — расхождение вод в стороны и компенсационный подъем с глубины. Во втором случае образуется полоса схождения вод — конвергенции с накоплением вод на границе и погружением их на глубину. Формирование и расположение зон дивергенций и конвергенций в Мировом океане было изучено В. Н. Степановым. На границах северных пассатных течений с Северо-Атлантическим, Северо-Тихоокеанским и с Экваториальным противотечением также образуются зоны коввергенций. Дивергенции находятся на самом экваторе в области Южного пассатного течения Тихого океана, которое захватывает акваторию и севернее экватора.

Обычно граница между противоположно направленными течениями, несущими разные водные массы, не идет по прямой линии. На ней возникают волнообразные изгибы, переходящие, как. и в атмосфере, в циклонические и антициклонические вихри большого масштаба, диаметром в десятки и сотни километров. Иногда такие сильно развитые вихри отделяются от основного потока и живут некоторое время в чуждой им воде другого течения. Такие явления наблюдаются в северной части Атлантического океана, у края Гольфстрима, в Тихом — у границ Куро-Сиво.

Холодные ветры из высоких широт северного полушария — одна из главных причин образования потоков в умеренные широты холодных арктических вод Восточно-Гренландского течения, Лабрадорского, Курильского. В умеренных широтах они встречаются с теплыми течениями. В результате образуется зона схождения вод разных свойств, или гидрологический фронт. По географическому положению он близок к атмосферному фронту умеренных широт. Следовательно, умеренные широты — это область взаимодействия и смешения не только воздушных, но и водных масс.

Горизонтальные движения 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 растворенного кислорода: около 8 мл/л в высоких широтах и около 4 мл/л в теплых, поверхностных водах низких широт. Эти различия определяются в основном величиной растворимости кислорода в зависимости от температуры воды. На некоторых глубинах при большом потреблении кислорода в низких широтах может создаваться недостаток его для животных.

Другая существенная гидрохимическая особенность океана определяет по существу его биологическую, а следовательно и рыбопромысловую, продуктивность. Известно, что на суше плодородие почвы зависит в основном от содержания в ней трех элементов: фосфора, калия и азота (в связанном состоянии). Калия в воде достаточно. Поэтому плодородие вод обусловлено в основном содержанием соединений фосфора и азота, необходимых для образования живой массы — растений и животных. Этих веществ во многих районах океана очень мало, что задерживает развитие в них жизни. К жизненно важным элементам в океане добавляется еще и кремний.

Органические остатки под действием силы тяжести погружаются на ту или иную глубину. Постепенно они минерализуются. В результате на всех широтах на глубине нескольких сот метров накапливаются органогенные элементы. Но дальнейшая их судьба в разных районах различна. В высоких широтах, где ежегодно осенью-зимой происходит сильное конвективное перемешивание, питательные соли выносятся в поверхностные слои. В низких широтах, где конвективное перемешивание незначительно, соли часто накапливаются на глубинах 500—1000 м, а в верхних слоях содержание их ничтожно. Таким образом, поверхностные слои тропических вод характеризуются обилием солнечных лучей и кислорода, но почти полным отсутствием солей фосфора и азота, большие глубины (сотни метров) — обилием питательных солей, но отсутствием солнечных лучей и часто очень малым количеством кислорода. Поэтому в тропиках, в районах, где глубинные воды с высоким содержанием солей фосфора и азота поднимаются на самую поверхность или в приповерхностные, освещенные солнцем слои, создаются исключительно благоприятные условия для развития жизни.

Районы апвеллинга в низких широтах отличаются большой биологической продуктивностью. Здесь находится плодородная «молодая», только что поднявшаяся вода. В ней еще не успел развиться фитопланктон. Все новые и новые порции поднимающейся воды постепенно оттесняют ранее поднявшуюся воду на периферию зоны апвеллинга. В ней начинается развитие фитопланктона, интенсивная фотосинтетическая деятельность, а количество питательных солей в связи с этим уменьшается. Вода из «молодой» превращается в «зрелую». Затем на основе скоплений фитопланктона развивается зоопланктон, при этом фитопланктон постепенно выедается организмами зоопланктона. Одновременно продолжается дальнейшее движение этой поднявшейся воды дальше от очага подъема и ее постепенный прогрев солнцем. Когда вода потеряла большую часть питательных солей, а основная часть фитопланктона съедена зоопланктоном, который уже явно преобладает в общей биомассе, она называется «старой». Таким образом, во многих районах апвеллинга можно наблюдать такую смену вод в пространстве: «молодая» вода в самом очаге подъема, дальше к периферии или вниз по течению — «зрелая» вода, зеленая от обилия фитопланктона, еще дальше — «старая», уже прогревшаяся вода с преобладанием зоопланктона. По мере того как рыба выедает планктон, вода становится более прозрачной, голубой. Прогреваясь, она трансформируется в обычную для этих широт воду — малоплодородную, теплую, прозрачную.

Схема 1

Взаимодействие элементов природы в океане

Освещенность вод и их прозрачность сильно влияют на биологические явления, особенно на интенсивность фотосинтеза. С другой стороны, количество планктона определяет прозрачность (и цвет) воды, а следовательно и освещенность подповерхностных слоев.

Конфигурация береговой линии и рельеф дна воздействуют на поверхностные и глубинные течения, вертикальные движения вод, условия существования живых организмов, их количество, динамику береговой зоны, осадконакопление. Последнее же изменяет рельеф дна и очертания береговой линии. Во многих районах береговые процессы в значительной мере зависят от биологических явлений в океане. Некоторые из этих прямых и обратных связей можно изобразить в виде упрощенной схемы.

Основные различия в физических и химических свойствах океана наблюдаются в меридиональном направлении: в высоких широтах — низкая температура, ледовые явления, формирование и зарождение потоков холодных вод, большое количество кислорода в воде; в умеренных широтах — повышение температуры воды, увеличение ее годовой амплитуды, движение на восток, исчезновение льдов, в низких широтах — высокая температура поверхностных вод, плохое вертикальное перемешивание, малое плодородие вод, преобладающий поток вод на запад. Кроме того, имеются различия в пределах одних и тех же широт: выделяются области формирования глубинных вод, области апвеллинга, полосы теплых и холодных течений.

Советские океанологи Л. А. Зенкевич и В. Г. Богоров создали учение о биологической структуре океана. Основные положения этого учения состоят в следующем. При движении в меридиональном направлении изменяется качественный состав фауны и флоры и количество организмов. В биологической структуре существует широтная симметрия. Плоскостью симметрии служит экваториальная плоскость. В теплых водах организмы быстро растут и рано начинают размножаться, в холодных живут долго, растут медленно и размножаются поздно. В теплых водах низких широт наблюдается большое видовое разнообразие организмов. В высоких широтах число видов значительно меньше. Биомасса планктона и других организмов максимальна в районе 50–60° широты обоих полушарий, минимальна в полярных, субтропических и тропических широтах, несколько повышена близ экватора.

Л. А. Зенкевич выделяет пять биогеографических областей, вытянутых в широтном направлении: арктическую, северную умеренную, тропическую, южную умеренную и антарктическую.

ПРИРОДНЫЕ ПОЯСА ОКЕАНА

С физико-географической точки зрения наибольший интерес представляют различия в природе океана в горизонтальном направлении. Наибольшие различия в планетарном масштабе наблюдаются в меридиональном направлении, они связаны с широтной зональностью.

Как показали исследования, в океане в меридиональном направлении сменяется ряд природных поясов. Известно, что на суше в том же направлении чередуются широтные пояса и их более мелкие подразделения — физико-географические зоны. Так, в Евразии и Африке с севера на юг чередуются: субарктический, умеренный, субтропический, тропический и экваториальный пояса. В их пределах находятся тундры, лесотундры, хвойные и широколиственные леса, лесостепи, степи и т. д. На океане особенно отчетливо различаются пояса в поверхностных и подповерхностных слоях воды до глубины нескольких сот метров. Глубже зональность океана выражена не столь ясно, так как промежуточные, глубинные и придонные слои обычно заполнены холодными субполярными, северными полярными и антарктическими водными массами, которые распространяются из высокоширотных областей формирования в низкие широты и сглаживают широтные различия в природных условиях. На самом дне зональность часто вновь проявляется достаточно четко в распределении отложений, в основном скелетов, раковин и других остатков организмов. Состав и количество отложений, поступающих из поверхностных слоев океана, отражают их природные условия.

В поверхностных слоях выделяются следующие при-< родные, или физико-географические, пояса: северный полярный (арктический), северный субполярный (субарктический), северный умеренный, северный субтропический, северный тропический, экваториальный, южный тропический, южный субтропический, южный умеренный, южный субполярный (субантарктический), южный полярный (антарктический). Пояса различаются климатом, движениями и свойствами вод, грунтами дна, особенностями береговых процессов, растительным и животным миром, природными ресурсами. Каждому поясу северного полушария соответствует пояс в южном. В океане эти закономерности выражены, пожалуй, лучше, чем на суше.

