(около 70%), състоящ се от множество отделни компоненти. Всеки анализ на структурата на M.o. свързани със съставните части на океана.
Хидроложка структура на Московска област.
Температурна стратификация.През 1928 г. Дефант формулира теоретична теза за хоризонталното разделяне на МК на два водни стълба. Горната част е океанската тропосфера, или "Топъл океан", а океанската стратосфера, или "Студен океан", преминава под наклон, варирайки от почти вертикално до хоризонтално положение. На екватора границата е на дълбочина около 1 км, в полярните ширини тя може да минава почти вертикално. Водите на „топлия“ океан са по-леки от полярните води и са разположени върху тях като на течно дъно. Въпреки факта, че топлият океан присъства почти навсякъде и следователно границата между него и студения океан е в значителна степен, обменът на вода между тях се извършва само на много малко места, поради издигането на дълбоки води (upwelling), или понижаването на топлите води (източване).
Геофизична структура на океана(наличие на физически полета). Един от факторите за наличието му е термодинамичният обмен между океана и атмосферата. Според Шулейкин (1963) океанът трябва да се разглежда като топлинна машина, работеща в меридионална посока. Екваторът е нагревател, а полюсите са хладилници. Поради циркулацията на атмосферата и океанските течения има постоянен отлив на топлина от екватора към полюсите. Екваторът разделя океаните на две части с частично отделни системи от течения, а континентите разделят океана. към региони. Така океанографията разделя МО на 7 части: 1) Арктика, 2) Северна Атлантика, 3) Северна Индия, 4) Северна част на Тихия океан, 5) Южна част на Атлантическия океан, 6) Южна част на Тихия океан, 7) Южна Индия.
В океана, както и навсякъде другаде в географската обвивка, има гранични повърхности (океан/атмосфера, бряг/океан, дъно/водна маса, студена/топла водна маса, по-солена/по-малко солена морска вода и т.н.). Установено е, че най-голямата активност на химичните процеси протича именно на граничните повърхности (Айзатулин, 1966). Около всяка такава повърхност има увеличено поле на химическа активност и физически аномалии. МО са разделени на активни слоеве, чиято дебелина при приближаване до границата, която ги генерира, намалява до молекулярно ниво, а химическата активност и количеството свободна енергия се увеличават максимално. Ако се преминат няколко граници, тогава всички процеси протичат още по-активно. Максимална активност се наблюдава на бреговете, на ръба на леда и на океанските фронтове (ЕМ с различен произход и характеристики).
Най-активен:
- екваториалната зона, където ВМ на северната и южната част на океаните се допират, въртящи се в противоположни посоки (по или обратно на часовниковата стрелка).
- контактни зони на океанските води от различни дълбочини. В районите на повдигане на повърхността се издигат стратосферни води, в които са разтворени голямо количество минерални вещества, които са храна за растенията. В зоните на спускане, богатите на кислород повърхностни води потъват на дъното на океана. В такива райони биомасата се увеличава 2 пъти.
- хидротермални зони (подводни вулкани). Тук се формират „екологични оазиси“, базирани на хемосинтеза. В тях организмите съществуват при температури до +400ºС и соленост до 300 ‰. Тук са открити археобактерии, които умират при +100ºС от хипотермия и са родствени на съществувалите на Земята преди 3,8 милиарда години червеи с четина - живеещи в разтвори, наподобяващи сярна киселина при температура +260ºС.
- речни устия
- проливи.
- подводни бързеи
Най-слабо активни са централните части на океаните, отдалечените от дъното и бреговете.
Биологична структура.
До средата на 60-те години. Смятало се, че океанът може да изхрани човечеството. Но се оказа, че само около 2% от водните маси на океана са наситени с живот. Има няколко подхода за характеризиране на биологичната структура на океана.
- Подходът е свързан с идентифициране на натрупвания на живот в океана. Тук има 4 статични струпвания на живот: 2 филма от живот, повърхностен и дънен, с дебелина приблизително 100 m, и 2 струпвания на живот: крайбрежно и саргасово - натрупване на организми в открития океан, където дъното не играе никаква роля, свързани с покачването и спадането на водите в океана, фронталните зони в океана,
Подходът на Зенкевич е свързан с идентифициране на симетрия в океана. В явленията на биотичната среда има 3 равнини на симетрия: екваториална, 2 меридионални равнини, преминаващи съответно през центъра на океана и центъра на континента. По отношение на тях има промяна в биомасата от брега към центъра на океана; По отношение на екватора в океана се разграничават ширинни зони.
