Вся масса вод Мирового океана условно подразделяется на поверхностные и глубинные. Поверхностные воды – слой толщиной 200–300 м – по природным свойствам весьма разнородны; их можно назвать океанической тропосферой. Остальные воды – океаническая стратосфера, составляющая главную массу вод, однороднее.

Поверхностные воды – зона активного термического и динамического взаимодействия

океана и атмосферы. В соответствии с зональными климатическими изменениями они подразделяются на различные водные массы, прежде всего по термогалинным свойствам. Водные массы – это сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных зонах (очагах) океана и обладающие в течение длительного времени устойчивыми физико-химическими и биологическими свойствами.

Выделяют пять типов водных масс: экваториальные, тропические, субтропические, субполярные и полярные.

Экваториальные водные массы (0-5° с. ш.) образуют межпассатные противотечения. Они обладают постоянно высокими температурами (26-28 °С), четко выраженным слоем температурного скачка на глубине 20-50 м, пониженной плотностью и соленостью – 34 – 34,5‰, малым содержанием кислорода – 3-4 г/м 3 , небольшой насыщенностью жизненными формами. Преобладает подъем водных масс. В атмосфере над ними располагается пояс низкого давления и штилей.

Тропические водные массы (5– 35° с. ш. и 0–30° ю. ш.) распространены по экваториальным перифериям субтропических барических максимумов; они формируют пассатные течения. Температура летом достигает +26...+28°С, зимой опускается до +18... +20 °С, причем она различается у западных и восточных побережий из-за течений и прибрежных стационарных апвеллингов и даун-веллингов. Апвеллинг (англ, upwelling – всплывание) – восходящее движение воды с глубины 50–100 м, порождаемое сгонными ветрами у западных побережий материков в полосе 10–30 км. Обладая пониженной температурой и в связи с этим значительной насыщенностью кислородом, глубинные воды, богатые биогенными и минеральными веществами, входя в поверхностную освещенную зону, увеличивают продуктивность водной массы. Даунвеллинги – нисходящие потоки у восточных побережий материков за счет нагона воды; они заносят вниз тепло и кислород. Слой температурного скачка выражен весь год, соленость 35–35,5‰, содержание кислорода 2–4 г/м 3 .

Субтропические водные массы обладают наиболее характерными и устойчивыми свойствами в «ядре» – круговых акваториях, ограниченных большими кольцами течений. Температура в течение года изменяется от 28 до 15°С, есть слой температурного скачка. Соленость 36–37‰, содержание кислорода 4–5 г/м 3 . В центре круговоротов происходит опускание вод. В теплых течениях субтропические водные массы проникают в умеренные широты до 50° с. ш. и 40–45° ю. ш. Эти трансформированные субтропические водные массы занимают здесь практически полностью акватории Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Охлаждаясь, субтропические воды отдают огромное количество тепла атмосфере, особенно зимой, играя весьма значительную роль в планетарном теплообмене между широтами. Границы субтропических и тропических вод весьма условны, поэтому некоторые океанологи объединяют их в один тип тропических вод.

Субполярные – субарктические (50 – 70° с. ш.) и субантарктические (45–60° ю. ш.) водные массы. Для них типично разнообразие характеристик и по сезонам года, и по полушариям. Температура летом 12–15°С, зимой 5–7 °С, уменьшаясь в сторону полюсов. Морских льдов практически не бывает, но есть айсберги. Слой температурного скачка выражен лишь летом. Соленость уменьшается от 35 до 33‰ по направлению к полюсам. Содержание кислорода 4 – 6 г/м 3 , поэтому воды богаты жизненными формами. Эти водные массы занимают север Атлантики и Тихого океана, проникая в холодных течениях вдоль восточных берегов материков в умеренные широты. В южном полушарии они образуют сплошную зону к югу от всех материков. В целом это западная циркуляция воздушных и водных масс, полоса штормов.

Полярные водные массы в Арктике и вокруг Антарктиды обладают низкой температурой: летом около 0°С, зимой –1,5...–1,7°С. Здесь постоянны солоноватые морские и пресные материковые льды и их обломки. Слоя температурного скачка нет. Соленость 32–33‰. В холодных водах растворено максимальное количество кислорода – 5–7 г/м 3 . На границе с субполярными водами наблюдается опускание плотных холодных вод, особенно зимой.