Природные пояса Мирового океана

СП — северный полярный (арктический); ССП — северный субполярный (субарктический); СУ — северный умеренный; ССТ — северный субтропический; СТ — северный тропический; Э — экваториальный; ЮТ — южный тропический; ЮСТ — южный субтропический; ЮУ — южный умеренный; ЮСП — южный субполярный (субантарктический); ЮП — южный полярный (антарктический)

Границы между поясами постоянны, однако в океане тот или иной тип погоды, воздушных и даже водных масс (вместе со свойственными последним организмами), характерный для определенного пояса, в результате сезонных или иных явлений несколько меняет свое положение и проникает в соседний пояс. Это не связано со смещением по меридиану границ поясов. Подобным же образом на суше ежегодно происходит еще более значительное смещение по меридиану различных типов погоды, воздушных масс, границ снегового покрова, фенологических явлений и т. д. Например, в умеренном поясе сменяются полярный и тропический воздух, появляется и исчезает снеговой покров и т. д. Это не влечет за собой изменения положения поясов и зон. Кроме того, картировать пояса и зоны с непостоянными границами было бы очень трудно. Как на суше, так и в океане для каждого пояса типично среднее в течение многих лет состояние условий.

В средних частях поясов условия обычно выражены наиболее четко. На границе между поясами происходит довольно резкая качественная смена природных условий и начинается другой пояс. Границы поясов могут быть либо резкими и четкими, либо достаточно широкими и превращаться в переходную полосу.

В некоторых районах нормальное широтное положение поясов нарушается. Границы их отклоняются то к полюсам, то к экватору. Эти явления в океане наблюдаются близ берегов континентов, в низких широтах также у восточных окраин океанов, в районах постоянного или регулярного сезонного подъема вод. В высоких широтах сдвиг обычных условий к полюсам происходит вдоль струй теплых течений: отмечается значительное отклонение температуры от средней для этой широты и существенное изменение всех природных условий в океане. Но общую планетарную картину широтной зональности океана эти явления не меняют.

Рассмотрим особенности природы поясов начиная с полярных. Их два: северный полярный, или арктический, и южный, или антарктический. Арктический пояс занимает среднюю, глубоководную, часть Северного Ледовитого океана, так называемый Центральный полярный бассейн площадью более 6 млн. км². В течение всего года здесь присутствуют тяжелые льды морского происхождения: паковые, торосистые. Центральный полярный бассейн в общем получает малое количество солнечной радиации (менее 80 ккал/год-см²).

В летнюю половину года солнечные лучи падают под острым углом на поверхность снегов, льдов и воды. Из-за малого угла и большой отражающей способности подстилающей поверхности около 90 % приходящей радиации отражается в пространство. В зимнюю половину года прямая солнечная радиация вообще не поступает в эти районы, а лучеиспускание в пространство продолжается, т. е. в целом за год здесь резко отрицательный радиационный баланс: приход тепла значительно меньше расхода. В результате осенью-зимой поверхность океана сильно охлаждается, а летний прогрев очень невелик. Среднегодовая температура воздуха и воды ниже 0 °C, на поверхности остается много нерастаявшего льда.

Поступление тепла ст солнца невелико, обратное лучеиспускание значительно больше. Но постоянного, из года в год, охлаждения Центрального полярного бассейна не происходит лишь благодаря притоку сюда более теплых вод из Атлантического океана в самых дальних струях системы Гольфстрима.

Раньше считалось, что район устойчиво занят антициклоном. Исследования последних десятилетий показали, что во все сезоны сюда время от времени проникают циклоны, особенно с Атлантики. Они приносят облачность, осадки, ветер до 15–20 м/с, вызывают подвижки льдов. Так что черное безмолвие звездной полярной ночи временами нарушается свистом штормового ветра, вьюгой, снегопадами, грохотом сталкивающихся льдов. Летом обильны прямые и рассеянные солнечные лучи, ослепительно сверкают льды и снега. Осенью и весной, когда солнце находится близ горизонта, иногда наблюдаются совершенно исключительные по красоте краски неба, обусловленные обилием в воздухе снежных кристаллов разных размеров и формы. Температура воздуха летом обычно около 0 °C, зимой — (25–30), иногда —50 °C.

Зимой происходит интенсивное ледообразование. Каждый год появляются новые льды толщиной около 3 м. При замерзании морской воды большая часть содержащихся в ней солей вытесняется, лед получается относительно пресным, с отдельными включениями капель высокосоленого рассола. В результате соленость воды повышается, она становится более плотной и погружается на глубину. Так развивается конвективное перемешивание, обусловленное замерзанием воды.

В течение 4–6 месяцев продолжается полярный день. Из-за таяния льдов поверхностный слой заметно опресняется. Легкая опресненная вода очень слабо перемешивается с расположенной ниже водой нормальной солености. Поверхностный слой в значительной мере изолирован от расположенных ниже слоев. В то же время изменения температуры по вертикали невелики, обычно в пределах 3°, т. е. толща воды всегда холодная. В течение короткого приполярного лета, которое длится 1–2 месяца и охватывает лишь часть полярного дня, в поверхностном слое воды на свободных от льда площадях развивается фитопланктон, а затем и зоопланктон. Несмотря на исключительную суровость природных условий, здесь обитает некоторое количество рыб разных видов. Ими питаются птицы и ластоногие. Количество видов животных невелико.

Центральный полярный бассейн участвует в общей циркуляции вод Мирового океана. Здесь образуются большие количества холодной (0 °C и ниже) воды нормальной океанской солености. Отсюда она движется вдоль дна в более низкие широты. В то же время сюда проникают слабые струи теплых вод из Атлантики и Тихого океана. Эти воды погружаются под сильно опресненные и потому легкие поверхностные воды и прослеживаются на глубину до 300 м. Биологические ресурсы акватории изучены слабо из-за постоянных льдов.

Исследование Центрального полярного бассейна ведется сетью станций, работающих на островах и дрейфующих льдах. Кроме того, практикуется высадка подвижных научных групп на льды с помощью самолетов.

В Северном Ледовитом океане находятся величайший остров на Земле — Гренландия и несколько архипелагов арктических островов. Ледники покрывают большую часть Гренландии, Земли Франца-Иосифа, Шпицбергена, Северной Земли. Свободные от льда пространства из-за очень низкой летней температуры заняты самой суровой разновидностью тундры — высокоширотной арктической. На этой холодной каменистой полупустыне очень слабо развит почвенный и растительный покров. Обитающие здесь животные добывают себе питание в океане.

На юге земного шара пространство, соответствующее (по широтам) арктическому поясу, занято Антарктическим континентом. Площадь его почти равна площади всего Северного Ледовитого океана. Антарктический континент, излучая в пространство огромное количество тепла, является главным холодильником планеты и сильно охлаждает по существу все южное полушарие. Поэтому термический экватор расположен в основном севернее географического, а все пояса южного полушария, в том числе антарктический, оказываются сдвинутыми в несколько более низкие широты по сравнению с поясами северного полушария.

Южный полярный, или антарктический, пояс более или менее широкой полосой окаймляет Антарктический материк. Акватория покрыта морскими льдами и айсбергами, а в некоторых районах — шельфовыми льдами континентального происхождения. Шельфовые ледники занимают большие пространства материковой отмели и даже выходят в область континентального склона. Гигантским обрывом, в десятки метров высотой, они нависают над океаном. Так, барьер Росса представляет собой непрерывную стену длиной около 700 км, высотой до 80 м над уровнем моря.

У края шельфовых ледников зарождаются обширные столообразные айсберги длиной в десятки километров. Ветер с материка выносит их в открытый океан. Ни материковые, ни островные барьеры не препятствуют дрейфу льдов на север, они движутся преимущественно на северо-запад и попадают в зону таяния. Полоса постоянных морских льдов в Антарктике невелика, порядка 50 миль, а общая площадь их лишь 2,5 млн. км². Иногда в феврале-марте сохраняется лишь узкий припай вдоль берега материка.

В Антарктике и Арктике преобладает белый цвет, но со множеством оттенков. Если лед (морской или айсберги) содержит воздушные пузырьки, он белый, как сахар, и сверкает на солнце. Глетчерный лед почти без пузырьков воздуха — голубой. Лед, содержащий диатомовые водоросли, становится грязно-бурым. Иногда айсберги окрашены в розовый и оранжевый цвета — это низко стоящее солнце посылает лучи через толщу влажного воздуха.

В результате осенне-зимнего охлаждения воды и ледообразования над шельфом, особенно в море Уэдделла, формируются большие массы очень холодной воды с соленостью, близкой к нормальной. Эти воды погружаются и движутся в северном направлении вдоль дна, заполняя глубокие котловины океанов, проникают даже за экватор. Из субполярных широт сюда, в основном летом, приходят циклоны, приносящие относительно теплые северо-западный и северный ветры, штормы и осадки. Но зимой преобладает ветер с охлажденного континента. Над океаном он поворачивает несколько влево (из-за вращения Земли) и становится юго-восточным, создавая перенос вод с востока на запад, вокруг континента. Там, где берег выдается далеко на север, этот почти кольцевой поток разрывается, а там, где антарктические краевые моря (Уэдделла и др.) глубоко внедряются в континент, формируются замкнутые или полузамкнутые круговороты вод по часовой стрелке.

В связи с тем, что поверхностные антарктические воды изолированы от холодных северных, здесь много животных, отсутствующих на севере, и, наоборот, нет многих северных животных. Так, лишь в Арктике встречаются моржи и белые медведи, Антарктику населяют пингвины, тюлени морские леопарды и др.

