Гидросфера, Мировой океан   (Подробные карты см. в конце статьи)


Материал подготовил Фактистов И. Е., 2022 г. Сайт www.fishbiosystem.ru  

         Hydrosphere (Гидросфера), World Ocean, Global Ocean (Мировой океан), Ocean (Океан), Earth's water shell (Водная оболочка Земли).

        Гидросфера (Hydrosphere) — совокупность всех водных запасов Земли. Название Hydrosphere происходит от древнегреческих слов υδωρ (hydor) — «вода», «дождь» и σφαιρα (sfaira) — «шар», «сфера».
         Наличие жидкой воды на поверхности Земли является уникальным свойством, которое отличает нашу планету от других объектов Солнечной системы. Большая часть воды сосредоточена в океанах и морях, значительно меньше — в речных сетях, озёрах, болотах и подземных водах. По другим данным, наибольшая часть воды сосредоточена в подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара.
         Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.
         Общая масса воды в Мировом океане примерно составляет 1,35*10¹⁸ тонн, или около 1/4400 от общей массы Земли. Океаны покрывают площадь около 3,61*10⁸ км² (361,132,000 квадратных километров) со средней глубиной 3682 м, что позволяет вычислить общий объём воды в них: 1,332*10⁹ км³ (1 322 000 000 кубических километров). Если всю эту воду равномерно распределить по поверхности, то получился бы слой толщиной более 2,7 км. Из всей воды, которая есть на Земле, только 2,5 % приходится на пресную, остальная — солёная. Большая часть пресной воды, около 68,7 %, в настоящее время находится в ледниках. Жидкая вода появилась на Земле, вероятно, около 4 миллиардов лет назад.
         Средняя солёность земных океанов — около 35 грамм соли на килограмм морской воды (35 ‰). Значительная часть этой соли была высвобождена при вулканических извержениях или извлечена из охлаждённых изверженных горных пород, сформировавших дно океана.
         В океанах содержатся растворённые газы атмосферы, которые необходимы для выживания многих водных форм жизни. Морская вода имеет значительное влияние на климат в мире, делая его прохладнее летом, и теплее — зимой. Колебания температур воды в океанах могут привести к значительным изменениям климата (например, Эль-Ниньо).
         Мировой океан (World Ocean, Global Ocean) — основная часть гидросферы, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова, и отличающаяся общностью солевого состава. Мировой океан покрывает почти 70,8 % земной поверхности. Термин «Мировой океан», по отношению к водным пространствам Земли, предложил употреблять в середине XVII столетия нидерландский географ Бернхард Варен.
         Континенты и большие архипелаги разделяют мировой океан на четыре большие части (океаны): Атлантический океан, Индийский океан, Тихий океан, Северный Ледовитый океан. В 2000 году Международная гидрографическая организация (International Hydrographic Organization — IHO) выделила пятый: Южный океан. Аргументы в пользу такого решения следующие: в южной части Атлантического, Индийского и Тихого океанов границы между ними весьма условны, в то же время воды, прилегающие к Антарктиде, имеют свою специфику, а также объединены Антарктическим циркумполярным течением.
         Большие регионы океанов известны как моря, заливы, проливы и т. п. Учение о земных океанах называется океанологией.
         Происхождение Мирового океана является предметом идущих уже сотни лет споров. Считается, что в архее океан был горячим. Благодаря высокому парциальному давлению углекислого газа в атмосфере, достигавшему 5 бар, его воды были насыщены угольной кислотой Н₂СО₃ и характеризовались кислой реакцией (pH ≈ 3—5). В этой воде было растворено большое количество различных металлов, в особенности железа в форме хлорида FeCl₂.
         Деятельность фотосинтезирующих бактерий привела к появлению в атмосфере кислорода. Он поглощался океаном и расходовался на окисление растворённого в воде железа.
         Существует гипотеза, что, начиная с силурийского периода палеозоя и вплоть до мезозоя, суперконтинент Пангею окружал древний океан Панталасса, который покрывал около половины земного шара.
         Общие физико-географические сведения:
            •   Средняя температура: 5 °C;
            •   Среднее давление: 20 МПа;
            •   Средняя плотность: 1,024 г/см³;
            •   Средняя глубина: 3711 м;
            •   Общая масса: 1,4*10²¹ кг;
            •   Общий объём: 1370 млн км³;
            •   pH: 8,1±0,2.