Каждая водная масса имеет свой очаг формирования. При встречах водных масс с разными свойствами образуются океанологические фронты, или зоны конвергенции (лат. converge – схожусь). Обычно они формируются на стыке теплых и холодных поверхностных течений и характеризуются опусканием водных масс. В Мировом океане несколько фронтальных зон, но основных – четыре, по две в северном и южном полушариях. В умеренных широтах они выражены у восточных берегов материков на границах субполярного циклонического и субтропического антициклонического круговоротов с их соответственно холодными и теплыми течениями: у Ньюфаундленда, Хоккайдо, Фолклендских островов и Новой Зеландии. В этих фронтальных зонах гидротермические характеристики (температура, соленость, плотность, скорости течения, сезонные колебания температуры, размеры ветровых волн, количество туманов, облачность и пр.) достигают экстремальных значений. К востоку из-за перемешивания вод фронтальные контрасты размываются. Именно в этих зонах зарождаются фронтальные циклоны внетропических широт. Две фронтальные зоны существуют и по обе стороны от термического экватора у западных берегов материков между тропическими относительно холодными водами и теплыми экваториальными водами межпассатных противотечений. Они тоже отличаются высокими значениями гидрометеорологических характеристик, большой динамической и биологической активностью, интенсивным взаимодействием океана и атмосферы. Это районы зарождения тропических циклонов.

Есть в океане и зоны дивергенции (лат. diuergento – отклоняюсь) – зоны расходимости поверхностных течений и подъема глубинных вод: у западных берегов материков умеренных широт и над термическим экватором у восточных берегов материков. Такие зоны богаты фито- и зоопланктоном, отличаются повышенной биологической продуктивностью и являются районами эффективного рыбного промысла.

Океаническую стратосферу по глубине делят на три слоя, различающиеся по температуре, освещенности и другим свойствам: промежуточные, глубинные и придонные воды. Промежуточные воды располагаются на глубинах от 300 – 500 до 1000–1200 м. Толщина их максимальна в полярных широтах и в центральных частях антициклонических круговоротов, где преобладает опускание вод. Их свойства несколько различны в зависимости от широты распространения. Общий перенос этих вод направлен от высоких широт к экватору.

Глубинные и особенно придонные воды (толщина слоя последних – 1000–1500 м над дном) отличаются большой однородностью (низкими температурами, богатством кислорода) и медленной скоростью перемещения в меридиональном направлении от полярных широт к экватору. Особенно широко распространены антарктические воды, «сползающие» с материкового склона Антарктиды. Они не только занимают все южное полушарие, но и доходят до 10–12° с. ш. в Тихом океане, до 40° с. ш. в Атлантике и до Аравийского моря в Индийском океане.

Из характеристики водных масс, особенно поверхностных, и течений ярко видно взаимодействие океана и атмосферы. Океан дает атмосфере основную массу тепла, преобразуя лучистую энергию Солнца в тепловую. Океан – огромный дистиллятор, снабжающий сушу посредством атмосферы пресной водой. Тепло, поступающее в атмосферу от океанов, обусловливает различное атмосферное давление. Из-за разницы в давлении возникает ветер. Он вызывает волнение и течения, которые переносят тепло в высокие широты или холод в низкие и т. д. Процессы взаимодействия двух оболочек Земли – атмосферы и океаносферы – сложны и многообразны.

ВОДНЫЕ МАССЫ, объём воды, соизмеримый с площадью и глубиной водоёма, обладающий относительной однородностью физических, химических и биологических характеристик, формирующихся в конкретных физико-географических условиях (обычно на поверхности океана, моря), отличающихся от окружающей водной толщи. Особенности водных масс, приобретённые в определённых районах океанов и морей, сохраняются за пределами области формирования. Смежные водных масс отделяются друг от друга зонами фронтов Мирового океана, зонами раздела и зонами трансформации, которые прослеживаются по увеличивающимся горизонтальным и вертикальным градиентам основных показателей водных масс. Главные факторы формирования водных масс - тепловой и водный балансы данного района, соответственно основные показатели водных масс - температура, солёность и зависящая от них плотность. Важнейшие географические закономерности - горизонтальная и вертикальная зональность - проявляются в океане в виде специфической структуры вод, состоящей из набора водных масс.

В вертикальной структуре Мирового океана выделяются водные массы: поверхностные - до глубины 150-200 м; подповерхностные - до 400-500 м; промежуточные - до 1000-1500 м, глубинные - до 2500-3500 м; придонные - ниже 3500 м. В каждом из океанов имеются характерные для них водные массы, поверхностные водные массы называются в соответствии с климатическим поясом, где сформировались (например, тихоокеанские субарктические, тихоокеанские тропические и так далее). Для нижележащих структурных зон океанов и морей название водных масс соответствует их географическому району (средиземноморская промежуточная водная масса, североатлантичная глубинная, глубинная Чёрного моря, антарктическая придонная и т.д.). Плотность воды и особенности атмосферной циркуляции определяют глубину, на которую водная масса погружается в районе своего образования. Часто при анализе водной массы учитываются также показатели содержания в ней растворённого кислорода, других элементов, концентрации ряда изотопов, которые дают возможность проследить распространение водной массы из района её формирования, степень смешения с окружающими водами, время нахождения вне контакта с атмосферой.

