Основы океанологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Водный баланс и уровень мирового океана

Мировой океан - основной источник поступления влаги в атмосферу и на поверхность материков. С поверхности океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км³ воды, что соответствует слою воды, толщиной в 1395 мм. При этом максимальное испарение происходит в тропических широтах (более 2 тыс. мм), в экваториальной зоне оно снижается до 1500-1000 мм, а в субполярных зонах - даже до 600-500 мм.

Эти различия в испарении играют незначительную роль в распределении солености поверхностных вод океана. Важную роль в определении величины солености играют следующие факторы:

· неравномерное распределение атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана. На поверхность океана выпадает в среднем 458 тыс. км³ осадков, что соответствует слою воды 1267 мм. Максимальное количество осадков выпадает в экваториальной зоне - более 3000 (местами даже более 4000 мм). Минимальное количество осадков снижается в тропических водах (особенно в восточных частях Тихого и Атлантического океанов) до 100 и даже 50 мм. Таким образом, там, где выпадает больше осадков, там меньше испарение, и наоборот. Необходимо отметить, что контрасты в солености поверхностных вод океана в большей степени усиливаются в различных климатических зонах.

· речной сток с суши. Речной сток с суши составляет 47 тыс. км³ в год, что соответствует слою воды 128 мм. Неравномерное распределение речного стока в океан также оказывает влияние на соленость его вод. Причем контрастность увеличивается между экваториальной и тропической зонами. Необходимо отметить, что некоторые крупные реки создают местные районы опреснения прибрежных вод и в тропической зоне.

Многолетние наблюдения, охватывающие промежуток времени более 150 лет, показывают, что уровень океана медленно повышается. Предполагается, что причиной этому служит продолжающее отступание ледников и возвращение в океан тех масс воды, которые были сконцентрированы в ледниках.

Установлено, что ледовый сток в океан с Антарктиды равен примерно 1430 км³ в год. Таким образом, ледники северного полушария повинны в превышении прихода воды в океан.

Скорость повышения уровня Мирового океана за последние 80 лет составляет в среднем 1,5 мм/год. Более быстрое повышение уровня воды происходит в Атлантическом и Северном Ледовитом океанах. Повышение уровня в среднем на 1,5 мм/год означает ежегодное избыточное поступление в океан 540 км³ воды.

Уровень Мирового океана является важнейшей характеристикой, определяющей как гидродинамические процессы в самом океане, так и характер взаимодействия океана и атмосферы.

Изменения уровня Мирового океана тесно связаны с современными колебаниями климата, которые в свою очередь определяют испарение, осадки, стерические колебания. Эвстатические колебания можно рассматривать как индикатор глобального водообмена, перераспределяющего воды гидросферы между отдельными оболочками Земли и, прежде всего, между водами литосферы и криосферы.

Определяющими условиями климата Мирового океана являются:

· большая однородность поверхности океана (отсутствие орографических препятствий, вносящих большие осложнения в климатическую обстановку на континентах),

· термические свойства воды,

· особенности теплообмена и влагообмена с прилегающей атмосферой.

Поверхность океана способна поглощать 99,6% поступающего на нее солнечного тепла (на суше этот показатель равен всего 55-65%). Благодаря огромной поглощающей способности океана и большой теплоемкости воды, океан представляет собой мощный аккумулятор тепла. Таким образом, океан оказывает исключительно большое влияние на температурные условия прилегающих слоев атмосферы. Велико также термическое воздействие океана и на климат прилегающих окраин континентов.

Океан медленнее, чем поверхность суши, поглощает тепло и медленнее отдает его в атмосферу, поэтому суточный ход температуры воздуха над поверхностью океана характеризуется небольшими колебаниями (обычно в пределах нескольких градусов). Различия в средних годовых и сезонных температурах здесь также значительно меньше, чем над континентами. Так, разность летних и зимних температур воздуха от экватора к полюсам возрастает в пределах от 1 до 15-20°, тогда как на суше она может быть в 2-2,5 раза больше. Характерно также запаздывание наибольших и наименьших температур воздуха над океаном. Это запаздывание происходит примерно на 1-1,5 месяца по сравнению с сушей.

Важным климатическим фактором в пределах океанов является воздействие теплых и холодных течений. Здесь существует сложная взаимосвязь. С одной стороны распределение течений связано с циркуляцией атмосферы. С другой стороны течения весьма заметно влияют на климатические условия.