- екваториалната зона с дължина около 10 0 (от 5 0 N до 5 0 S) е ивица, богата на живот. Има много видове с малък брой от всеки. Риболовът обикновено не е много печеливш.
- субтропично-тропични зони (2) – зони на океански пустини. Има доста видове, фитопланктонът е активен през цялата година, но биопродуктивността е много ниска. Максималният брой организми живеят на коралови рифове и мангрови гори (крайбрежни растителни образувания, наполовина наводнени с вода).
- зони с умерени ширини (2 зони) имат най-висока биопродуктивност. Видовото разнообразие рязко намалява в сравнение с екватора, но броят на индивидите от един вид рязко нараства. Това са зони за активен риболов. 4) полярни зони - области с минимална биомаса поради факта, че фотосинтезата на фитопланктона спира през зимата.
Екологична класификация. Разграничават се екологични групи живи организми.
- планктон (от гръцки Planktos - блуждаещ), съвкупност от организми, които живеят във водния стълб и не могат да устоят на носенето им от течението. Състои се от бактерии, диатомеи и някои други водорасли (фитопланктон), протозои, някои кишечнополостни, мекотели, ракообразни, рибни яйца и ларви и ларви на безгръбначни (зоопланктон).
- нектон (от гръцки nektos - плаващ), колекция от активно плуващи животни, които живеят във водния стълб, способни да устояват на течението и да се движат на значителни разстояния. Нектон включва калмари, риби, морски змии и костенурки, пингвини, китове, перконоги и др.
- бентос (от гръцки benthos - дълбочина), набор от организми, живеещи на земята и в почвата на дъното на резервоари. Някои от тях се движат по дъното: морски звезди, раци, морски таралежи. Други се прикрепят към дъното - корали, миди, водорасли. Някои риби плуват близо до дъното или лежат на дъното (скатове, писия) и могат да се заровят в земята.
- Съществуват и други, по-малки екологични групи организми: плейстон – организми, плаващи на повърхността; neuston - организми, които се прикрепят към водния филм отгоре или отдолу; хипонейстон - живеят директно под водния филм.
- Единство на Московска област
- В рамките на структурата на МО се разграничават кръгови структури.
- Океанът е анизотропен, т.е. предава влиянието на съседни повърхности с различна скорост в различни посоки. Една капка вода се движи от повърхността на Атлантическия океан до дъното за 1000 години, а от изток на запад от 50 дни до 100 години.
- Океанът има вертикални и хоризонтални пояси, което води до образуването на вътрешни граници от по-нисък ранг в океана.
- Значителният размер на МК измества долната граница на КП в него до 11 km дълбочина.
- ниска достъпност за хората;
- трудности при разработването на технология за изучаване на океана;
- кратък период от време, в който се изучава океана.
В процеса на планетарен обмен на материя и енергия в атмосферата и хидросферата се формират свойствата на водите на Световния океан. Енергията на движението на водата, идваща със слънчева радиация, навлиза в океана отгоре. Следователно е естествено, че във вертикален разрез водният стълб се разпада на големи слоеве, подобни на слоевете на атмосферата; те се наричат още сфери. Прието е да се разграничават четири сфери: горна, междинна, дълбока и долна.
Горната сфера е слой с дебелина 200-300 m, характеризиращ се със смесване, проникване на светлина и температурни колебания.
Междинната сфера се простира до дълбочини от 1500-2000 m. Водите й се образуват от повърхностните води, когато се спускат. В същото време те се охлаждат и уплътняват, след което се движат в хоризонтални посоки, главно със зонален компонент.
Дълбочинната сфера не достига до дъното на около 1000 m. Характеризира се с хомогенност (хомогенност) на водата. Тази сфера с дебелина най-малко 2000 m съдържа почти половината от цялата океанска вода.
Долната сфера е с дебелина около 1000 м от дъното. Водите му се образуват в студени зони, в Антарктида и Арктика, и се движат върху обширни площи по дълбоки (над 4000 m) басейни и ровове. Те възприемат топлина от дълбините на земята и химически взаимодействат с дъното на океана. Поради това те са значително трансформирани.
В горната сфера има водни маси - относително големи обеми вода, които се образуват в определен район на Световния океан и имат почти постоянни физически (температура, светлина), химични (соленост, газове), биологични (планктон) свойства за дълго време и се движат като едно цяло.
В Световния океан се разграничават следните зонални типове водни маси: екваториални, тропични и субтропични, умерени, полярни.
Екваториалните водни маси се характеризират с най-високата температура в открития океан, ниска соленост (до 32-34°/0°), минимална плътност, високо съдържание на кислород и фосфати. Тропическите и субтропичните водни маси се формират в района на тропическите атмосферни антициклони и се характеризират с повишена (до 37°/oo и повече) соленост и висока прозрачност, бедност на хранителни соли и планктон. Това са океански пустини.
