3 недели назад
Нету коментариев

Теплые течения — трубы водяного отопле­ния земного шара.

А. И. Воейков

Мировой океан, или гидросфера Земли, объединяет почти все океанические и морские воды, имеющие единую по­верхность. Он занимает почти три четверти поверхности земного шара — 361 млн. км2, в то время как суша — только 149 млн. (рис. 14).

Океаническое и материковое полушарие

Океаническое и материковое полушарие

Средняя глубина относительно невелика — 3,8 км. Столь тонкую гидросферу можно уподобить пленке тол­щиной в 1 мм на глобусе диаметром 3 м. Но она играет огромную роль в органической жизни и климатах Земли.

Океан — колыбель жизни. В далеком прошлом в теп­лых и тихих морских лагунах возникли и развивались первые живые клетки, а потом и простейшие организмы. Если бы жидкая пленка испарилась, то на обсохшей Земле не нашлось бы ни одного уголка для современного высокоразвитого органического мира. Да и тепловой режим стал бы иным — в январе на Северном по­люсе вместо современной средней температуры —30° стало бы —80°.

Океаническая поверхность из всех естественных поверхностей Земли является лучшим поглотителем солнечной радиации. Но та же поверхность в другом агре­гатном состоянии (лед и снег) является наиболее совер­шенным отражателем. Хотя температурная гамма по­верхности океана и приземного слоя атмосферы невелика, но вода в этом тесном диапазоне довольно часто и быстро меняет свое состояние. Такая изменчивость резко сказывается на климате.

Океан — огромный дистиллятор. Он ежегодно испа­ряет 448 000 км3 воды, а континенты — только 71 000. Чем теплее океан, тем больше он испаряет влаги. Влаж­ный воздух, укрывая планету, понижает утечку тепла в космическое пространство, лучше орошает земли и облегчает земледельцу выращивание обильных урожаев. Океан — мощный терморегулятор планеты. Благо­даря большой массе воды и ее высокой теплоемкости (в 3200 раз большей, чем у воздуха) он летом аккумули­рует солнечное тепло и расходует его зимой на обогрев атмосферы, выравнивая межсезонную изменчивость кли­мата. В ряде случаев океан выравнивает и межгодовые колебания. Материки не способны аккумулировать тепло, поэтому континентальность климата, как правило, воз­растает с удалением от границ с океаном.

Воды океана находятся в беспрерывном движении. Они больше, чем суша, поглощают солнечное тепло и являются генеральным поставщиком энергии в глобаль­ные ветровые системы. Ураганы и штормовые ветры энер­гично перемешивают и перемещают водные массы. Так, течение Западных ветров в Южном полушарии ежегодно переносит вокруг Земли около 6 млн. км3 воды, что равно двум объемам Средиземного моря. Особенно активен поверхностный 100—200-метровый слой. Но и подповерх­ностные и даже придонные слои океана находятся в вечном движении. Морские течения приносят большие массы тепла и холода. Частица воды может совершить в Мировом океане любые кругосветные путешествия, меняя свое состояние, нагреваясь под экватором и обращаясь в лед в полярных водах обоих полушарий.

Морские течения вместе с воздушными выравнивают температуру между полярными и тропическими широ­тами и полностью выполняют роль, отмеченную в эпи­графе словами А. И. Воейкова.

В табл. 4 приведены температуры по широтным поясам, вычисленные и наблюдаемые. Разность является резуль­татом теплообмена, определяемого циркуляционными про­цессами в атмосферной и гидросферной оболочках Земли. Легко видеть, как сильно сказывается межширотный теплообмен на температурное поле Земли. Если бы его не было, то в экваториальном поясе температура подня­лась бы на 13°, а в широтах от 60° северной широты до по­люса температура в среднем снизилась бы на 22°. На ши­ротах Москвы и Ленинграда господствовал бы климат современной Центральной Арктики, т. е. совершенно непригодный для растительного мира.

t_004

Количественное представление о межширотном пере­носе тепла морскими и воздушными циркуляционными процессами дает табл. 5.

t_005

Как видно из таблицы, приход солнечной коротко­волновой радиации быстро уменьшается от экватора к полюсу, что находит объяснение в шарообразности Земли. Потери через длинноволновую радиацию, нао­борот, остаются почти неизменными во всех широтных поясах, так как шарообразная поверхность Земли здесь не имеет значения. Отсюда возникает относительный из­быток тепла в широтах ниже 40° и недостаток выше этой границы, что порождает контрасты температур, приве­денных в табл. 4. В реальных условиях, как мы видели, избыток и недостаток тепла уравновешиваются за счет межширотного теплообмена, осуществляемого через ме­ханизмы водо- и воздухообмена.

Практический интерес представляет вопрос — кому же принадлежит определяющая роль в транспортировке тепла от планетарного котла к планетарному холодиль­нику, т. е. от экваториальных и тропических широт к по­лярным? Морской или воздушной адвекции?