Исключительно сурова природа Антарктиды. Большая часть материка покрыта ледником толщиной в среднем 2 км. Морозы доходят до —88 °C; полярная ночь длится 4–6 месяцев, нередки сильные ветры. Естественно, на континенте почти нет ни флоры, ни фауны, но в океане — богатая и достаточно разнообразная жизнь. Летом, в январе-феврале, обильное солнечное освещение вызывает развитие массы диатомовых водорослей. Прозрачные синие воды становятся зелеными, иногда желто-зелеными и мутными. Вслед за фитопланктоном появляется зоопланктон, мелкий и крупный. Им питаются рыба, кальмары, тюлени, киты, птицы. На дне оживают мягкие альционариевые кораллы, морские звезды, голотурии, губки, асцидии. Все они усваивают планктон и органические остатки, погружающиеся на дно. В марте количество планктона резко уменьшается.

Зимой большинство животных (тюлени, пингвины) находятся в море. Лишь императорские пингвины выводят птенцов на льду в самый разгар антарктической зимы.

Таким образом, в крайне суровых условиях высоких широт обоих полушарий океан оказывается значительно более благоприятным для развития жизни, и количество видов, и их суммарная биомасса в нем несравненно выше, чем на суше.

Субполярные пояса. К полярным поясам примыкают два субполярных. Субарктический пояс лежит в несколько более высоких широтах, чем субантарктический (соответственно около 50–85° с. ш. и 50–70° ю. ш.). В южном полушарии северная граница зоны сезонного ледового покрова близка к полосе антарктической конвергенции. На севере в пояс входят краевые, в основном эпиконтинентальные, т. е. лежащие в пределах шельфа, арктические моря: большая часть Баренцева, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, а также воды близ Гренландии и Канады. На юге — это непрерывное кольцо вод, прилегающих к антарктическому поясу вод. Через субполярные пояса совершаются сезонные миграции кромки льда.

В зимнюю половину года акватория покрыта льдами, летом и в начале осени свободна от них (не считая отдельных глыб морского льда и айсбергов). Зимние погодные условия сходны с теми, что наблюдаются в арктическом поясе. Температура воздуха падает до — (20–40)°C. Осенью и зимой поверхностный слой охлаждается до точки замерзания, образуются большие массы льда. Как и в полярном поясе, охлаждение сопровождается осолонением вод. Плотная вода погружается на значительную глубину, а снизу к поверхности поднимаются несколько более теплые и менее плотные воды.

Процесс охлаждения, ледообразования, осолонения и вертикального перемешивания продолжается несколько месяцев. В какой-то мере этому способствует ветровое перемешивание верхних слоев. В итоге за осень-зиму оказывается перемешанной толща воды в несколько сотен метров, местами — до дна. Опускающиеся слои воды содержат много кислорода; наоборот, поднимающиеся с глубин доставляют к поверхности необходимые для развития жизни биогенные вещества.

Лето здесь более продолжительное и теплое, чем в полярных поясах. Поверхность океана весной и летом получает много солнечной радиации. Постепенно исчезают морские льды, температура тонкого верхнего слоя воды поднимается до 3–5 °C. Ниже сохраняется холодная вода — так называемый промежуточный слой, образовавшийся в результате охлаждения минувшей зимой. Глубже в Субарктике и Субантарктике можно обнаружить более теплую (1–2 °C) и соленую воду, пришедшую из относительно низких широт. Она движется под холодной «зимней» водой.

В результате прогрева и интенсивного таяния льдов, как местных, так и вынесенных из высоких широт, образуется поверхностный слой теплой опресненной воды с большим содержанием биогенных веществ, т. е. плодородной.

Во многие районы Субарктики, особенно в Атлантический сектор (Норвежское и Баренцево моря, воды Западной Гренландии), входят мощные струи теплых течений. Они значительно смягчают термические условия, препятствуют образованию льда, создают благоприятную обстановку для навигации, а также для нереста и развития молоди рыб. Льды здесь обычно молодые (1–2 года), более тонкие. Теплые течения системы Гольфстрима, встречаясь с холодными, приходящими из приполярных районов (Восточно-Гренландское, Восточно-Исландское, Лабрадорское), образуют серию циклонических и частично антициклонических круговоротов большого диаметра, е вертикальной осью.

Каждое вихревое движение порождает восходящие и нисходящие токи вод (подъем в средних частях циклонических и в периферических частях антициклонических круговоротов, погружение по периферии циклонических и в средних частях антициклонических вихрей). Эти вертикальные движения вместе с конвективным перемешиванием еще больше способствуют водообмену между разными слоями. В результате перемешивания слоев и влияния теплых течений создаются очень благоприятные условия для развития жизни.

Летом из-за таяния льдов и речного стока граница льдов отходит от берегов континента. Появляется большая полоса чистой теплой опресненной воды, а под ней слой скачка плотности, т. е. создается устойчивая стратификация, и вертикальное перемешивание приостанавливается. Обилие солнечных лучей весной и летом вызывает мощную, но сравнительно кратковременную фотосинтетическую деятельность и массовое развитие фитопланктона. Вода становится зеленой. (Эту пору цветения В. Г. Богоров назвал гидробиологической весной.).

Затем появляется зоопланктон — множество различных мельчайших и относительно крупных ракообразных. Планктонная сеть после обычного лова приносит мелких розово-красных рачков. Это капшак, или черноглазка (мелкие рачки размером до 3–5 мм), — очень питательный корм для рыб. Период массового развития зоопланктона — это уже гидробиологическое лето. На откорм приходят массы планктоноядных рыб, за их стаями следуют хищные рыбы.

Лето в Субарктике очень благоприятно для жизни рыб и других морских животных. Особенно бурная вспышка жизни наблюдается у кромки льда, в талых холодных водах. Талая вода в силу своей молекулярной структуры отличается исключительно высокой химической и биохимической активностью и очень энергично вступает в биохимические реакции. Низкая летняя температура, обычно О — 5 °C, не препятствует биохимическим процессам. Но видовое разнообразие животных невелико (100–300 видов). Из рыб — сельди, треска, морской окунь, мойва, камбала, пикша, палтус, лососевые. В полосе, обнажающейся при отливе, встречаются большие заросли крупных водорослей, множество моллюсков, ракообразных, иглокожих. Обилие планктона привлекает сюда массы рыб, птиц, ластоногих и других животных. Скопления сельди и трески столь велики, что во время миграций плотные стаи шириной в несколько миль растягиваются в длину на многие десятки миль.

На берегах и в основном на труднодоступных скалах живут миллионы птиц: чайки, глупыши, кайры и др. Все они питаются за счет ресурсов моря. Птицы прилетают сюда на летний сезон, выводят птенцов, а осенью улетают в более низкие широты. В Субарктике обитают различные тюлени, моржи, мелкие китообразные (например, белуха), белые медведи, иногда заходят крупные киты.

Значительные части морей Северного Ледовитого, Тихого и Атлантического океанов лежат на континентальном шельфе, что также очень благоприятно для жизни животных: на малых глубинах полнее используются пищевые ресурсы вод, они не тонут в океанских глубинах. Воды Субарктики (Баренцево, Берингово моря, воды Исландии, Гренландии, Лабрадора) превратились в важнейшие рыбопромысловые районы мира.

В южном полушарии обстановка в субантарктическом поясе во многом сходна с таковой в северном, но имеются и существенные отличия. Здесь преобладает ветер с запада и северо-запада. Это южная часть зоны западных ветров. Очень часты сильные штормовые ветры, иногда достигающие ураганной силы. В зависимости от направления ветров дрейфующие морские льды и айсберги либо отходят далеко на юг, либо продвигаются на север. Господствующие западные ветры создают перенос вод с запада на восток — Антарктическое циркумполярное течение, или Западный дрейф.

Поверхностные антарктические воды — холодные и пониженной солености — распространяются на север до линии (зоны) антарктической конвергенции, лежащей в среднем на 53–54° ю. ш. Вся акватория от этой линии до материка — антарктическая область океанов. Она разделяется на антарктический и субантарктический пояса. Площадь субантарктического пояса около 16 млн. км². В зоне конвергенции антарктические воды встречаются с водами умеренных широт южного полушария. Здесь на сравнительно небольшом расстоянии по меридиану резко изменяются температура и соленость воды на поверхности, а также температура воздуха. Например, к северу от конвергенции температура воды 4, южнее — лишь 1 °C, температура воздуха соответственно 6 и 2 °C. Изменяется и тип погоды: к югу заметно холоднее, а жизнь — обильнее.

Течения меридионального направления практически отсутствуют. Поэтому не так широко, как на севере, распространены вхождения теплых струй в область холодных вод. Видимо, менее распространено образование водных вихрей с вертикальной осью. Такие водовороты связаны с островами и подводными возвышенностями. В целом воды содержат очень много биогенных веществ и кислорода. Они плодородны и высокопродуктивны. Но площадь континентального и островного шельфов здесь незначительна. Это не благоприятствует жизни большинства рыб: мало мест для нереста, естественных убежищ.

Весной начинается массовое потребление солей диатомовыми водорослями фитопланктона. Диатомовые, в свою очередь, становятся пищей для зоопланктона. Исключительное значение в пищевых цепях вод Антарктики и Субантарктики имеют крупные рачки (Euphausia superba Dana) длиной 2–6 см, или криль. Ими питаются рыбы (нототения, путассу и др.), птицы, ластоногие, а также усатые киты.