Главные черты циркуляции атмосферы над океанами. В умеренной зоне в зимнее время температура над океаном выше, чем над сушей, вследствие чего здесь устанавливаются области низкого атмосферного давления, примером которых являются Исландский и Алеутский барические минимумы. Летом они выражены менее резко, и как бы "размываются".

В субтропиках воздух над сушей всегда теплее, чем над океаном. Кроме того, здесь происходит опускание остывших в верхних слоях атмосферы масс воздуха, пришедших за счет восходящих движений из области экватора. Таким образом, динамические и температурные условия способствуют возникновению устойчивых барических максимумов.

В зоне экватора, вследствие усиленных восходящих токов, развивающихся под воздействием солнечной инсоляции, возникает область относительно пониженного давления.

Над полюсами, наоборот, холодные шапки воздуха обеспечивают повышенное атмосферное давление.

Такое распределение барических областей обусловливает направление господствующих ветров, их силу и устойчивость в различных широтах.

Как известно, в областях с низким давлением воздух движется в Северном полушарии против часовой стрелки (циклональная циркуляция) и по часовой стрелке в Южном. В областях высокого давления движение воздушных потоков происходит в обратном направлении (антициклональная циркуляция).

Взаимодействие областей низкого давления умеренных широт и высокого давления в тропических широтах определяет преобладание западного переноса воздушных масс в умеренной зоне. В Северном полушарии, где пространства океана перемежаются с обширными пространствами суши, западная циркуляция воздушных масс осложняется влиянием континентов. В Южном полушарии она выражена особенно ярко. Здесь устанавливается сплошная зона устойчивых западных ветров, опоясывающая весь земной шар в пределах 40-50° южной широты (так называемые "ревущие сороковые").

Барическая депрессия в экваториальной зоне обусловливает приток воздушных масс из лежащих севернее и южнее экватора областей высокого давления. В результате возникает пассатная циркуляция воздушных масс по направлению к экватору. Причем в Северном полушарии устанавливаются постоянные, хотя и не сильные ветры с северо-востока, а в Южном полушарии - с юго-востока. В летние и осенние месяцы этот устойчивый режим постоянных ветров может иногда нарушаться сокрушительными тропическими ураганами.

Общая схема циркуляции атмосферы над океаном осложняется в Индийском и отчасти в Тихом океанах воздействием сезонных барических центров, возникающих над Азиатским континентом. Интенсивное нагревание поверхности Азии летом создает здесь область пониженного давления (Южно-Азиатский минимум), в то время как северная часть Индийского и северо-западная часть Тихого океанов имеют на поверхности более низкую температуру, чем прилегающие пространства суши, и более высокое атмосферное давление. В результате происходит подсасывание воздуха с океана в область пониженного давления, возникает летний муссон. Летний муссон направлен от океана в сторону суши и несет с собой обильные осадки. В зимнее время, наоборот, поверхность суши оказывается переохлажденной, здесь образуется область высокого давления. Плотные массы воздуха начинают растекаться в сторону Индийского и Тихого океанов. Таким образом, образуется зимний муссон. Зимний муссон направлен с суши к океану.

Важнейшим фактором, определяющим характер циркуляции воздушных масс, является вращение Земли, что проявляется в действии силы Кориолиса. Сила Кориолиса вызывает отклонение движущихся потоков воздуха от общего направления их движений в Северном полушарии вправо и в Южном влево. Поэтому говорят, что циркуляция воздушных масс имеет геострофический характер (от "гео" - земля и "строфе" - вращение).

Эти основные черты циркуляции атмосферных масс над океаном имеют решающее значение для циркуляции вод Мирового океана.

На дне океанов и в толще воды господствуют в основном постоянные физические характеристики: плотность, соленость, температура воды. Сезонные изменения этих характеристик происходят лишь в самом верхнем слое и не отражаются на геологических процессах на подавляющей части дна Мирового океана. Необходимо отметить, что океан является областью необратимой аккумуляции осадочного материала. Осадкообразование в океане следует рассматривать как один из важнейших экзогенных геологических факторов. Этот фактор имеет огромное значение для формирования рельефа океанического дна.

В.В. Лонгинов разделяет экзогенные геологические факторы в океане:

· на гидрогенные,

· гравитационные,

· биогенные.