В разное время вклад каждой из этих адвекций раз­личен. В современных условиях и в более холодных в прошлом, когда Арктический бассейн в значительной своей части круглый год покрыт дрейфующими льдами, морская адвекция относительно невелика, но по мере того, как в Арктический бассейн нагоняются атланти­ческие воды, ее роль возрастает. Современное соотноше­ние морской и воздушной адвекций отдельными исследо­вателями определяется по-разному: от 1:2 в пользу возду­хообмена до 1:1,5 в пользу морской адвекции. Мы же в своих расчетах воздушную адвекцию в счет принимать не будем, так как ее относительная и абсолютная значи­мость в акриогенных условиях естественно падает. Тот относительно небольшой вклад тепла, который вносит воздушная адвекция, мы будем резервировать в «запас прочности».

А. И. Воейков, называя морские течения регулято­рами температуры, считал, что «воздушные течения далеко не в такой степени содействуют уравнению температур между экватором и полюсом, как морские течения, и по своему прямому влиянию в этом отношении не могут сравняться споследними. Но косвенное влияние их очень велико».

П. П. Лазарев в 1927 г. построил модель океанических и атмосферных циркуляции. Эта модель показала, что океанические течения, проходя через Северный полюс и принося в полярную область большое количество тепла, отепляют ее. Отдавая должное советскому эксперимен­татору, англичанин Брукс отмечал: «Когда модель отображала современное распределение суши и моря, возникавшие в бассейне течения до мелочей оказывались сходными с ныне существующими течениями … В мо­делях, воспроизводивших условия теплых периодов, океа­нические течения проходили через полюс, между тем как в моделях холодных периодов ни одно течение не пере­секало полюса».

Брукс отвергал: самодовлеющую роль атмосферной циркуляции и считал, что возможные ее изменения не спо­собны сами по себе, без привлечения других факторов, вызвать крупные климатические изменения. «Роль атмо­сферной циркуляции, — писал он, — следует рассмат­ривать как регулирующую, иногда, возможно, усиливаю­щую, но не порождающую крупнейшие климатические колебания». Если морские течения, по меткому опре­делению А. И. Воейкова, служат терморегуляторами климата, то этого нельзя сказать о макроциркуляциях атмосферы. Из всех климатообразующих факторов, как отмечал Б. Л. Дзердзеевский, они при своей динамич­ности являются наименее постоянным фактором.

Анализ донных отложений в Арктическом бассейне также подтвердил, что именно морские течения по сравне­нию с воздушными играют определяющую роль в форми­ровании климата. В тех случаях, когда теплые атланти­ческие воды слабо проникали в Арктический бассейн, температура в полярных широтах падала. Низкая темпе­ратура приводила не только к восстановлению ледяного покрова бассейна, но и к возрождению ледниковых щи­тов на континентах.

Придавая огромное значение направлениям морских течений в формировании климата, А. И. Воейков писал: «Не вправе ли мы сказать, взвесив главные условия, влия­ющие на климат: без всякого изменения массы нынешних течений, без изменений средней температуры воздуха на земном шаре опять возможна температура в Грен­ландии, подобная бывшей там в миоценовый период, и опять возможны ледники в Бразилии. Для этого требуются лишь известные изменения, направляющие течения иным образом, чем теперь». Много лет спустя академик Е. К. Федоров указал на необходимость тщательного изучения возможных изменений климата в связи с откло­нением некоторых морских течений, считая, что оно должно стать одним из важнейших направлений в наших исследованиях.

Поэтому будет полезным напомнить краткие характе­ристики современных океанических течений (рис. 15).

Схема течений Мирового океана

Схема течений Мирового океана

Наиболее мощным теплым течением Мирового океана, оказывающим решающее воздействие на климат Северного полушария, является система течений Северной Атлан­тики под общим названием Гольфстрим. Система охва­тывает огромное пространство от Мексиканского залива до берегов Шпицбергена и Кольского полуострова. Собст­венно же Гольфстримом называется участок от места слияния Флоридского течения с Антильским (30° север­ной широты) до острова Ньюфаундленд. На широте 38° мощность достигает 82 млн. км3/сек, или 2585 тыс.км3/год.

В районе Новой Шотландии и южного края Ньюфаунд­лендской банки Гольфстрим соприкасается с холодными распресненными водами течения Кабота, а затем с водами холодного течения Лабрадор. Мощность Лабра­дора составляет примерно 4 млн. м3/сек. Оно вместе с холодными водами выносит в район Большой Банки морские льды и айсберги.