Характеристики водных масс не остаются постоянными, они подвергаются в определённых пределах сезонным (в верхнем слое) и многолетним колебаниям, изменяются в пространстве. По мере передвижения из района формирования водные массы трансформируются под воздействием изменившегося теплового и водного балансов, особенностей циркуляции атмосферы и океана, перемешиваются с окружающими водами. Вследствие чего различают первичные водные массы (формируются под непосредственным влиянием атмосферы, с наибольшими колебаниями характеристик) и вторичные водные массы (образуются при перемешивании первичных, отличаются наибольшей однородностью характеристик). В пределах водной массы выделяют ядро - слой с наименее трансформированными характеристиками, сохраняющий присущие конкретной водной массе отличительные признаки - минимумы или максимумы солёности и температуры, содержание ряда химических веществ.

При изучении водных масс применяется метод температурно-солёностных кривых (Т, S-кривых), метод ядра (исследование трансформации присущих водной массе экстремумов температуры или солёности), изопикнический метод (анализ характеристик на поверхностях равной плотности), статистический Т, S-анализ. Циркуляция водных масс играет важную роль в энергетическом и водном балансе климатической системы Земли, перераспределяя между широтами и разными океанами тепловую энергию и распреснённые (или осолонённые) воды.

Лит.: Sverdrup Н. U., Johnson М. W., Fleming R. Н. The oceans. N. Y., 1942; Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М.; Л., 1947; Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология. 1961. Т. 1. Вып. 1; Степанов В. Н. Океаносфера. М., 1983; Мамаев О. И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Л., 1987; он же. Физическая океанография: Избр. труды. М., 2000; Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. Гидрология. М., 2005.

Особенности распределения океанологических характеристик по площади моря и с глубиной, хорошо развитое перемешивание, приток поверхностных вод из сопредельных бассейнов и изоляция от них глубинных морских вод формируют основные черты гидрологической структуры Японского моря. Вся толща его вод разделяется на две зоны: поверхностную (до глубины в среднем 200 м) и глубинную (от 200 м до дна). Воды глубинной зоны характеризуются относительно однородными физическими свойствами во всей их массе в течение года. Вода поверхностной зоны под влиянием климатических и гидрологических факторов изменяет свои характеристики во времени и пространстве гораздо интенсивнее.

В Японском море выделяются три водные массы: две в поверхностной зоне - поверхностная тихоокеанская, характерная для юго-восточной части моря, и поверхностная япономорская, свойственная северо-западной части моря, и одна в глубинной зоне - глубинная япономорская водная масса. По своему происхождению эти водные массы представляют собой результат трансформации поступающих в море тихоокеанских вод.

Поверхностная тихоокеанская водная масса формируется в основном под влиянием Цусимского течения, наибольший объем она имеет на юге и юго-востоке моря. По мере продвижения на север ее толщина и площадь распространения постепенно уменьшаются и примерно в районе 48° с. ш. вследствие резкого уменьшения глубин она выклинивается на мелководье. Зимой, когда Цусимское течение ослабевает, северная граница тихоокеанских вод располагается примерно на 46-47° с. ш.

Поверхностная тихоокеанская вода характеризуется высокими значениями температуры (около 15-20°) и солености (34,0-35,5‰). В рассматриваемой водной массе выделяется несколько слоев, гидрологические характеристики которых и толщина меняются в течение года. Поверхностный слой, где температура в течение года меняется от 10 до 25°, а соленость от 33,5 до 34,5‰. Толщина поверхностного слоя меняется от 10 до 100 м. Верхний промежуточный слой, толщина которого на протяжении года изменяется от 50 до 150 м. В нем отмечаются значительные градиенты температуры, солености и плотности. Нижний слой толщиной от 100 до 150 м. В течение года изменяются глубина залегания, границы его распространения, температура от 4 до 12°, соленость от 34,0 до 34,2‰. Нижний промежуточный слой с очень незначительными вертикальными градиентами температуры, солености и плотности. Он отделяет поверхностную тихоокеанскую водную массу от глубинной япономорской.