К гидрогенным факторам относятся различные виды движения морских вод:

· ветровое волнение и производные от него волны, зыби, прибой;

· цунами;

· приливно-отливные движения вод;

· различные виды течений, сопровождающие ветровое волнение и приливно-отливные колебания;

· внутренние волны;

· вертикальная циркуляция (перемешивание) морских вод;

· различные придонные течения, производящие работу на шельфе, в пределах батиали и абиссали. Придонные течения способствуют переносу осадочного материала. Они обычно имеют направление противоположное поверхностным течениям. Важнейшим фактором их образования в абиссальной зоне Мирового океана является растекание плотных арктических или антарктических вод. Плотные холодные воды стекают по дну и несут с собой массу осадочных частиц. Осадки осаждаются по пути следования течений и образуют крупные аккумулятивные формы рельефа - хребты, косы, возвышенности и т.д. Эти течения способствуют также эрозионной деятельности, в результате которой образуется скалистое дно, лишенное осадочного материала.

Движение морских вод приводит к размыву (абразии) и перемещению частиц донного грунта. В каждом из гидрогенных процессов участвует в той или иной степени сила тяжести. Процессы, где именно сила тяжести является главным фактором движения минеральных частиц, называют гравитационными.

К гравитационным факторам относятся мутьевые потоки, оползни, крип.

Подводные оползни могут быть:

· структурными. Они представляют собой движение целых блоков осадков. При движении такого блока не происходит существенных нарушений внутренней структуры блока;

· пластичными. Эти оползни рассматриваются как движение блока, постепенно переходящее в пластическое течение составляющего его материала. Причем внутри этого блока частицы материала, его составляющие, взаимодействуют. Эти потоки аналогичны лавинным потокам.

Мутьевой поток - это гравитационное течение суспензии твердых частиц в воде. Начало мутьевым потока дают реки. Реки выносят в прибрежную зону моря огромное количество мелкозернистого материала. Происходит накопление очень крупных масс осадков. Под действием силы тяжести осадки начинают перемещаться вниз по склону. Образуются подводные оползни. При движении оползня вниз по склону осадки разжижаются, и оползень постепенно преобразуется в мутьевой поток. Подводные оползни могут возникнуть как самостоятельно, так и могут быть спровоцированы землетрясениями. Мутьевые потоки стекают по подводным каньонам. При этом в устьях последних происходит отложение осадочного материала в виде конусов выноса. Конусы выноса соседних каньонов могут сливаться между собой. В результате у основания материкового склона формируется наклонная аккумулятивная равнина. Скорость мутьевых потоков может доходить до 100 км/ч и более. Мутьевые потоки могут интенсивно воздействовать на дно и стенки каньонов: углублять каньоны, придавать им извилистость, террасированность.

Крип - это медленное массовое смещение толщи наносов в направлении уклона дна. Одной из разновидностей крипа является "течение" песка, сопровождающееся "пескопадами".

Биогенные факторы многочисленны и разнообразны. В ходе жизнедеятельности и отмирания различных морских организмов происходят следующие процессы:

· накопление рыхлого осадочного материала: скелетов и покровных частиц различных организмов кремнистого и известкового состава;

· формирование массивных пород типа рифовых известняков и образуемых ими форм рельефа: коралловых рифов;

· разрушение и разрыхление горных пород, вследствие деятельности различных "камнеточцев" (некоторые двустворчатые);

· переработка донных грунтов путем пропускания их через пищеварительный тракт илоедов. В результате донные отложения утрачивают слоистость и приобретают мелкокомковатую структуру. Многие организмы улавливают минеральные взвеси из морской воды и способствуют их осаждению. Так мидии пропускают через свои раковины в среднем 1,5 л воды в час. При этом мидии начисто отфильтровывают все содержащиеся в воде взвеси. В результате этого вода становится чистой, а взвесь при этом полностью выпадает в осадок.

Многие жители моря обладают способностью концентрировать в своих покровах и мягких тканях различные элементы и неорганические соединения, растворенные в морской воде. Особенно большое значение имеет способность многих организмов усваивать известь или кремнезем. Эти соединения извлекаются из морской воды и практически безвозвратно выбывают из круговорота, так как после отмирания организмов накапливаются в донных отложениях.

