Павел Астапенко - Вопросы о погоде

Солнечные лучи существенно прогревают только верхний слой океана толщиной всего в несколько метров. Нагретая вода не опускается вниз, будучи по удельному весу легче холодной глубинной. Перемешивание воды при волнении моря в какой-то степени способствует распространению тепла от верхних слоев к нижним. Так, в тропических морях верхний слой воды может иметь температуру выше 25°C (над отдельными участками океана даже выше 28°C), а на глубине 1 км температура воды не превышает 5°C. Ученые и инженеры работают над проблемой использования этой постоянной разности температур в качестве источника энергии.

Самая высокая температура поверхности воды в океане – вблизи экватора: 28°C. Здесь же она испытывает наименьшие колебания в течение года, всего в пределах 2,2-2,4°C. В замкнутых морях и низких широтах температура может достигать 32°C. Минимальная температура поверхности океана – в полярных районах, у кромки морских льдов, где в зависимости от солености воды она колеблется от -1,5 до -1,9°C. Годовая амплитуда изменений температуры воды в океанах в умеренных широтах северного полушария превышает 10°C, а в южном полушарии 5°C. Сезонные колебания температуры воды в океане ощущаются как значительные до глубины 100 м, то есть в поверхностном слое, в котором режим температуры определяется тепловым балансом на поверхности воды. На глубине около 200 м годовые колебания температуры воды невелики, они составляют несколько градусов и происходят с полугодовым запаздыванием; минимальная температура наблюдается в конце лета.

По данным, полученным в период МГГ (1957/58), средняя концентрация CO 2в атмосферном воздухе равна 314,5 • 10 -3, а в отдельных регионах ее колебания составляют около 6 • 10 -6(шесть частей на миллион). Ежегодное увеличение концентрации углекислого газа в воздухе в начале 60-х годов оценивалось в 0,72 • 10 -6, что составляет примерно половину поступления его в атмосферу от сгорания ископаемого топлива. Вторая половина поглощается растительными организмами в ходе процессов фотосинтеза, при этом более 5/6 поглощения происходит на поверхности Мирового океана и только около 1/6 – на суше.

Углекислый газ диффундирует в морскую воду и растворяется в ней с той же скоростью, с какой ее усваивают из морской воды микроскопические водоросли, развивающиеся в верхних слоях океана, где солнечного света достаточно для осуществления фотосинтеза.

Поедаемые морскими животными растения, как и некоторая часть отмирающих водорослей, в последующем превращаются в оседающие на дно известковые отложения – соли угольной кислоты.

Образование морского льда начинается с появления ледяных кристаллов, возникающих как на поверхности моря, так и в толще воды, когда температура воды при обычной ее солености 35‰ падает до -1,91°C. Между кристаллами сохраняются незамерзшие капли рассола, имеющие большую плотность и более низкую температуру замерзания. Всплывая, кристаллы образуют на поверхности моря сперва тонкую ледяную корку, которая постепенно становится толще, нарастая снизу. Подо льдом происходит процесс перемешивания – погружение более плотной, охлажденной у его поверхности воды и подъем воды менее плотной, относительно теплой. Таким образом, с момента достижения температуры замерзания на поверхности моря в толще морской воды возникает механизм конвекции, способствующий теплообмену в поверхностном слое моря. Важное значение имеет при этом тот факт, что наибольшую плотность соленая морская вода имеет при температуре ниже температуры ее замерзания на поверхности (в отличие от пресной воды, плотность которой наибольшая при 4°C, то есть при положительной температуре).

Решающую роль в этих процессах играет изменение солености воды с глубиной. Если соленость воды с глубиной не изменяется, то образование льда может начаться только после охлаждения до точки замерзания всей толщи воды, до самого дна: конвекция в однородно соленой воде начнется сразу же после охлаждения поверхности воды и не прекратится до тех пор, пока на всех глубинах температура воды не достигнет минимального значения. Другими словами, в тех местах океана, где соленость воды с глубиной не меняется, образование льда невозможно. Иная картина на тех участках океана, где верхний слой распреснен и соленость воды с глубиной быстро возрастает: здесь перемешивание вод по глубине затруднено, поступление тепла из глубин океана невелико и тонкий верхний слой воды, отдав свои запасы тепла в атмосферу, неизбежно замерзает. Отсюда повсеместное распространение морских льдов на поверхности Северного Ледовитого океана, верхний слой вод которого распреснен и быстро охлаждается, тогда как глубинные, более соленые и относительно теплые его воды, поступающие из Атлантики, не будучи вовлеченными в процесс конвективного перемешивания с поверхностными водами, не отдают свое тепло и, таким образом, не препятствуют образованию морских льдов.

Скорость нарастания морского льда зависит от температуры его поверхности, толщины снежного покрова на нем и интенсивности потока тепла из подстилающего слоя воды. Для условий Арктики советский ученый Н. Н. Зубов получил формулу для расчета толщины морского льда h (м):

h = -25+√(25+h 0) 2+8∆F,

где h – конечная толщина морского льда; h 0– начальная толщина морского льда; ∆F – сумма градусо-дней рассматриваемого морозного периода.

В Арктике ∆ F = 7000… 8000 в год, и в районах, где к концу лета лед стаивает, толщина сезонного ледяного покрова составляет примерно 2 м. Многолетний лед в Центральной Арктике достигает равновесной толщины (3-4 м) в возрасте 5-8 лет, когда годовой прирост становится равным летнему сезонному стаиванию (абляции). Антарктические морские льды – по преимуществу сезонные, однолетние, толщиной около 1,5 м. Многолетние льды в Антарктике встречаются редко (в основном узкой полосой в море Уэдделла).

Она составляет примерно 1/50 скорости ветра на высоте 2 м над поверхностью воды. Направление дрейфа льдов соответствует теоретическому направлению ветра при отсутствии влияния трения, то есть приблизительно под углом 45° вправо от действительного направления ветра (в южном полушарии – под тем же углом влево).