По мере продвижения на север тихоокеанская вода постепенно изменяет свои характеристики под влиянием климатических факторов и вследствие перемешивания ее с подстилающей глубинной япономорской водой. В результате охлаждения и распреснения тихоокеанской воды на широтах 46-48° с. ш. формируется поверхностная япономорская водная масса. Она характеризуется относительно низкими величинами температуры (в среднем около 5-8°) и солености (32,5-33,5‰). Вся толща этой водной массы делится на три слоя: поверхностный, промежуточный и глубинный. Как и в тихоокеанской, в поверхностной япономорской воде наибольшие изменения гидрологических характеристик происходят в поверхностном слое. Температура здесь в течение года меняется от 0 до 21°, соленость от 32,0-34,0‰, а толщина слоя от 10 до 150 м и более. В промежуточном и глубинном слоях сезонные изменения гидрологических характеристик незначительны. Зимой поверхностная япономорская вода занимает большую площадь, чем летом, вследствие интенсивного поступления в море в это время тихоокеанских вод.


Глубинная япономорская вода образуется в результате трансформации поверхностных вод, опускающихся на глубины вследствие процесса зимней конвекции за счет общей циклонической циркуляции. Изменения характеристик глубинной япономорской воды по вертикали крайне малы. Основная масса этих вод имеет зимой температуру 0,1-0,2°, летом 0,3-0,5°; соленость в течение года 34,10-34,15‰.

Схема расположения водных масс и типов вертикальной структуры вод на условном разрезе поперек шельфа северо-западной части Японского моря в феврале (вверху) и в августе (внизу).

Под влиянием определенных геофизических факторов. Водная масса характеризуется постоянным и непрерывным распределением физико-химических и биологических свойств в течение длительного времени. Все компоненты водной массы образуют некий единый комплекс, который может изменяться или двигаться как одно целое . В отличие от воздушных масс , для масс достаточно важную роль играет вертикальная зональность.

Главные характеристики водных масс:

  • температура воды,
  • содержание биогенных солей (фосфаты , силикаты , нитраты),
  • содержание растворенных газов (кислород , углекислый газ).

Характеристики водных масс не остаются неизменными постоянно, они в определенных пределах колеблются по сезонам и многолетне. Между водными массами не существует четких границ, вместо того - переходные зоны взаимного влияния. Наиболее ярко это можно наблюдать на границе теплых и холодных морских течений .

Основными факторами формирования водных масс являются тепловой и водный балансы региона .

Водные массы довольно активно взаимодействуют с атмосферой . Они отдают ей тепло и влагу, биогенный и механический кислород, а из нее усваивают углекислый газ.

Классификация

Различают первичные и вторичные водные массы . К первым относят те, характеристики которых формируются под воздействием земной атмосферы. Они характеризуются наибольшей амплитудой изменений своих свойств в определенном объеме водной толщи. К вторичных водных масс относят те, что формируются под влиянием перемешивания первичных. Они характеризуются наибольшей гомогенностью .

По глубине и физико-географическими свойствами выделяют следующие типы водных масс:

  • поверхностные :
    • поверхностные (первичные) - до глубин 150-200 м,
    • підповерхневі (первичные и вторичные) - от 150-200 м до 400-500 м;
  • промежуточные (первичные и вторичные) - срединный слой океанических вод толщиной около 1000 м, на глубинах от 400-500 м до 1000-1500 м, температура которого лишь на несколько градусов выше точки замерзания воды; постоянная граница между поверхностными и глубинными водами, что препятствует их перемешиванию;
  • глубинные (вторичные) - на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м;
  • придонные (вторичные) - глубже 3 км.

Распространение

Типы поверхностных водных масс

Экваториальные

На протяжении всего года экваториальные воды сильно прогреваются солнцем, что находится в зените . Толщина слоя - 150-300 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 60-70 до 120-130 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 -2 10 -3 см/сек. Температура вод составляет 27°...+28°С, сезонная изменчивость небольшая 2 °C. Средняя соленость от 33-34 до 34-35 ‰, ниже, чем в тропических широтах, потому что многочисленные реки и сильные ежедневные ливни довольно сильно влияют, опресняя верхний слой воды. Условная плотность 22,0-23,0. Содержание кислорода 3,0-4,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,0 мкг-ат/л.

Тропические

Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 50-70 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 -3 см/сек. Температура вод составляет от 18-20 до 25-27°С. Средняя соленость 34,5-35,5 ‰. Условная плотность 24,0-26,0. Содержание кислорода 2,0-4,0 мл/л; фосфатов - 1,0-2,0 мкг-ат/л.