         Глубочайшей точкой океана является Марианский жёлоб, находящийся в Тихом океане вблизи Северных Марианских островов. Его максимальная глубина — 11 022 м. Марианская впадина была исследована в 1951 году британской подводной лодкой «Челленджер II», в честь которой самая глубокая часть впадины получила название «Бездна Челленджера».
         Воды Мирового океана составляют основную часть гидросферы Земли — океаносферу. Объём пресных вод, поступающих в океан с речным стоком и осадками, не превышает 0,5 миллиона кубических километров, что соответствует слою воды на поверхности океана толщиной около 1,25 м. Это обуславливает постоянство солевого состава вод океана и незначительные изменения их плотности. Единство океана, как водной массы, обеспечивается её непрерывным движением, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В океане, как и в атмосфере, нет резких природных границ, все они более или менее постепенно сглажены. Здесь осуществляется глобальный механизм трансформации энергии и обмена веществ, который поддерживается неравномерным нагревом солнечной радиацией поверхностных вод и атмосферы.
         Систематическое изучение дна мирового океана началось с появлением эхолота. Большая часть дна океанов представляет собой ровные поверхности, так называемые абиссальные равнины. Их средняя глубина — 5 км. В центральных частях всех океанов расположены линейные поднятия на 1—2 км — срединно-океанические хребты, которые связаны в единую сеть. Хребты разделены трансформными разломами на сегменты, проявляющиеся в рельефе низкими возвышенностями, перпендикулярными хребтам.
         На абиссальных равнинах расположено множество одиночных гор, часть из которых выступает над поверхностью воды в виде островов. Большинство этих гор — потухшие или действующие вулканы. Под тяжестью горы океаническая кора прогибается и гора медленно погружается в воду. На ней образуется коралловый риф, который надстраивает вершину, в результате формируется кольцевидный коралловый остров — атолл.
         Если окраина континента пассивная, то между ним и океаном расположен шельф — подводная часть континента, и континентальный склон, плавно переходящий в абиссальную равнину. Перед зонами субдукции, там, где океаническая кора погружается под континенты, расположены глубоководные желоба — самые глубокие части океанов.
         Морские течения — постоянные или периодические потоки в толще мирового океана и морей. Различают постоянные, периодические и неправильные течения; поверхностные и подводные, теплые и холодные течения. В зависимости от причины течения, выделяются ветровые и плотностные течения. Расход течения измеряется в свердрупах.
         Свердруп — единица измерения объёмного транспорта (объёмного расхода) — эквивалентна 106 кубических метров в секунду (0,001 км³/c). Используется в океанологии для измерения транспорта океанических течений. Символ Sv. Не является единицей СИ, и его символ конфликтует с зивертом. Названа в честь одного из пионеров океанологии Харальда Свердрупа. Общий речной сток в океан эквивалентен одному свердрупу.
         Течения классифицируют по различным признакам: по вызывающим их силам (генетические классификации), по устойчивости, по глубине расположения в толще вод, по характеру движения, по физико-химическим свойствам.
         Выделяют три группы течений:
         • Градиентные течения, вызванные горизонтальными градиентами гидростатического давления, возникающими при наклоне изобарических поверхностей относительно изопотенциальных (уровневых) поверхностей.
               •   Плотностные, вызванные горизонтальным градиентом плотности. Плотностные течения определяются различиями в плотности воды. Примером плотностного течения является Гольфстрим, а также северо-тихоокеанское течение. Последние исследования предполагают, что транспорт Гольфстрима постепенно увеличивается с 30 Sv во Флоридском течении до максимального значения в 150 Sv на 55° з. д. Тепло, переносимое с этим огромным объёмом воды, во многом ответственно за умеренный климат северо-западной Европы.
               •   Компенсационные, вызванные наклоном уровня моря под воздействием ветра.
               •   Бароградиентные, вызванные неравномерным атмосферным давлением над морской поверхностью.
               •   Сейшевые, возникающие в результате сейшевых колебаний уровня моря. Сейши — стоячие волны, возникающие в замкнутых или частично замкнутых водоёмах. Сейши являются результатом резонансных явлений в водоёме при интерференции волн, отражённых от границ водоёма. Причиной возникновения сейшей является воздействие внешних сил — изменение атмосферного давления, ветер, сейсмические явления. Сейши характеризуются большим периодом (от нескольких минут до десятков часов) и большой амплитудой (от единиц миллиметров до нескольких метров). Термин введён в 1890 г. швейцарским естествоиспытателем Франсуа-Альфонсом Форелем, осуществившим первое научное наблюдение данного явления на Женевском озере в Швейцарии.