В субантарктических и антарктических водах на площади более 50 млн. км² постоянно находится огромное количество айсбергов — около 20 тыс. (по А. М. Гусеву). Они отрываются от материковых ледников и держатся в основном близ берега континента. Длина айсбергов иногда превышает 100 км, высота только надводной части доходит до 80–90 м. Во время их таяния прилегающие воды несколько опресняются.

На суше в северном полушарии в субарктическом поясе из-за очень прохладного лета развивается природный ландшафт тундры — безлесные пространства широкой полосой тянутся вдоль северных берегов Евразии и Северной Америки. Здесь условия жизни на суше менее благоприятны, чем в океане. Значительная часть обитателей приполярной суши питается за счет океана. В океане добывают пищу тюлени, моржи, белые медведи, птицы. Сходная обстановка и в южном полушарии. Из-за резко океанического характера климата, особенно недостатка летнего тепла (температура воздуха редко доходит до 10 °C), тундровые ландшафты спускаются в относительно низкие широты. Так, безлесен остров Южная Георгия, который лежит на 54° ю. ш. Моренные холмы близ берега острова покрыты травами из рода мятликов. По долинам с гор до уровня воды спускаются ледники.

Таким образом, в субполярных поясах определяющим фактором оказывается холодный климат: низкая температура воды, широкое развитие ледовых явлений, глубокое перемешивание вод и их «удобрение» и в результате высокая численность животных.

Умеренные пояса океанов занимают промежуточное положение между холодными (полярными и субполярными) и теплыми (экваториальными, тропическими и субтропическими) водами. Это очень обширная акватория в Северной Атлантике с прилегающими морями, северная часть Тихого океана (с морями), кольцо вод в южном полушарии. Здесь обычно располагается атмосферный фронт умеренных широт.

Воды этих поясов теплые летом и холодные зимой. Льдов в открытом океане нет, они образуются лишь во внутренних мелководных морях с континентальным климатом: Балтийском, Азовском, заливе Святого Лаврентия, в северной части Японского моря. На протяжении года температура воды сильно колеблется, иногда от 0 до 20 °C. Зимой развивается вертикальная конвекция исключительно термического происхождения. Она проходит при участии интенсивного ветрового перемешивания. Здесь велика циклоническая активность на метеорологическом фронте умеренных широт. Частые и сильные осенние и зимние штормы перемешивают верхний слой воды до глубины нескольких десятков метров. В результате совместного действия зимней вертикальной циркуляции, ветрового перемешивания и вертикальных движений в циклонических и антициклонических вихрях на северной границе пояса верхний слой достаточно обогащен питательными солями, особенно в более высоких широтах. В более низких широтах вертикальные движения ослабевают и плодородие вод понижается.

Схема 2

Взаимодействие элементов природы в субполярных поясах

Распределение температуры в верхнем слое воды по вертикали зимой очень однообразно из-за перемешивания. Летом этот слой прогревается в северном полушарии до 15–20 °C. Поверхностный теплый слой к концу гидрологического лета (сентябрь) достигает толщины нескольких десятков метров, которая существенно изменяется за короткие промежутки времени из-за внутренних волн на нижней границе слоя. Ниже находятся холодные воды. Их разделяет более или менее резкий слой скачка температуры (термоклин), характер которого зависит от географических условий, силы ветра, вертикальной структуры вод. Количество выпадающих осадков и величина испарения почти равны — 500—1000 мм в год. Поэтому соленость близка к средней (35⁰/₀₀).

В умеренных широтах очень часты штормы, особенно зимой (летом — реже). В этой зоне преобладает ветреная, облачная, дождливая погода. Ясные и теплые дни стоят недолго, быстро сменяясь циклонами, теплый юго-западный ветер (в северном полушарии) переходит в западный. С западной стороны горизонта вытягиваются полосы высоких перистых облаков, затем приходят слоистые дождевые. Ветер становится свежим, усиливаясь до штормового. Шторм может продолжаться много дней, в быстро летящих облаках появляются разрывы, временами идет дождь. Зимой при перемене направления ветра дождь часто сменяется снежными «зарядами». Затем дует холодный северный ветер, небо очищается от туч, циклон заполняется, воздух постепенно прогревается и опять на какое-то время устанавливается хорошая погода. Весь синоптический цикл длится 4–7 дней. Но нередко за одним циклоном следует второй, третий.

В южном полушарии штормовой ветер повторяется еще чаще. Это так называемые «ревущие сороковые» и не менее бурные пятидесятые градусы южной широты. Зыбь из штормовых очагов катится, почти не ослабевая, многие сотни миль и по всему пути следования увеличивает местное штормовое волнение.

Преобладающие западные ветры создают общее течение поверхностных вод на восток. В северном полушарии — это Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения, в Южном — Западный дрейф, или Антарктическое циркумполярное течение, сплошным кольцом опоясывающее воды Антарктики. В умеренном поясе находится лишь та часть течения, что лежит севернее антарктической конвергенции. Оконечность Южной Америки и острова не разрывают течения, а лишь отклоняют поток.

В Северной Атлантике, черев которую проходит важнейший в мире океанский путь Европа — Америка, частые и сильные штормы затрудняют мореплавание, особенно для малых судов, очень осложняют ведение промысла рыбы.

Основные жизненные процессы происходят в верхнем, эпипелагическом слое — между поверхностью и слоем основного скачка температуры. Близ границы с субполярными водами рыбопромысловая продуктивность наиболее высокая: первичная продукция доходит до 500 гС/м² в день, количество планктона — до 500 мг/м³.

На границе с субтропиками видовое разнообразие организмов больше, чем в высоких широтах. Значительные сезонные колебания температуры поверхностных слоев — одна из причин горизонтальных миграций многих животных, нередко на очень дальние расстояния. В результате промысловые скопления рыб перемещаются в течение года: в теплое время — в высокие широты на откорм, в холодное — ближе к экватору на нерест. Так, летом в Северной Атлантике до берегов Норвегии доходят даже синие тунцы, обычно обитающие в тропических и субтропических водах. Наоборот, в высокие широты Субарктики уходит на лето треска. Основные промысловые рыбы северного умеренного пояса — треска, сельдь, камбала, ближе к границе субтропиков — скумбрия, анчоус, сардина.

Главный процесс в умеренных широтах — трансформация приходящих сюда тропических и полярных воздушных и водных масс, постоянное их взаимодействие и вследствие этого большая динамичность атмосферы и океана.

Субтропические пояса. На обширном пространстве низких широт, между умеренными северным и южным поясами с их облачным небом и частыми штормами господствуют вечно теплые воды. Редки бури и ненастья, дуют постоянные по направлению несильные ветры, исключительно разнообразна морская фауна: акулы и морские черепахи, тунцы и летучие рыбы, кораллы. Это — субтропические, тропические и экваториальный пояса.

Субтропические пояса находятся между зонами западных ветров умеренных широт и пассатов тропических широт. Здесь нет четко выраженных преобладающих воздушных потоков, почти всегда держится высокое атмосферное давление (затропический максимум). Над теплой поверхностью океана из опускающегося воздуха, принесенного антипассатом, формируется морской тропический воздух, теплый, довольно сухой. Отсюда он растекается в более высокие и низкие широты. Часты штили, горизонтальные движения поверхностных вод выражены слабо. В открытом океане вдали от берегов течения переменного направления. Средние части акваторий окружены кольцом течений. В Северной Атлантике — это Северное пассатное, Гольфстрим, Северо-Атлантическое и Канарское. Круговорот вод по периферии увлекает за собой воды средней части акватории, создавая огромный по часовой стрелке круговорот от Северной Америки до Африки. По данным академика В. В. Шулейкина, полное обращение вод совершается за 14 месяцев. Аналогичные, хотя и не столь четкие круговороты имеются в Южной Атлантике (Южное пассатное, Бразильское, Южно-Атлантическое, Бенгельское течения), на севере Тихого океана (Северное пассатное, Куро-Сиво, Северо-Тихоокеанское, Калифорнийское), а также в южных частях Тихого и Индийского океанов.

Особенно резко отличаются от типичных субтропических акваторий восточные окраины океанов. Условия там определяются динамикой вод, потоками холодных компенсационных течений (Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, Перуанское), несущих относительно холодную воду к экватору, а главным образом — почти постоянным подъемом холодных вод с глубины к поверхности. Эти воды значительно холоднее вод течений. Над ними образуются туман, слошная низкая слоистая облачность, моросящие дожди. Вся обстановка здесь больше напоминает акватории умеренного пояса в осенний сезон.