Льды морского происхождения обычно держатся над са­мой банкой и, попадая в воды Гольфстрима, быстро тают. Айсберги же имеют более продолжительную жизнь. Попав в воды Гольфстрима, они дрейфуют на северо-восток и даже снова на север, а нередко совершают длительное плавание по всей Северной Атлантике. В исключительных случаях они заносятся на юг, почти до 30° северной ши­роты, а на восток почти до Гибралтара.

Значительная часть айсбергов распространяется по ок­раинам Большой Банки, особенно по северным, где, садясь на мель, они остаются до тех пор, пока не растают на­столько, что их уменьшенная осадка позволяет им про­должать свой дрейф дальше.

Помимо морских льдов и айсбергов в районе Нью­фаундленда, как и у берегов Лабрадора, встречается и донный лед, по мере образования всплывающий на по­верхность и участвующий в общем дрейфе льда. Поскольку температурная разность контакта Гольфстрима и Лабра­дора очень велика, воды Гольфстрима сильно охлаждаются.

Пройдя Большую Ньюфаундлендскую банку, Гольф­стрим под названием Северо-Атлантического течения дви­жется на восток со средней скоростью 20—25 км/сутки и по мере продвижения к берегам Европы принимает северо-восточное направление. За банками Ньюфаунд­ленда оно отделяет ветви-рукава, теряющиеся в водо­воротах. Около 25° западной долготы от южного его края отходит большая ветвь Канарского течения к Пиреней­скому полуострову.

При подходе к Британским островам от Северо-Атлан­тического течения отделяется с левой стороны большая ветвь — течение Ирмингер, направляющееся на север в сторону Исландии; основная же масса, пересекая порог Уайвилла-Томсона, проходит в проливе между Шетланд­скими и Фарерскими островами и входит в Норвежское море.

Линия порогов Уайвилла-Томсона, а затем Гренландско-Исландский порог являются четкой границей между Атлантическим и Ледовитым океанами. На глубине 1000 м к югу от Фареро-Шетландского порога, имеющего глубину менее 500 м, температура воды почти на 8° выше, чем к се­веру. Соленость на той же глубине с южной стороны по­рога больше на 0,3 промилле. Объяснение этой исключительной контрастности кроется в отклонении к западу глубинных слоев теплых вод на южной стороне, в то время как на се­верной стороне порога холодные воды отклоняются им на восток. В результате на севере от порога вся глубоко­водная часть Гренландского и Норвежского морей запол­нена очень холодной и плотной водой. Эта система поро­гов также разграничивает области с преобладанием на по­верхности атлантических и арктических вод.

Северо-Атлантическое течение, минуя пролив между Фарерскими и Шетландскими островами, под названием Норвежского теплого течения проходит вдоль западного побережья Скандинавского полуострова. В районе пере­сечения Северного полярного круга, с левой стороны от него отходит ветвь самостоятельного потока теплых вод, имеющая во все сезоны года устойчивое направле­ние на север.

Западнее мыса Нордкап, от Норвежского течения с правой стороны отходит на восток в Баренцево море Нордкапское течение. Восточнее 35 меридиана оно хотя и разбивается на мелкие струи, но играет заметную роль в термине Баренцева моря. Так, малая по мощности Мурманская ветвь делает Мурманский порт открытым круглый год для свободного плавания судов любого типа.

Вследствие большей плотности атлантические воды на значительной части акватории Баренцева моря погружаются под легкие слои местной воды. Часть атлан­тических вод проникает в Карское море. Вместе с тем теп­лая атлантическая вода под слоем местной полярной воды заходит в Баренцево море также и с севера, со стороны Арктического бассейна по глубоким желобам западнее и восточнее Земли Франца-Иосифа, куда она попадает как ответвление от уже глубинного Шпицбергенского течения.

Левая ветвь Норвежского течения после отхода от него Нордкапской ветви идет на север под названием Шпиц­бергенского. Основной поток его при входе в пролив Шпицберген-Гренландия теряет часть своей кинетической и тепловой энергии за счет того, что пролив отражает часть водных масс и за счет бокового смешивания с во­дами встречного холодного Восточно-Гренландского те­чения. Отраженные водные массы движутся вначале в за­падном, а затем в южном направлении, вклиниваются в холодные струи Восточно-Гренландского течения и, смешиваясь с ними, образуют круговые течения в районе нулевого меридиана и 74—78° северной широты.

Шпицбергенское течение проходит вдоль Западных берегов Шпицбергена со скоростью около 6 км в сутки, со средней температурой воды 1,9° и соленостью 35 промилле. Севернее Шпицбергена вследствие разности плотностей оно опускается под арктические воды и продолжает свой путь в Центральной Арктике уже в виде глубинного теплого течения. Но это не единственное место, где шпиц­бергенские теплые воды погружаются под холодные аркти­ческие. На Гренландском восточном мелководье всюду на глубинах более 200 м господствуют их высокие поло­жительные температуры. Эти теплые воды могут прони­кать глубоко в заливы и фиорды. Разумеется, такое глу­бокое проникновение под встречные, быстро продвигаю­щиеся на юг распресненные воды, несущие с собой не только паковые льды с глубокой осадкой, но и айсберги, не может происходить без большой потери кинетической энергии и тепла. Работами станции «Северный полюс-1» установлена весьма активная роль атлантических вод в отеплении верхнего холодного слоя. Даже зимой, не­смотря на низкие зимние температуры воздуха, атланти­ческие воды, действуя на льды снизу, все время их ослаб­ляют. Это относится и к местным льдам, и к льдам, выно­симым из Центральной Арктики в Гренландское море.