               •   Стоковые или сточные, возникающие в результате возникновения избытка воды в каком-либо районе моря (как результат притока материковых вод, осадков, таяния льдов).
         • Течения, вызванные ветром. Ветровые течения определяются направлением преобладающих ветров. Это всегда поверхностные течения, они образуются под совокупным влиянием сил трения, турбулентной вязкости, градиента давления, силы Кориолиса. К числу сильнейших ветровых течений относятся Северное и Южное Пассатные течения, течение Западных Ветров и др. Теория ветровых течений была разработана шведом В. Экманом, русскими учёными В. Б. Штокманом и Н. С. Линейкиным, американцем Г. Стоммелом.
               •   Дрейфовые, вызванные только влекущим действием ветра.
               •   Ветровые, вызванные влекущим действием ветра, наклоном уровня моря и изменением плотности воды, созданными ветром.
         • Приливные течения, вызванные приливами. Приливные течения наиболее сильные, особенно проявляются у берега, на мелководье, в проливах и устьях рек.
               •   Отбойное течение.
         В океанах и морях течения обычно обусловлены совокупным действием нескольких сил. Течения, которые продолжают существовать после окончания действия вызвавших их сил, называют инерционными.
         По изменчивости течения разделяют на периодические и непериодические. Периодические течения меняются с определённым периодом. К таким течениям относят приливные течения. Непериодические течения связаны с временными причинами (например, возникают под воздействием циклона).
         Выделяют течения, скорости и направления которых мало меняются за сезон (муссонные) или за год (пассатные).
         Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися течениями, а изменяющиеся во времени — неустановившимися.

         Морская геология (геологическая океанография, геология моря) — отрасль геологии, дисциплина, изучающая строение, состав, геологическую историю и развитие земной коры, слагающей дно морей и океанов. Как и обычная геология, представляет собой (применительно к изучению морского дна) большой набор наук: литологию, стратиграфию и палеонтологию, геофизику, палеоокеанологию, вулканологию, петрологию и тому подобное.
         Океан играет огромную роль в формировании климата Земли. Под действием солнечной радиации вода испаряется и переносится на континенты, где выпадает в виде различных атмосферных осадков. Морские течения переносят нагретые или охлаждённые воды в другие широты и в значительной мере ответственны за распределение тепла по планете.
         Вода обладает огромной теплоёмкостью, поэтому температура океана меняется гораздо медленнее, чем температура воздуха или суши. Близкие к океану районы имеют меньшие суточные и сезонные колебания температуры.
         Если факторы, вызывающие течения, постоянны, то образуется постоянное течение, а если они носят эпизодический характер, то формируется кратковременное, случайное течение. По преобладающему направлению течения делятся на меридиональные, несущие свои воды на север или на юг, и зональные, распространяющиеся широтно. Течения, температура воды в которых выше средней температуры для тех же широт, называют тёплыми, ниже — холодными, а течения, имеющие ту же температуру, что и окружающие его воды, — нейтральными.
         На направление течений в Мировом океане оказывает влияние отклоняющая сила, вызванная вращением Земли, — сила Кориолиса. В Северном полушарии она отклоняет течения вправо, а в Южном — влево. Скорость течений в среднем не превышает 10 метров в секунду, а в глубину они распространяются не более чем на 300 метров.
         Океан является средой обитания для множества форм жизни, в их числе: рыбы (круглоротые, хрящевые, костные), китообразные (киты и дельфины), головоногие (осьминоги, кальмары), ракообразные (лобстеры, креветки, криль), морские черви, планктон, кораллы, водоросли.
         Уменьшение концентрации озона в стратосфере над антарктическими водами приводит к меньшему поглощению океаном углекислого газа, что угрожает кальциевым раковинам и экзоскелетам моллюсков, ракообразным и другим организмам.
         Океаны имеют громадное транспортное значение: огромное количество грузов перевозится судами между мировыми морскими портами. По цене перевозки единицы груза, на единицу расстояния, морской транспорт один из самых дешёвых, но далеко не самый быстрый. Для сокращения протяжённости морских путей построены каналы, важнейшие из которых включают Панамский и Суэцкий.