Проблема образования и развития коралловых рифов является одной из проблем изучения роли биогенных факторов в формировании отложений и рельефа дна Мирового океана. В ходе образования и развития коралловых построек происходит извлечение извести из воды коралловыми полипами. Результаты рельефообразующей деятельности коралловых полипов по своим масштабам весьма сопоставимы с результатами тектонических подвижек земной коры.

Таким образом, экзогенные процессы в совокупности приводят к образованию крупнейших форм рельефа: конусов выноса, обширных аккумулятивных наклонных равнин материкового подножия, хребтов, кос, долин, коралловых рифов. По существу это образования, которые по своей величине и значению не уступают крупнейшим тектоническим структурам.

океан гидрогенный экзогенный геологический

2. Биологические процессы в мировом океане

В океане известно большое количество месторождений различных типов. Они могут быть подразделены на три группы.

1. Месторождения, образованные в континентальной обстановке и оказавшиеся в подводных условиях вследствие трансгрессии. Это месторождения, аналогичные известным на суше. Чаще всего это отдельные тела полезных ископаемых или участки месторождений, обнаруженных на суше и продолжающихся под дном моря. В течение нескольких столетий из подводных месторождений в прибрежной зоне ведется добыча олова, железа, угля, серы, медно-никелевых руд и др.

2. Месторождения, образованные в прибрежно-морской зоне за счет волноприбойной деятельности и частично либо полностью затопленные. Это огромное количество россыпных месторождений различного типа и состава. Подводные и прибрежные россыпи магнетита, титано-магнетита, касситерита, золота, алмазов, грандиозные по масштабам титано-циркониевые россыпи - почти непрерывно обрамляют все континенты. Помимо россыпных месторождений на шельфах широко развиты залежи фосфоритовых конкреций, в образовании которых ведущую роль играют биологические процессы.

3. Месторождения, образованные на дне океана и представляющие собственно океанические процессы рудогенеза. Среди них выделяются две группы: эндогенные и экзогенные месторождения.

Эндогенные образования представлены массивными сульфидными рудами колчеданного типа, отлагающимися из гидротермальных рудоносных растворов, изливающихся на морское дно. Сульфидные гидротермальные системы известны в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и в островодужных системах, главным образом в междуговых и задуговых бассейнах. В меньшей степени рудная минерализация подобного типа отмечается в районах внутриплитного вулканизма - в <горячих точках>. Другая разновидность эндогенного сульфидного оруденения - металлоносные осадки. Эти проявления также связаны с рифтовыми структурами. Имеется в виду, прежде всего, межконтинентальный Красноморский рифт, депрессионные впадины которого заполнены металлоносными илами, горячими рассолами. Металлоносные осадки, связанные с гидротермальными проявлениями известны в рифтовой зоне Калифорнийского залива, на северном продолжении ВТП - на хр. Хуан-де-Фука, в Индийском океане в области точки тройного сочленения, а также в некоторых участках Срединно-Атлантического хребта. Обширные поля металлоносных осадков располагаются и за пределами рифтовых зон - на флангах спрединговых хребтов.

Экзогенные руды представлены двумя формациями: железомарганцевыми конкрециями абиссальных котловин и кобальтоносными корками подводных поднятий. Обе формации оксидных руд близки по составу, но различаются условиями и обстановками рудообразования. Залежам кобальтоносных корок на гайотах сопутствуют скопления фосфатов, благодаря чему эти месторождения по существу являются комплексными.

Особая роль в металлогении Мирового океана принадлежит океанской воде. Она является средой рудообразования, агентом переноса и отложения рудного вещества и одновременно - полезным ископаемым.

Предметом дальнейшего анализа металлогении Мирового океана будут сульфидные и оксидные рудные образования, являющиеся продуктами собственно океанических процессов рудогенеза.

Как следует из приведенного перечня, все разнообразие объектов металлогении ограничивается двумя формациями экзогенных оксидных руд и довольно разнообразными по составу руд, но принадлежащим одному - колчеданному - семейству проявлениями эндогенного гидротермального процесса.

3. Взаимодействие океанов и материков

Материк - это длительно существующий природно-территориальный комплекс (ПТК), континентальная часть парагенетической системы океан-материк, имеющий устойчивое "ядро", препятствующее быстрому разрушению материка. У Земле имеются материки как разрушающиеся, так и с различной скоростью увеличивающиеся в размерах. В первых преобладают горные породы докембрия, во вторых преобладающими являются горные породы фанерозоя. К первым можно отнести материки южного полушария: Африку и Австралию. К вторым - все остальные материки. Силой, созидающей и разрушающей материки или способствующей их разрушению, является в основном вода в различных ее формах в сочетании с динамическими напряжениями в литосфере, возникающими под влиянием вращения Земли вокруг своей оси и влияния Луны.

