Суммарную массу растворенных солей
Мирового океана оценивают в 48 000 000 млрд т, и если бы соли
осели на дно, то образовался бы слой толщиной 30 м.
1 Согласно наиболее поздним экспериментальным данным, самый
перемешиваемый верхний слой оказался прикрыт тончайшей пленкой,
отличающейся от остальной массы воды температурой и соленостью. Эта
пленка непрерывно разрушается и создается вновь.
238 Глава 7. БИОСФЕРА
Плотность соленой воды больше плотности пресной. Океанская
вода средней солености имеет плотность 1,028 г/см3
при температуре 0 °С и 1,026 г/см3 при 15 °С. С повышением
давления плотность воды растет незначительно. Так, на глубине
5 км при давлении около 50 МПа (500 атм) плотность морской
воды при 0 °С равна 1,051 г/см3.
Однако при таянии ледников, айсбергов и морского льда
океанская вода становится менее плотной, несмотря на то что
она при этом охлаждается: опреснение сильнее уменьшает плотность,
чем охлаждение увеличивает ее. Поэтому айсберги —
глыбы льда, отколовшиеся от ледников Антарктиды и Гренландии,
плавают как бы на подушках из почти пресной, легкой
воды, которая с окружающей соленой водой перемешивается
довольно медленно. В разнонагретой воде температура выравнивается
в 100 с лишним раз быстрее, чем в разносоленой воде
ее соленость. Поэтому если над холодной пресной водой расположен
теплый слой соленой воды, то возникает неустойчивое
состояние, приводящее к перемешиванию (рис. 7.15).
В океане разность температур и солености невелика, но
описанный процесс усиливает вертикальное перемешивание.
Газы в океане. Для воды характерно наличие растворенных
газов. В океане «растворенная атмосфера» формируется
как результат газообмена с земной атмосферой при участии
биогеохимических процессов в толще воды и на дне, а также
при дегазации мантии в районах рифтовых долин и подводных
вулканов.
Течения. Атмосферная циркуляция, неравномерный нагрев
поверхности, контрасты солености, возникающие в связи
с изменчивостью испарения и осадков по акватории, температурные
контрасты, силы притяжения Луны и Солнца и другие
явления вызывают и поддерживают активное движение водных
масс в Мировом океане. Наиболее изучены поверхностные
Теплая соленая
Рис. 7.15. Рост солевых пальцев в расслоенной воде по стадиям (а — г)
развития процесса
7.2. Геосферные оболочки Земли 239
течения (рис. 7.16), представляющие собой систему гигантских
круговоротов, движущихся в Северном полушарии по часовой
стрелке, а в Южном — против. Между ними существует
несколько меньших по масштабу круговоротов с движением в
противоположных направлениях. Кроме более или менее постоянных,
в океане возникают различные непостоянные и периодические
течения.
Средняя скорость поверхностных течений лежит в пределах
0,1—0,2 м/с, хотя местами она достигает 1 м/с, а в течении
Гольфстрим отмечены скорости до 3 м/с. Расход воды
в гигантских поверхностных течениях составляет 107—108 м3/с,
что почти в 100 раз больше расхода самой крупной реки мира
Амазонки. Эти течения представляют собой как бы сравнительно
тонкую пленку на поверхности океана, так как ширина
их обычно в 100—1000 раз больше глубины. Основной движущей
силой поверхностных течений океана является ветер.
Поверхностные течения быстро затухают с глубиной уже на
первых сотнях метров; на больших глубинах или у дна заметны
лишь очень мощные течения. Так, в Гольфстриме или Куросио1
движение воды сохраняется лишь до глубины 750—1500 м,
а Антарктическое циркумполярное течение достигает дна.
Рис. 7.16. Главные течения Мирового океана: 1 — Гольфстрим;
2 — Бразильское; 3 — Куросио; 4 — Восточно-Австралийское
Куросио (от япон. Курошива — черный поток (по цвету вод)).
240 Глава 7. БИОСФЕРА
Во многих случаях выявлены подповерхностные течения,
расположенные ниже поверхностных и движущиеся в противоположном
направлении. Глубинные течения океана изучены
мало. Схема глубинной циркуляции построена с помощью
расчетных методов и не очень точна. Тем не менее течения воды
на больших глубинах зафиксированы экспериментально.
В конце XIX в. норвежский исследователь Арктики Ф. Нансен
во время дрейфа в Северном Ледовитом океане заметил,
что при постоянном ветре дрейф судна происходит не в направлении
ветра, а под углом 20—40° направо от него. В 1905 г.