Субтропические

Толщина слоя - 400-500 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 20-30 до 80-100 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 -3 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 25-28°С. Средняя соленость от 35-36 до 36-37 ‰. Условная плотность от 23,0-24,0 до 25,0-26,0. Содержание кислорода 4,0-5,0 мл/л; фосфатов - <0,5 мкг-ат/л.

Субполярные

Толщина слоя - 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10 -4 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 5-10°С. Средняя соленость 34-35 ‰. Условная плотность 25,0-27,0. Содержание кислорода 4,0-6,0 мл/л; фосфатов - 0,5-1,5 мкг-ат/л.

Литература

  1. (англ.) Emery, W. J. and J. Meincke. 1986 Global water masses: summary and review. Oceanologica Acta, 9:-391.
  2. (рус.) Агеноров В. К. Об основных водных массах в гидросфере, М. - Свердловск, 1944.
  3. (рус.) Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М. - Л., 1947.
  4. (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958.
  5. (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Индийского океана, Л., 1959.
  6. (рус.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, т. 1, выпуск 1.
  7. (нем.) Defant A., Dynamische Ozeanographie, B., 1929.
  8. (англ.) Sverdrup Н. U., Jonson М. W., Fleming R. Н., The oceans, Englewood Cliffs, 1959.

Крупные объемы воды называют водными массами, а их закономерное пространственное сочетание - гидрологической структурой водоема. Основными показателями водных масс водоемов, позволяющими отличить одну водную массу от другой, служат такие характеристики, как плотность, температура, электропроводность, мутность, прозрачность воды и другие физические показатели; минерализация воды, содержание отдельных ионов, содержание газов в воде и другие химические показатели; содержание фито- и зоопланктона и другие биологические показатели. Основное свойство любой водной массы в водоеме - ее генетическая однородность.

По генезису выделяют два типа водных масс: первичные и основные.

Пер вичные водные массы озер формируются на их водосборах и поступают в водоемы в виде речного стока. Свойства этих водных масс зависят от природных особенностей водосборов и изменяются по сезонам в зависимости от фаз гидрологического режима рек. Основная особенность первичных водных масс фазы половодья - малая минерализация, повышенная мутность воды, достаточно высокое содержание растворенного кислорода. Температура первичной водной массы в период нагревания обычно выше, а в период охлаждения - ниже, чем в водоеме.

Основные водные массы формируются в самих водоемах; их характеристики отражают особенности гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов водоемов. Часть свойств основные водные массы наследуют от первичных водных масс, часть приобретают в результате внутриводоемных процессов, а также под влиянием обмена веществом и энергией между водоемом, атмосферой и грунтами дна. Основные водные массы хотя и изменяют свои свойства в течение года, но в целом остаются более инертными, чем первичные водные массы. (Поверхностная водная масса - это верхний наиболее нагретый слой воды (эпилимнион); глубинная водная масса - обычно наиболее мощный и относительно однородный слой более холодной воды (гиполимнион); промежуточная водная масса соответствует слою скачка температуры (металимнион); придонная водная масса - это узкий слой воды у дна, отличающийся повышенной минерализацией и специфическими водными организмами.)

Влияние озер на природную среду проявляется прежде всего через речной сток.

Различают общее постоянное воздействие озер на круговорот воды в речных бассейнах и регулирующее воздействие на внутригодовой режим рек.Основное влияние сточных водоемов суши на материковое звено круговорота воды (а также солей, наносов, теплоты и т. д.) заключается в замедлении водо-, соле- и теплообмена в гидрографической сети. Озера (как и водохранилища) представляют собой скопление вод, увеличивающее емкость гидрографической сети. Меньшая интенсивность водообмена в речных системах, включающих озера (и водохранилища), имеет ряд серьезных последствий: накопление в водоемах солей, органических веществ, наносов, теплоты и других компонентов речного стока (в широком понимании этого термина). Реки, вытекающие из крупных озер, как правило, несут меньше солей и наносов.(р.Селенга – оз.Байкал). Кроме того, сточные озера (как и водохранилища) перераспределяют речной сток во времени, оказывая на него регулирующее воздействие и выравнивая его в течение года. Водоемы суши оказывают заметное влияние на местные климатические условия, уменьшая континентальность климата и увеличивая продолжительность весны и осени, на внутриматериковый влагооборот (незначительно), способствуя повышению осадков, появлению туманов и т. д. Влияют водоемы и на уровень грунтовых вод, в целом повышая его, на почвенно-растительный покров и животный мир сопредельных территорий, увеличивая разнообразие видового состава, численность, биомассу и т. д.