В связи с преобладающим опусканием воздуха и его устойчивой стратификацией в субтропиках обычно ясное небо, ничтожное количество осадков и сухой воздух. Из-за сухости воздуха испарение очень велико. За год испаряется слой воды толщиной более 2 м, и именно здесь, в области зарождения пассатов, максимальная для открытого океана соленость (в полузамкнутом Средиземном море — до 39⁰/₀₀, в Северной Атлантике — до 37,5⁰/₀₀, в других океанах меньше). Температура воды на поверхности летом около 24–26 °C, зимой 16–18 °C. В таких условиях формируется центральная субтропическая (по другой классификации, центральная тропическая) вода океанов, теплая (16–18 °C) и высокой солености. Зимой ее плотность значительна, и тогда она погружается под более теплую и легкую воду низких широт. Кроме того, антициклональный круговорот вызывает приток поверхностных вод к его средним частям, создается избыток вод, что также заставляет воду погружаться. Поэтому на фоне преобладающего общего опускания конвективная циркуляция почти не развивается. Погружение поверхностных вод компенсируется не подъемом глубинных вод, а в основном приходом вод с севера и юга. Погрузившиеся на глубину 100–200 м воды направляются в подповерхностном слое в основном в сторону экватора и на запад. Летом сильный прогрев вод до 24–26 °C вызывает уменьшение плотности поверхностного слоя. Создается устойчивая стратификация, погружение прекращается, вертикальное перемешивание не развивается.

В результате ни зимой, ни летом не происходит подъема вод и поверхностные слои не обогащаются питательными солями. Вода круглый год малоплодородна, первичная продуктивность мала, количество планктона тоже очень невелико, порядка 50 мг/м³. Соответственно мало здесь и рыб. В то же время преобладание высокой температуры поверхностных слоев и отсутствие резкого зимнего охлаждения позволяют обитать очень разнообразной по видовому составу фауне, в том числе рыбам: различным тунцам, скумбриям, летучим рыбам, акулам.

На суше северной части пояса соответствуют субтропики (средиземноморского или муссонного типа). Более южные части пояса отвечают северным и средним частям великого пояса тропических пустынь Земли: юго-запада Северной и запада Южной Америки, Юго-Западной и Северной Африки, Юго-Западной Азии, Австралии. Это районы, куда практически не проникает летний экваториальный муссон.

Основные процессы в субтропическом океане — опускание воздуха с последующим зарождением пассата и юго-западного (в северном полушарии) ветра умеренных широт, осолонение вод, приходящих с севера и юга, их погружение и движение (на глубине) в тропические и экваториальные широты, подъем вод у берега под влиянием пассата.

Схема 3

Взаимодействие элементов природы

в субтропических поясах

Тропические пояса. Тропические пояса обоих полушарий — это главным образом зоны пассатных (или экваториальных) течений океана. Здесь господствует устойчивый пассат с востока, северо- или юго-востока силой 3–5 баллов. Она увеличивается до 5–8 баллов в меридиональном направлении от зоны зарождения ветра около 30° с. ш. или 20° ю. ш. в сторону экватора. Кроме того, наблюдается усиление пассата в приэкваториальной полосе зимой соответствующего полушария, когда центры действия атмосферы смещаются к экватору.

Зимой северного полушария, при смещении всей системы пассатных ветров на юг, сила пассата у экватора иногда доходит до 7–8 баллов. Наоборот, летом зона ветра сдвигается на север, а сила уменьшается. Наблюдаются также многодневные колебания силы пассата в любой точке: несколько дней дует слабый ветер, 2–3 балла, по поверхности океана бегут легкие волны, затем пассат усиливается до 4–5 баллов, синяя поверхность океана покрывается массой белых пенных гребней некрупных волн, а еще через несколько дней начинает дуть свежий ветер в 5–7 баллов, вызывая значительное волнение. Колебания силы пассата наблюдаются в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах, в Карибском море. Однако, несмотря на такую сложную изменчивость (сезонную и многодневную) да еще сезонные сдвиги зоны ветра, пассат, безусловно, самый устойчивый ветер на Земле. Поэтому в прошлом он был любимым ветром моряков парусного флота.

Для зон пассатов очень характерны бесконечные, до самого горизонта, ряды белых кучевых облаков с разорванными краями. Они движутся довольно низко над океаном. Над ними на фоне белесого неба уже в струе антипассата еле видны просвечивающие перистые облака верхнего яруса. Вечером кажется, что солнце опустится за чистый горизонт и будет виден зеленый луч. Но по мере опускания солнца, близ горизонта, обнаруживаются новые ряды облаков, которые из-за дымки были невидимы днем. После захода солнца океан становится темно-серым, а белые кучевые облака — темно-сиреневыми. Легкие перистые облака верхнего яруса все ярче освещаются снизу зашедшим солнцем. Обилие водяных паров в атмосфере, рассеивающих длинноволновые лучи, придает им красный или вишневый цвет. Кучевые облака нижнего яруса становятся темнее, верхние освещаются ярче на фоне потемневшего синего неба, и кажется, что общая освещенность неба сильнее. На светлом фоне верхних облаков нижние плывут мрачными, темными тенями. Но через несколько минут краски неба меркнут и наступает тропическая ночь.

В связи с сезонной миграцией атмосферных систем летом в тропический пояс входит экваториальный воздух с большой влажностью и облачностью, выпадают обильные, иногда длительные дожди. Здесь достаточно отчетливый сезонный ход метеорологических явлений: сухая зима, влажное, дождливое лето.

Известно, что пассаты создают пассатные течения на запад. Эти течения в общем устойчивы, их обычная скорость значительна, 1–1,5 мили в час. Однако в тропическом поясе Атлантического океана в 1970, 1972 и 1974 гг. даже в самой струе Северного пассатного течения наблюдались большие колебания скорости, а главное — в каждой точке, на всех глубинах изменялось направление.

Вода поверхностного слоя движется на запад, при этом она нагревается солнечными лучами, с поверхности испаряется значительное количество влаги. Ветровые волны и турбулентные движения перемешивают воду пассатного потока с соседними водами. В результате в пределах каждого океана воды становятся теплее и солонее (порядка 36⁰/₀₀ и более), а слой теплых высокосоленых вод делается толще, мощнее: с 10–50 м у восточных окраин до 80—150 м у западных. Наоборот, в восточные окраины океанов входят воды поверхностных холодных компенсационных течений и поднимаются к поверхности еще более холодные воды с глубины.

В целом для поверхностных тропических вод характерна высокая температура, но она изменяется по сезонам: 23–25 °C зимой, 27–30 °C летом. Соленость на поверхности уменьшается к экватору и восточным окраинам океанов. Летом она несколько понижается из-за частых осадков. Ниже теплых поверхностных вод находятся холодные воды, пришедшие в промежуточные слои из умеренных и субполярных широт. Между теплой поверхностной и холодной водами температура резко падает. Вертикальный градиент температуры, т. е. величина ее изменения на единицу расстояния по вертикали, составляет часто несколько десятых градуса на метр. Это слой скачка температуры. В его пределах наблюдается интересное явление: соленость сначала (сверху вниз) повышается, достигая максимальной величины, а затем значительно понижается. Так что слой, где температура однозначно и существенно изменяется с глубиной, является одновременно слоем максимальной солености. Именно в этом тонком слое в сторону экватора из несколько более высоких широт (30° с. ш., 20° ю. ш.) движется вода высокой солености, опустившаяся зимой в основном в западной части океана.

В результате в тропиках структура вод по вертикали (по В. Н. Степанову и др.) такова: поверхностный слой воды имеет высокую температуру и соленость, близкую к средней, низкую плотность; подповерхностная вода — высокую соленость и более низкую, понижающуюся с глубиной температуру, высокую плотность. Ниже расположены промежуточные воды с низкой температурой, пониженной соленостью и высокой плотностью. Вследствие такого распределения плотности воды верхних слоев устойчиво стратифицированы в течение всего года, особенно летом. Вертикальное перемешивание слабое, обмен свойствами и веществами в вертикальном направлении слабый, воды поверхностного слоя бедны питательными солями, малоплодородны. Первичная продуктивность невелика, количество планктона обычно мало (порядка 100 мг/м³), промысловая продуктивность также невысока.

Видовой состав животного мира тропических вод очень разнообразен. В пелагиали обитают летучие рыбы, многие виды тунцовых и акул, сардины, скумбрия, рыба-меч, парусник, марлины; в придонных водах — спаровые, рифовые и каменные окуни, рыбы коралловых рифов.

В тропических водах штормы нечасты, но нередко приходят циклоны с ураганным ветром (скорость 30 м/с и более). Тропические циклоны возникают обычно летом и в начале осени, после многих дней тихой погоды, в теплых западных частях океанов, где поверхность воды максимально нагрета. В результате сильного нагрева над поверхностью развиваются мощные восходящие токи воздуха. Они прослеживаются визуально в виде высоких, башнеподобных кучевых облаков. Восходящий поток воздуха увлекает за собой большие количества водяных паров. В зоне холодного воздуха эта влага конденсируется, выделяя в атмосферу дополнительное тепло (скрытая теплота парообразования) и вызывая мощные ливневые дожди. В области подъема воздуха атмосферное давление резко падает, приблизительно до 940 мб и ниже. Сюда со всех сторон устремляется окружающий воздух. В результате вращения Земли он отклоняется (вправо в северном полушарии), приобретает вращательное движение и достигает большой скорости — 100 м/с и более. Соответственно пропорционально квадрату скорости растет энергия и разрушительная сила ветра как на море, так и на суше. Образуется гигантский воздушный вихрь диаметром до 300–400 км, в котором воздух с огромной скоростью вращается вокруг центральной зоны низкого давления. В северном полушарии вращение происходит против часовой стрелки, в южном — по часовой. Скорость ветра невелика на периферии, но, чем ближе к центру, тем больше, хотя в самом центре, куда устремляется весь воздух, тихо.