шведский ученый В. Экман создал теорию ветрового течения в
открытом глубоком океане, учитывающую возникающую
из-за вращения Земли силу Кориолиса.
Согласно этой теории, поверхностная скорость течения
глубокой воды примерно равняется значению, получаемому
для мелкой воды, но под углом 45° по направлению ветра (направо
в Северном полушарии и налево в Южном). При углублении
вектор скорости постепенно поворачивается и на некоторой
глубине, зависящей от географической широты места,
он ориентирован уже в сторону, противоположную ветру,
а еще несколько глубже — в сторону, прямо противоположную
направлению поверхностного течения.
Расчеты показывают, что при средней скорости ветра на
Земле, равной 10 м/с, и средней скорости поверхностного течения,
равной 0,1 м/с, глубина, на которой течение поворачивает
вспять, составляет около 100 м. Таким образом, водные массы
в основном переносятся течениями в верхнем стометровом
слое, а возникающее при этом явление турбулентности активно
перемешивает этот слой.
В полярных широтах у кромки льдов происходит охлаждение
и осолонение воды океана, наиболее характерное для при-
антарктических вод. Образующаяся более тяжелая вода, максимально
насыщенная кислородом, погружается на дно и придонным
потоком с незначительной скоростью 1 —10 мм/с
стекает в сторону экватора во всех океанах. Этому процессу
препятствует естественная стратификация (расслоение) морской
воды, и тяжелая вода погружается через описанную систему
ячеек (или провалов), обусловленную рельефом дна и динамикой
вод.
Обратный процесс — подъем глубинных вод, насыщенных
биогенными элементами, осуществляется преимущественно
через систему особых ячеек. Медленный подъем океанских вод
в специальной литературе называют апвеллингом (от англ. up —
7.2. Геосферные оболочки Земли 241
а) б)
Рис. 7.17. Схема течений в прибрежной зоне в Северном полушарии:
а — апвеллинг — подъем вод; б — даунвеллинг — опускание
вверх, veiling — источник, родник, течение воды), а их опускание
— даунвеллингом (от англ. daun — вниз). Поскольку на
глубине вода холодная, то температура поверхностных вод на
экваторе на 2—3 °С ниже, чем в соседних тропиках. Таким образом,
экваториальная область океанов — относительно холодное
место планеты.
Помимо экваториальной зоны апвеллинга, подъем глубинных
вод возникает там, где сильный постоянный ветер отгоняет
поверхностные слои от берега больших водоемов. Учитывая
выводы теории Экмана, можно констатировать, что апвеллинг
происходит при касательном к берегу направлении ветра
(рис. 7.17). Смена направления ветра на противоположное ведет
к смене апвеллинга на даунвеллинг или наоборот. На зоны
апвеллинга приходится всего 0,1% площади Мирового океана.
7.2.3.3. Подземные воды
Подземные воды — связующее звено для всей гидросферы
Земли. Они же замыкают геологический круговорот воды.
Однако о подземных водах известно меньше всего, особенно
о глубоко залегающих, поэтому и оценки массы этих вод сильно
расходятся. Преимущественно учитывают запасы воды
только в верхнем 2—3-, редко 5-километровом слое от поверхности.
Бурением скважин экспериментально доказано, что
жидкая вода в недрах Земли может существовать и значительно
глубже 5 км, а в отдельных случаях глубже 10 км.
242 Глава 7. БИОСФЕРА
С глубиной температура в земной коре растет, и в ней все
больше образуется парообразной воды. На значительной глубине
при высокой температуре вся вода переходит в пароводяную
смесь, а в надкритических условиях1 — в особое состояние,
когда стирается разница между паром и водой. При этом
молекулы воды приобретают скорость, характерную молекулам
газов, а плотность ее приближается к плотности жидкости.
Возникает своего рода водяная плазма.
По расчетам О. Г. Сорохтина подземные воды нашей планеты,
находящиеся в жидком и парообразном состоянии, оцениваются
величиной 1 • 105 тыс. км3 или около 7% массы всей
гидросферы. Остальная вода в количестве 8 • 108 млрд т (или
в пересчете на жидкую воду 8 • 105 тыс. км3) в земной коре является
химически связанной, и ее к гидросфере не относят.
Существует много разных оценок массы подземных вод
как жидких, так и химически связанных. Но точность этих
оценок намного ниже точности подсчета массы Мирового океана,
которая близка к 2% .