Умерените водни маси са разположени в умерени ширини и се характеризират с голяма променливост на свойствата както по географска ширина, така и по сезон. Характеризират се с интензивен обмен на топлина и влага с атмосферата.
Полярните водни маси на Арктика и Антарктика се характеризират с най-ниска температура, най-висока плътност и високо съдържание на кислород. Антарктическите води интензивно потъват в дънната сфера и я снабдяват с кислород. Арктическата вода, която има ниска соленост и следователно ниска плътност, не се простира отвъд горната междинна сфера. Водната маса е квазистационарна. Всяка водна маса има свой източник на образуване При движение водните маси се смесват и променят свойствата си. Когато водните маси се срещнат, възникват фронтални зони, които се различават по градиенти на температура, соленост и следователно плътност (фиг. 8).
Фронталните зони са зони на конвергенция. По време на конвергенцията водата се натрупва, нивата на океана се покачват, налягането и плътността на водата се увеличават и тя потъва.
Тъй като в океана не може да се случи само понижаване на водата, но трябва да има и компенсаторно покачване на водата, заедно със зоните на конвергенция има и зони на дивергенция (дивергенция) на теченията, където водата се издига. Средната скорост на непериодичните вертикални движения в океана е само няколко сантиметра на ден. Следователно издигането на студени води от дълбините на океана до повърхността край източните брегове на океаните със скорост от няколко десетки. сантиметра на ден се нарича мощен (upwelling). Студената вода, издигаща се от дълбините на океана, съдържа много хранителни вещества, така че такива райони са по-богати на риба.
Студените дълбоки води, навлизайки в повърхностния слой, постепенно се затоплят и под въздействието на циркулацията на вятъра се движат в система от дрейфови течения към високи географски ширини, пренасяйки топлина. В резултат на това океанът пренася повече топлина от ниските географски ширини, отколкото атмосферата.
Световният океан и атмосферата образуват единна система. Океанът е основният акумулатор на топлина на Земята, гигантски преобразувател на лъчиста енергия в топлина. Почти цялата топлина, получена от долните слоеве на атмосферата, е латентна топлина на кондензация, съдържаща се във водната пара. Освен това повече от половината от тази топлина идва от тропическите региони. Скритата енергия, навлизаща в атмосферата с водни пари, се преобразува частично в механична енергия, която осигурява движението на въздушните маси и появата на вятър. Вятърът пренася енергия към водната повърхност, причинявайки вълни и океански течения, които пренасят топлина от ниски географски ширини към по-високи. такива.
Наред с обмена на енергия, взаимодействието на океана и атмосферата се съпровожда от обмен на вещества (водни пари, газове, соли) Процесите на взаимодействие между двете движещи се обвивки на Земята са изключително сложни и тяхното изследване е много Това е необходимо преди всичко за разбиране на сложната картина на формирането на времето и климата на Земята, за да отговори на практическите изисквания на специалистите по прогнозиране на времето, търговската океанология, навигацията, подводната среда, акустиката и др.
Структурата на Световния океан е неговата структура - вертикална стратификация на водите, хоризонтална (географска) зоналност, характер на водните маси и океанските фронтове.
Вертикална стратификация на Световния океан.Във вертикален разрез водният стълб се разпада на големи слоеве, подобни на слоевете на атмосферата. Те се наричат още сфери. Разграничават се следните четири сфери (слоя):
Горна сферасе образува чрез директен обмен на енергия и материя с тропосферата под формата на микроциркулационни системи. Покрива слой с дебелина 200-300 m. Тази горна сфера се характеризира с интензивно смесване, проникване на светлина и значителни температурни колебания.
Горна сфера се разделя на следните конкретни слоеве:
а) най-горният слой с дебелина няколко десетки сантиметра;
б) ветропоказателен слой с дълбочина 10-40 cm; той участва в вълнението, реагира на времето;
в) слой на температурен скок, при който тя рязко пада от горния нагрят слой към долния слой, незасегнат от смущението и не се нагрява;
г) слой на проникване на сезонна циркулация и променливост на температурата.
Океанските течения обикновено улавят водни маси само в горната сфера.
Междинна сфера се простира до дълбочини 1500 – 2000 m; водите му се образуват от повърхностни води, докато потъват. В същото време те се охлаждат и уплътняват, след което се смесват в хоризонтални посоки, главно със зонален компонент. Преобладават хоризонталните преноси на водни маси.