Тропический циклон не стоит на месте. Он движется вдоль очень теплых на западе океанов пассатных течений, а затем вдоль Гольфстрима или Куро-Сиво. Иногда он выходит на сильно нагретую летом сушу. Каждый тропический циклон «живет» одну-две, а то и три недели. Следует различать скорость ветра в циклоне и скорость поступательного движения самого циклона. Последняя обычно невелика — несколько миль в час.

Циклоны зарождаются в разных частях тропических широт океана, но полного развития достигают над теплыми западными районами: в Атлантике — над прилегающими к Антильским островам, в Тихом — к Филиппинам, Японии и Китаю (здесь они называются тайфунами). В Индийском океане наиболее подвержены ураганам Мадагаскар, Бенгальский залив, Аравийское море и воды у Северо-Западной Австралии.

Разрушительное действие ураганов общеизвестно. На море они вызывают очень мощные, опасные даже для больших судов, волны, на берегу сопровождаются необычайно обильными дождями с обширными наводнениями. В результате гибнет растительность, разрушаются дороги и постройки. Количество выпавших осадков исчисляется сотнями миллионов и даже миллиардами тонн воды. Так, при прохождении одного урагана на острове Пуэрто-Рико выпало сразу более метра осадков. При площади острова 8 тыс. км² это составляет около 8 млрд. т.

Каково же влияние тропических циклонов на океанографию и географию тропических вод? Наблюдения в Мексиканском заливе показали, что ураганное волнение перемешивает верхние слои воды на глубину многих десятков метров. Небывало интенсивные ливни резко увеличили сток рек в десятки и сотни раз. Это изменило географию приустьевых районов. Огромные пространства вод стали опресненными, буро-желтыми и желто-зелеными. Спустя много дней после урагана у берегов Мексики и Кубы плавали остатки наземной растительности.

Прибрежная зона в области развития тропических ураганов становится опасной штормовыми нагонами воды, особенно если побережье низменное, равнинное. К катастрофическим последствиям привели нагоны на низменных побережьях Байгладеш и Кубы. После урагана некоторые рыбы ушли из обычных мест обитания. В Тйхом океане ураганные волны разрушали коралловые колонии до глубины нескольких десятков метров.

Таким образом, тропические пояса — это зоны устойчивых пассатов, ясной сухой зимы, летних дождей, течений на запад, зоны ураганов.

В пределах тропического пояса резко выделяется узкая полоса восточной окраины океана, где с глубины на поверхность или в подповерхностные слои выходят холодные воды. Странно выглядят эти облачные и туманные «холодные тропики» с нависшими свинцово-серыми облаками, с серо-зелеными прохладными (14–18 °C) водами на общем фоне тропиков с их ярко-синими водами, обилием тепла и света. Здесь нет штормов и ураганов, но и штиль редок. Все время дует несильный пассат.

Наоборот, у западных окраин океанов в низких широтах господствует типично тропическая природа: шквалы и штормы, неправдоподобно мертвые штили и ураганы, богатая сочная растительность на суше: кокосовые пальмы, мангровые заросли. Каждый тип тропической природы имеет свои плюсы и минусы. На востоке океана — обилие рыбы и скудная жизнь на берегу, на западе, наоборот, — богатейшая растительность, разнообразные сельскохозяйственные культуры (сахарный тростник, кофе, какао) и очень скромный по количеству, хотя и экзотический подводный органический мир.

Парадоксально, что там, где в низких широтах у берегов наблюдается подъем вод и активная жизнь, на суше — пустыня. Такова обстановка у Северо-Западной Африки, где плодороднейшие воды соседствуют с Западной Сахарой, у Юго-Западной Африки, в Мексике, Перу. На берегах Бразилии, Вест-Индии, Восточной Африки, Северо-Восточной Австралии богатая тропическая растительность, а рыбные ресурсы океана очень скудны.

В тропическом океане и на суше из-за изменения угла падения солнечных лучей в течение года, продолжительности светлого времени суток, смещения зон пассатных ветров и смены воздушных масс наблюдаются два сезона: сухая зима и влажное лето. Летние дожди опресняют поверхностный слой воды. Зимой часты устойчивые пассаты, летом и осенью — штили, маловетрие, тропические шквалы и ураганы. В прибрежных и особенно приустьевых районах зима — время малого речного стока, лето — обильного. Тропические реки в сухое время года несут чистую и прозрачную воду. Почвы тропиков — это в основном красные латериты ярко-кирпичного цвета. И воды рек в сезон летних дождей становятся красно-бурыми или грязно-бурыми, мутными. Морская вода близ устьев становится тоже мутной, бурого цвета. Зимой прибрежные воды — нормальной солености, синие, прозрачные; летом — опресненные, грязно-бурые. В связи с этим многие морские рыбы зимой подходят к берегу, а летом уплывают в океан.

Схема 4

Взаимодействие элементов природы в тропических поясах

На суше чередование сухой, ясной теплой зимы и жаркого дождливого лета создает ландшафт саванн, сухих близ границы пустынь, более влажных в субэкваториальных широтах. Особенно характерны саванны для тропической Африки, встречаются они и во многих районах Южной Азии, Южной Америки, на Кубе.

В тропических поясах взаимодействие элементов природной среды несколько иное, чем в субтропиках. Здесь главные факторы — большая радиация и постоянный ветер. Они определяют сильное испарение и нагрев вод и течения. Устойчивая стратификация создает малое плодородие вод и малую биологическую продуктивность.

Экваториальный пояс. Экваториальный пояс существенно отличается от соседних тропических. Он занимает более или менее широкую полосу вдоль термического экватора. В Атлантическом и Тихом океанах термический экватор находится в северном полушарии, в Индийском — в южном. Пояс включает и полосу географического экватора.

У экватора встречаются и затухают пассаты северного и южного полушарий. Когда происходит встреча пассатов, полоса штилей практически исчезает, но чаще пассаты затухают, не доходя друг до друга, тогда между ними остается полоса штилей максимум до 300 миль шириной. В зоне затишья наблюдаются восточные ветры. Изменения ширины зоны штилей, конечно, не влияют на ширину экваториального пояса, которая отражает среднее состояние гидросферы и атмосферы.

Как уже говорилось, к экватору приходят трансформированные воздушные массы. Из-за сильного нагрева штилевой поверхности океана возникают мощные восходящие токи воздуха. Они увлекают влажный воздух, содержащаяся в нем влага конденсируется, образуются мощные облака, выпадают обильные ливни.

То огромное количество тепла, которое океан теряет в тропиках в результате испарения, возвращается близ экватора в процессе конденсации влаги и выпадения осадков. При этом выделяется скрытая теплота. Атмосфера пояса поглощает большое количество паров, она обычно близка к состоянию насыщения. Поэтому даже небольшое понижение температуры вызывает конденсацию огромных количеств влаги и выпадение обильных дождей. Экваториальный пояс собирает почти всю влагу и тепло обширного пояса пассатных широт.

Основное поверхностное течение в этом поясе — экваториальное, или межпассатное, противотечение на восток, компенсационное по отношению к пассатным. Оно очень мощное, длинное и устойчивое в Тихом океане, менее протяженное и устойчивое в Атлантическом. В том же направлении движутся недавно открытые подповерхностные экваториальные потоки высокосоленых вод. В восточных районах океанов преобладает подъем вод. Поверхностный слой воды на протяжении всего года сильно нагрет, до 27–30 °C. Сезонные колебания температуры малы. Из-за подъема вод и слабого ветрового перемешивания толщина поверхностного гомотермичного теплого слоя невелика — 20–40 м в восточных районах каждого океана; в западных, где местами происходит погружение вод, — 40 м и более. Под ним находятся высокосоленые тропические (субтропические) воды, а еще глубже — прохладные промежуточные воды малой солености из высоких широт. Поверхностный слой отделяется от нижележащего часто очень резким слоем скачка температуры, в котором соленость достигает максимальной величины — 36⁰/₀₀ и более. Это результат подтока тропических или субтропических вод с севера и юга. Слой высокой солености особенно отчетлив на западе, а низкой температуры — на востоке.

На границе противоположно направленных экваториального противотечения (на восток) и пассатных течений (на запад) возникают многочисленные и сложные завихрения потоков. Кроме того, здесь происходит общий медленный подъем вод с глубины к поверхности. Подъем в целом преобладает над погружением, и поверхностные слои постоянно обогащаются биогенными веществами. Воды довольно плодородны, первичная продукция в открытом океане достигает 500 гС/м² в день, количество планктона — 500 мг/м³, рыбопродуктивность — более 10 кг/км². Рыбы здесь значительно больше, чем в тропиках и субтропиках, но меньше, чем в субполярных водах. Исключительно велико видовое разнообразие животного мира: в морях Индонезии насчитывается 40 тыс, видов животных.

Природа экваториального и тропических поясов имеет много общего. В водах низких широт происходит очень быстрое развитие организмов, в возрасте до двух лет животные достигают половой зрелости. В результате скорость воспроизводства (репродуцирования) очень высока.