Пробег вод Гольфстрима от Флоридского пролива до порога Томсона занимает 11 месяцев, а от порога Томсона до Шпицбергена около 13 месяцев.

Течение Ирмингера, отделившись при подходе к северным берегам Британских островов от Северного Атлан­тического течения, приобретает направление на север в сторону Исландии. Примерно на 63° северной широты течение раздваивается. Правая его часть уходит в Датский пролив и своими теплыми водами омывает не только за­падные берега Исландии, но и северные. В этом районе оно входит в соприкосновение с исландской ветвью Вос­точно-Гренландского течения и, смешиваясь с ее водами, охлаждается и движется на юго-восток. Левая, более мощная часть Ирмингерапосле разветвления повора­чивает на юго-запад, а затем на юг, под косым сечением встречается с потоком вод и льдов Восточно-Гренланд­ского течения. На стыке вод температура на расстоянии от 20 до 36 км понижается с 10 до 3°.

В районе южной оконечности Гренландии течения Ирмингер и Восточно-Гренландское концентрически огибают мыс Фарвель и всю юго-западную часть острова и под названием Западно-Гренландского течения проходят через пролив Девиса в Баффинов залив.

Восточно-Гренландское холодное течение, служащее основным трактом для стока вод и выноса льда из Аркти­ческого бассейна, получает свое начало на материковой отмели Азии. При постепенном перемещении от материка на север течение в районе Полюса раздваивается: одна ветвь направляется в американский сектор Арктики, дру­гая — в сторону Гренландского моря. У северо-восточного побережья Гренландии в Восточно-Гренландское течение вливаются воды холодного течения, идущего с запада вдоль северного побережья Гренландии. Ширина Восточно-Гренландского течения у 75—76° северной широты— 175— 220 км, скорость возрастает от двух миль в сутки под ши­ротой 80° до 8 миль под 75°, до 9 миль под 70° и до 16— 18 миль под 65—66° северной широты; температура воды всюду ниже 0°. Пройдя Датский залив, оно соприка­сается с теплым Ирмингероми вместе с ним огибает мыс Фарвель. В этом районе морские льды и айсберги, попадая в струи теплых вод, быстро тают. У мыса Фарвель ширина пояса плавучих льдов в отдельные месяцы достигает 250— 300 км, но благодаря теплым водам Ирмингера, севернее мыса Дезолейшн (62° северной широты), льды никогда не образуют здесь сомкнутого покрова, а ширина их по­яса не превышает нескольких десятков километров.

Лабрадорское течение является продолжением хо­лодного течения Баффиновой Земли, берущего начало у пролива Смита. Оно проходит вдоль берегов полуострова Лабрадор и далее на юг вдоль восточного берега Нью­фаундленда; мощность его примерно 130 000 км3/год. Оно несет морские льды и айсберги и, как уже отмечалось, сильно охлаждает воды Гольфстрима. Воды Лабрадора остаются холодными весь год, охлаждая и все омываемое им побережье. Тундровая растительность на Ньюфаунд­ленде обязана своим существованием холодным водам Лабрадора. Примечательно, что почти на той же широте, но по другую сторону Атлантики, во Франции, произ­растают лучшие сорта винограда.

Рассматривая трассы течений Северной Атлантики, мы убеждаемся, насколько прав был А. И. Воейков, когда говорил, что направление морских течений играет огромную роль в формировании климата. На одном и том же меридиане расположен далеко за полярным кру­гом незамерзающий порт Мурманск, а лежащие на 2500 км южнее азовские порты ежегодно замерзают на несколько месяцев. И, наконец, север Атлантического бассейна можно уподобить ванне, в которую через два крана вли­вается холодная вода (Лабрадор и Восточно-Гренланд­ское течения) и через один — теплая вода Гольфстрима. Регулируя краны, мы можем менять термину Атлантики, а с ней и климат окружающих континентов. Признание большой роли морских течений в формировании климата определило с конца прошлого века пути региональных улучшений климатического режима, изменяя направления теплых и холодных течений. Наряду с этим развивались проекты крупных гидротехнических мероприятий по регу­лированию и переброске речного стока. Остановимся на главных гидротехнических проектах по мелиорации при­родных условий.

comments powered by HyperComments