У восточных берегов материков взаимодействия океана и материка направлены в противоположные стороны. Силы вращения Земли вокруг своей оси способствуют сжатию литосферы у восточных окраин материков. Силы приливов направлены против вращения Земли вокруг своей оси, поэтому они тоже способствуют такому сжатию. Здесь океан воздействует на материк через приливы и отливы. В геологическом плане материки противостоят воздействию океана (приливным силам Луны) через сток. При повышенном стоке твердых веществ в океан и усилению сжатия восточной окраины материка, происходит наступление материка на океан или его стабилизация, и наоборот.

У западных окраин материков приливные силы Луны ведут к воздействию материка на океан, т. е. происходит наползание материка на дно океана и этому процессу не противостоят приливы в океане. Приливная волна здесь зарождается (возникает своеобразный "вакуум") и далее движется к западу, поэтому давление приливов на материк отсутствует. В результате не случайно наблюдается отличие восточных и западных берегов материков в Евразии, а особенно Северной и Южной Америках.

Устойчивости материков к внешним воздействиям способствует наличие в их пределах центрального ядра, сформировавшегося в течение длительной и своеобразной геологической истории материка.

Центральным ядром материков могут быть области, с которой отсутствует вынос горных пород в океан, за её пределы (область внутреннего стока Евразийского материка, пустыни в Африке и Австралии), или области, где преобладают опускания и накопление осадков (Амазонская низменность), или это области со слабым стоков веществ (Антарктида, северная часть Северной Америки). Поэтому в каждом материке это устойчивое ядро будет своеобразным. Это утверждение может показаться не корректным. Однако, отмечается одна общая особенность в строении материков, подтверждающая этот вывод: материки имеют наибольшую ширину на широте (по параллели) в полосе развития центрального (стабилизирующего весь материк) ядра.

У Евразийского материка таким стабилизирующим ядром является область внутреннего стока, с которой отсутствует вынос горных пород в океан. Она простирается широкой полосой с запада на восток и имеет наибольшую длину вдоль 45 параллели. Единственный "прокол" границы бассейна внутреннего стока, через который осуществляется вынос твердых веществ, наблюдается на востоке в бассейне реки Амур. Сформировался он, повидимому, под влиянием Байкальского рифта.

Областью стабилизации материка Северной Америки является северная его часть, расположенная в широтной полосе Гудзонова залива (50 параллель), с которой идет слабый сток в Северный Ледовитый и Атлантический океаны.

Ядрами стабилизации материка Южной Америки являются две низменности: Амазонская и Лаплатская, перехватывающие значительную часть твердого стока с горных районов Анд.

Ядрами стабилизации Африки и Австралии являются соответственно их пустыни Сахара и Большая песчаная пустыня, с которых возможен вынос фрагментов горных пород только под влиянием ветров.

Особняком в этом ряду материков стоит материк Антарктида, длительное существование которого можно объяснить медленным стоком льда и твердых веществ в прилегающий Южный океан, отсутствием жидкого стока.

Определенное влияние на размеры стабилизирующих ядер материков и их гидроморфную структуру оказывает их площадь, географическое положение, особенности климата и геолого-геоморфологических условий. Наиболее устойчивы материки, расположенные в тропических широтах (30-40 градусов с. и ю. широт), где выпадает малое количество осадков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Залогин Б.С., Кузьминская К.С. Мировой океан. - М.: Академия, 2001.

2. Фукс В.Р. Уровень Мирового океана как индикатор глобального потепления. II География и современность. 2005. Вып. 10. С. 73-93.

3. Калинин Г. П., Клиге Р. К. К вопросу о вековых колебаниях уровня Мирового океана. / В сб.: Формирование ресурсов вод суши / Под ред. Г.П. Калинина. -М.: "Наука", 1972. 132 с.

4. Малинин В.Н., Гордеева С.М., Шевчук О.И. Изменчивость уровня Мирового океана за последние 140 лет // Уч. записки РГГМУ. 2007. Вып. 4. С. 125-132.

5. Степанов В.Н. Океаносфера. М.: Мысль, 1983.

Размещено на Allbest.ru