Общее количество организмов в низких широтах меньше, чем б высоких. Это связано с меньшим количеством питательных веществ, а следовательно и пищи, в верхнем слое. Только в низких широтах распространены такие сообщества, как коралловые рифы, коралловые острова-атоллы и мангры. В открытом океане обитают разнообразные пелагические рыбы, но количество их, общая биомасса на единицу площади, невелико. В целом здесь преобладают хищные рыбы: макрели, тунцы, меч-рыба, парусник, марлин, крупные карангиды, различные акулы. Они вынуждены активно двигаться, искать добычу, ускользать от более сильных хищников. В результате все они отличные пловцы, с мощным обтекаемым телом. Так географические условия акватории определили основные особенности морфологии различных семейств и даже отрядов рыб.

Совершенно иные условия над дном шельфа. Вдоль континентального склона с больших глубин на шельф поднимаются очень плодородные воды. Обилие пищи сочетается с удобными нерестилищами на грунте и естественными убежищами: ямами, углублениями, мертвыми коралловыми колониями. Здесь иная фауна, преобладают сравнительно малоподвижные рыбы из разных семейств: рифовые окуни (лутианы), спаровые, сциеновые, некоторые карангиды, каменные окуни (эпинефелюсы) и др. У коралловых рифов встречаются синие, красные, желтые, зеленые, пятнистые и полосатые, преимущественно небольшие и даже очень мелкие рыбы: рыба-хирург, спинорог, рыба-белка, рыба-бабочка, рыба-еж, кузовок, рыба-попугай и др. Многие из них имеют высокое тело, сжатое с боков, хорошо приспособленное к тому, чтобы медленно двигаться и скрываться среди зарослей кораллов и губок, в пещерах и трещинах. У экватора развиваются и некоторые ядовитые организмы, опасные для человека (рыбы, морские змеи, физалии).

В экваториальных и тропических широтах берега окаймлены коралловыми рифами. Коралловые колонии извлекают из вод океана и отдают в прибрежную зону огромные количества наносных материалов. В результате там, где согласно законам динамики, должно было бы идти разрушение берега, происходит аккумуляция материала, наращивание суши за счет акватории.

На суше экваториальному поясу океана соответствует зона влажных вечнозеленых лесов в Амазонии, Юго-Восточной Азии, Индонезии. Эти леса развиваются в условиях постоянно высокой температуры и равномерного и обильного увлажнения в течение всего года. Как и в океане, здесь исключительно разнообразны форма и окраска животных. Особенно красивы бабочки и птицы (колибри, райские птицы, попугаи). Там, где регулярно бывают засухи, как, например, во многих районах Экваториальной Африки, лес беден.

Схема атолла

1 — суша; 2 — коралловые рифы; цифры — глубины (в м)

В низких широтах острова западных и средних частей океанов имеют тропический или экваториальный климат, разнообразную и богатую растительность. Таковы острова Вест-Индии, западной окраины Индийского океана, архипелаги Меланезии, Микронезии, отчасти Полинезии. Острова восточных частей океанов — пустынные, сухие, с бедной растительностью (кактусы, агавы), ровным климатом, без штормов и ураганов. На многих островах низких широт различаются ландшафты наветренных и подветренных побережий. В некоторых районах (например, на Гавайских островах) наветренный берег получает больше осадков, нежели подветренный, находящийся в ветровой тени.

Экваториальный и тропические пояса океана, составляющие 33 % поверхности нашей планеты, — главный аккумулятор солнечной энергии на Земле. Здесь поглощается примерно 80 % энергии солнца, поступающей на Землю. Отсюда потоки тепла переносятся в более высокие широты. Наибольшее количество тепла несут океанские течения. Другой путь переноса — ветры с составляющей от экватора к полюсам.

С гидрохимической точки зрения низкие широты — зона органогенного осаждения карбонатов, выведения их из океанских вод и превращения в толщи известняков, мела и других отложений; в биологическом отношении — это область максимальной интенсивности биологических и биохимических процессов, максимального разнообразия форм жизни.

Таковы основные физико-географические различия в природе океана в планетарном масштабе, обусловленные в первую очередь неравномерностью распределения солнечного тепла в меридиональном направлении.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНЫХ ПОЯСОВ

В океане наблюдается тесная взаимосвязь природных поясов. Происходит обмен энергией и веществами: в низких широтах нагревание поверхностного слоя, перенос нагретых вод через умеренные широты в высокие с постепенной отдачей тепла в окружающие воды и в атмосферу; в высоких широтах — охлаждение больших масс воды, их погружение и медленное движение на больших глубинах в сторону экватора и дальше за экватор в другое полушарие. Осолонение и погружение вод наблюдается в субтропических и тропических широтах. Этот процесс особенно интенсивен в некоторых бассейнах аридных районов. Здесь формируются очень плотные воды и распространяются в другие пояса. Углекислый кальций поступает из рек в океан во всех поясах, но осаждение его идет почти исключительно в низких широтах.

С сезонными миграциями живых организмов связаны в основном возвратно-поступательные передвижения огромных масс органического вещества из пояса в пояс. Но в общем из низких широт в высокие движутся тощие животные (рыбы, киты), откармливаются в высоких и затем направляются в теплые воды низких широт на нерест, размножение.

Наиболее разнообразны природные условия в океане при движении по меридиану. Но в пределах многих поясов имеются очень существенные различия между их западными и восточными частями даже на одной и той же широте. Особенно велики они близ берегов континентов. Это объясняется субмеридиональными потоками теплых и холодных вод, разнонаправленными движениями воздуха — с континента или на континент. Эти факторы создают вертикальные движения вод — подъем или погружение. Выше уже говорилось о районах устойчивых подъемов вод у восточных окраин океанов в низких широтах. По другую сторону океана обычно преобладает погружение вод.

В умеренных и высоких широтах различия в природных условиях с Востока на запад зависят от свойств вод в течениях и от направления преобладающих ветров. Апвеллинг здесь не имеет большого значения, так как происходит зимняя вертикальная циркуляция и различия в температуре по вертикали не столь велики, как в тропиках. В умеренных и высоких широтах восточные окраины океанов теплее западных, ибо именно у восточных берегов океанов проходят теплые течения: Северо-Атлантическое, Норвежское, Мурманское, Аляскинское. Наоборот, в западных частях океанов на этих же широтах холодные течения (Лабрадорское, Кабота, Курильское, Фолклендское) несут воды умеренных и субполярных широт до субтропиков. В связи с этим термина востока и запада существенно различна. Изотермы резко отклоняются от обычного широтного направления.

Поверхностные теплые течения у западных окраин океанов в низких широтах благоприятствуют развитию тропических циклонов. Над прохладными водами восточных окраин циклоны не развиваются, даже штормы крайне редки. У западных окраин океанов берега и прилегающие районы очень теплые, обильно орошаемые дождями, с мощной растительностью. У восточных окраин дождей мало. В некоторых местах заметный дождь выпадает лишь раз в несколько лет (Перу, Северное Чили, Юго-Западная и Северо-Западная Африка, Нижняя Калифорния). Но здесь часты туманы.

В умеренных и субполярных широтах теплые течения восточных окраин океанов (Северо-Атлантическое, Норвежское» Аляскинское) существенно согревают прилегающие западные берега материков и значительные пространства суши, особенно если рельеф благоприятствует этому, как в Европе. Противоположный берег на значительном протяжении в глубь суши оказывается значительно холоднее, это — Лабрадор, Ньюфаундленд, а также Камчатка, Курильские острова.

Океану свойственна изменчивость условий во времени. Изменяются скорость и мощность течений, их ширина и частично географическое положение. Вдоль течений вместе с переносимыми ими водными массами движутся температурные и соленостные аномалии. Меняются циркуляция атмосферы над океаном, сила ветрового перемешивания, количество осадков, величина речного стока, интенсивность гидрохимических, биологических и геологических процессов. Эти изменения накладываются на общий фон пространственного распределения условий в океане и имеют различную природу и интенсивность. Обычно изменения носят характер колебаний. Колеблется температура воды на поверхности и на глубинах, теплозапас вод и их соленость. Эти колебания имеют разную периодичность и амплитуду. Полный цикл изменений совершается в промежутке времени от нескольких минут до ряда лет (3, 5, 11 и больше). Особенно большое значение для погоды, климата и рыбного хозяйства имеют годовые и многолетние колебания термики и циркуляции вод.

Годовые колебания температуры очень невелики в низких широтах, где вода близ поверхности всегда теплая, и в приполярных, где она всегда холодная. Наибольшая годовая амплитуда до 15 °C и выше (под амплитудой здесь понимается величина изменений от наименьшего значения до наибольшего) наблюдается в умеренной зоне, на 40–60° северной и южной широт. С увеличением глубины сезонные колебания температуры уменьшаются и обычно затухают на 200–500 м. Годовые колебания температуры обусловлены изменением не только радиационных условий на протяжении года, но и адвекции теплых и холодных вод в горизонтальном и вертикальном направлениях. Летом в некоторых районах океана (например, в северо-западных частях Атлантического и Тихого океанов) усиливается поступление теплых вод и расширяется область их господства, зимой, наоборот, преобладают холодные потоки. В результате существенно увеличивается амплитуда годовых колебаний температуры. В некоторых районах в низких широтах (например, у западных берегов Африки) зимнее усиление пассата вызывает сгон теплых поверхностных вод и подъем холодных вод с глубины. Несмотря на низкие широты, годовая амплитуда температуры поверхностных слоев очень велика (у Дакара в Западной Африке около 12 °C). Существенные изменения океанографических условий происходят у Западной Индии, Сомали, океанского берега Аравии.

Годовые колебания температуры в общих чертах изучены, их нетрудно прогнозировать. Сложнее обстоит дело с многолетними (межгодовыми) колебаниями океанографических условий. Установлено, например, что в одном и том же районе, в частности в северной части Атлантического океана с прилегающими морями, в один ряд лет преобладали изменения 5-летней периодичности, в другой — 3- и 12—20-летней. С течением времени изменяется амплитуда колебаний. В результате межгодовые изменения условий в целом могут иметь очень сложный характер. Синусоиды разной периодичности и амплитуды, находящиеся в разных фазах, накладываются друг на друга. Основу этих колебаний составляют изменения большого периода, в несколько десятилетий и столетий. Известно, что в 20—30-х годах нашего столетия наблюдалось значительное потепление Северной Атлантики, Арктики и северных морей. В послевоенное время в этих районах похолодало. В последующие годы произошел перелом в изменении условий среды — началась восходящая ветвь многолетней синусоиды.

Несмотря на слабую изученность, очевидно, что в низких широтах межгодовые колебания, как и годовые (сезонные), в целом меньше, чем в высоких широтах. На этом фоне резко выделяются некоторые небольшие районы у восточных окраин океанов, в пределах высокопродуктивных акваторий, в областях подъема холодных вод. Здесь в связи с многолетней изменчивостью атмосферной и океанической циркуляции иногда происходят резкие нарушения обычных условий.

Значительные изменения величины отдельных океанографических характеристик, в первую очередь температуры воды, происходят также в течение нескольких часов и даже минут. Они обычно связаны с короткопериодными внутренними волнами.

Все эти колебания имеют существенное значение для состояния погоды в тот или иной период, для воспроизводства морских организмов в данный сезон, для выживания личинок и молоди, для миграции рыб и т. д. Но они не нарушают общую картину распределения природных условий в океане, широтную зональность и другие важнейшие черты физической географии океана.

ОКЕАНСКИЕ «ЛАНДШАФТЫ»

В пределах каждого пояса формируются разные типы природной среды, или природные комплексы, более или менее соответствующие ландшафтам суши. Эти комплексы существуют в толще воды, у поверхности, близ дна, у берегов. В комплексы ниже слоя скачка входят лишь вода, содержащиеся в ней вещества и населяющие ее организмы; в приповерхностные — поверхностная пленка воды и приводный слой воздуха. Придонные комплексы включают поверхность дна, верхний слой донных отложений и бентос; прибрежные охватывают литораль и берег, прибрежную полосу (осушка, пляжи, мангры).

Наибольшие пространства океана занимают природные комплексы открытых вод. Комплексы больших глубин (батипелагиаль, абиссаль) сравнительно мало различаются в зависимости от широты. Большее разнообразие наблюдается в приповерхностных и особенно в прибрежных комплексах. Это связано с многообразием природных процессов и явлений в прибрежной зоне. Здесь взаимодействуют вода, атмосфера и берег, развиваются береговые процессы. Сюда поступает жидкий и твердый сток с берега. Вместе с ним приходят биогенные вещества.

В самых высоких широтах примечателен приповерхностный комплекс, куда входят поверхностные воды, дрейфующие льды, приповерхностный слой воздуха, органический мир воды и льдов. Прибрежные комплексы полярных широт развиты вдоль берегов Антарктиды, Гренландии и других островов. Они включают край ледникового барьера, языки выводных ледников, галечниковые пляжи с лежбищами ластоногих, скалистые берега с гнездовьями морских птиц.

В пределах субполярных поясов очень важен природный поверхностный комплекс кромки льда. Здесь происходят интенсивнейшие физические, химические, биологические процессы: замерзание воды и таяние льда, выведение солей из льда в воду, длительное накопление и чрезвычайно быстрое расходование питательных солей, интенсивное развитие жизни за время короткого лета.

В умеренных и частично в субполярных поясах в океанах выделяются фронтальные зоны, где соприкасаются и перемешиваются воды разного происхождения. Это очень важные природные комплексы. Здесь наблюдается большая динамичность вод, вследствие перемешивания формируются новые водные массы, бурно развиваются биологические процессы, скапливаются огромные массы различных рыб и других животных.

Особый комплекс — придонные воды над шельфом. В его формировании участвует не только гидросфера, но и дно. Микрорельеф и геология очень разнообразны. Различна и освещенность на глубинах. Внешняя часть шельфа обычно находится под влиянием холодных вод, поднимающихся по склону. Состав донной растительности и фауны (бентоса) зависит от широты. Условия для обитания и нереста различных рыб благоприятные. Ихтиофауна очень богатая и сравнительно малоподвижная. Это главные районы тралового лова. Дно шельфа содержит много полезных ископаемых. Во многих районах уже ведется добыча нефти, газа и других ископаемых. В целом шельф и воды над ним — очень важный в хозяйственном отношении природный комплекс.

Прибрежные воды у открытого каменистого берега или песчаного (галечникового) пляжа вдали от устьев рек очень динамичны. Они хорошо освещены и прогреваются солнцем. Волнение, приливные движения вод и прибрежные течения обеспечивают непрерывный водообмен. Песчаный или каменистый грунт поставляет в воду очень мало питательных веществ. Условия неблагоприятны для развития обильной жизни.

В приустьевых районах океана на расстоянии многих миль от берега Вода поверхностного слоя до глубины 10–20 м подвержена заметному опреснению. Речной сток резко понижает прозрачность воды, причем не только из-за большого количества взвеси в речной воде, но и из-за вспышки массового развития фитопланктона в смешанных водах. Вдоль дна к усгью реки иногда наблюдается встречное движение морской воды. Летом во время максимального стока морские рыбы отходят от устья в океан, в сухое время года подходят к берегу, в зону малых глубин.

В прибрежной полосе мутной воды создаются специфические условия жизни: здесь происходит нерест некоторых рыб и откорм молоди.

Если река впадает в залив типа лагуны или в воронкообразный эстуарий, то влияние речного стока в значительной степени локализуется акваторией данного залива, но в его пределах становится более сильным. Воды прибрежных лагун подвержены значительным колебаниям солености от почти полного опреснения в сезон дождей до океанской солености и даже выше в сезон засухи. Большое значение имеет ширина и глубина пролива, соединяющего лагуну с океаном. Во многих лагунах условия различны в разных ее частях в зависимости от удаленности от устья реки и от пролива. Иногда наблюдается резкая стратификация вод по солености. Это затрудняет их перемешивание и аэрацию придонного слоя.

При интенсивном разложении растительных и животных остатков иногда у дна и в илистом грунте создается дефицит кислорода и даже появляется сероводород. В таких условиях могут жить лишь организмы, переносящие резкие колебания уровня воды, солености, температуры и содержания кислорода. Речной сток, илистый грунт, высокая температура создают благоприятные условия для развития жизни. В лагуне много моллюсков, ракообразных, молоди рыб. Это районы интенсивного промысла рыб, креветок и других животных.

Близки к этому типу «ландшафта» мангры — заболоченные заросли невысоких деревьев и кустарников в приливной полосе низких широт, где берег защищен от волн океана, особенно в устьях рек. При отливе обнажается обширное пространство илистого грунта и сложное переплетение корней вечнозеленых деревьев ризофоры и авиценнии. Растения хорошо приспособились к жизни в морской и солоноватой воде, переносят приливы и отливы. В манграх обитают различные моллюски, ракообразные, некоторые рыбы.

Иная природа в районе коралловых рифов. Риф обычно тянется параллельно берегу, на некотором от него расстоянии. На обращенной к открытому океану стороне рифа — чистая прозрачная вода нормальной солености, хорошо освещенная, всегда теплая (выше 20 °C). Здесь отмечается значительное ветровое перемешивание и приток питательных веществ и планктона с открытого моря. На стороне рифа, обращенной к берегу, вода малоподвижная, местами опресненная. Микрорельеф рифа очень сложен, обильны естественные убежища. Высокая биохимическая активность разнообразных организмов поставляет много питательных солей в воду. Интенсивен местный круговорот веществ и энергии. В результате в полосе коралловых рифов исключительно много живых организмов.

Внутри лагун коралловых атоллов отсутствуют волнения и сильные течения, что создает уникальную возможность для развития самых тонких структур коралловых 56 колоний, для существования небольших рыб и других организмов.

В пределах многих природных комплексов различаются более мелкие пространственные единицы. Так, на банке Кампече в Мексиканском заливе, севернее полуострова Юкатан, можно выделить ровные участки с песчано-илистым дном и соответствующей фауной, пространства, заросшие водными растениями, каменистые участки со сложным микрорельефом и мертвыми коралловыми колониями.

Основные особенности строения берегов и динамики береговой зоны обусловлены физико-географической обстановкой: климатом, рельефом прилегающей суши, речным стоком, гидрохимией и движением вод океана. В связи с этим есть типы берегов, тесно связанные с определенными природными зонами. Так, лишь в высоких приполярных широтах встречаются берега, образованные ледниками или вечномерзлым грунтом: в областях древнего оледенения — фиордовые и шхерные, в тропических и экваториальных широтах — коралловые и мангровые.