Дълбока сфера не достига дъното с около 1000 m. Тази сфера се характеризира с известна хомогенност. Дебелината му е около 2000 m и концентрира повече от 50% от цялата вода на Световния океан.
Долна сфера заема най-долния слой на океана и се простира на разстояние от приблизително 1000 m от дъното. Водите на тази сфера се образуват в студени зони, в Арктика и Антарктика, и се движат върху обширни площи по дълбоки басейни и ровове. Те възприемат топлина от недрата на Земята и взаимодействат с океанското дъно. Следователно, докато се движат, те значително се трансформират.
Водни маси и океански фронтове на горната сфера на океана.Водната маса е сравнително голям обем вода, който се образува в определен район на Световния океан и има почти постоянни физически (температура, светлина), химични (газове) и биологични (планктон) свойства за дълго време. Водната маса се движи като едно цяло. Една маса е разделена от друга от океански фронт.
Разграничават се следните видове водни маси:
1. Екваториални водни масиограничени от екваториалния и субекваториалния фронт. Те се характеризират с най-високата температура в открития океан, ниска соленост (до 34-32 ‰), минимална плътност и високо съдържание на кислород и фосфати.
2. Тропически и субтропични водни масисе създават в области на тропически атмосферни антициклони и са ограничени от умерените зони от тропическите северни и тропическите южни фронтове, а субтропичните от северните умерени и северните южни фронтове. Те се характеризират с висока соленост (до 37 ‰ и повече), висока прозрачност и бедност на хранителни соли и планктон. От екологична гледна точка тропическите водни маси са океански пустини.
3. Умерени водни масиса разположени в умерени географски ширини и са ограничени от полюсите от арктическия и антарктическия фронт. Те се характеризират с голяма променливост на свойствата както по географска ширина, така и по сезон. Умерените водни маси се характеризират с интензивен обмен на топлина и влага с атмосферата.
4. Полярни водни масиАрктика и Антарктика се характеризират с най-ниска температура, най-висока плътност и високо съдържание на кислород. Антарктическите води интензивно потъват в дънната сфера и я снабдяват с кислород.
Океански течения.В съответствие със зоналното разпределение на слънчевата енергия върху повърхността на планетата се създават подобни и генетично свързани циркулационни системи както в океана, така и в атмосферата. Старата идея, че океанските течения се причиняват единствено от ветрове, не се подкрепя от най-новите научни изследвания. Движението на водните и въздушните маси се определя от общата за атмосферата и хидросферата зоналност: неравномерно нагряване и охлаждане на земната повърхност. Това причинява възходящи течения и загуба на маса в някои области и низходящи течения и увеличаване на масата (въздух или вода) в други. Така се ражда импулс за движение. Пренос на маси - адаптирането им към полето на гравитацията, желанието за равномерно разпределение.
Повечето макроциркулаторни системи продължават през цялата година. Само в северната част на Индийския океан теченията се променят след мусоните.
Общо на Земята има 10 големи циркулационни системи:
1) Северноатлантическа (Азорска) система;
2) Северна Тихоокеанска (Хавайска) система;
3) Южноатлантическа система;
4) Южнотихоокеанска система;
5) Южноиндийска система;
6) Екваториална система;
7) Атлантическа (Исландска) система;
8) Тихоокеанска (Алеутска) система;
9) Индийска мусонна система;
10) Антарктическа и арктическа система.
Основните циркулационни системи съвпадат с центровете на действие на атмосферата. Тази общност е генетична по природа.
Повърхностното течение се отклонява от посоката на вятъра под ъгъл до 45 0 надясно в северното полукълбо и наляво в южното полукълбо. Така пасатите се движат от изток на запад, докато пасатите духат от североизток в Северното полукълбо и от югоизток в Южното полукълбо. Най-горният слой може да следва вятъра. Всеки подлежащ слой обаче продължава да се отклонява надясно (наляво) от посоката на движение на надлежащия слой. В същото време скоростта на потока намалява. На определена дълбочина течението приема обратна посока, което на практика означава, че спира. Многобройни измервания показват, че теченията завършват на дълбочина не повече от 300 m.
В географската обвивка като система от по-високо ниво от океаносферата, океанските течения са не само водни потоци, но и ленти за пренос на въздушни маси, посоки на обмен на материя и енергия и миграционни пътища на животни и растения.
Тропическите антициклонални океански течения са най-големите. Те се простират от единия до другия бряг на океана за 6-7 хил. км в Атлантическия океан и 14-15 хил. км в Тихия океан, а по меридиана от екватора до 40° ширина - за 4-5 хил. км. . Устойчивите и мощни течения, особено в Северното полукълбо, са предимно затворени.
Както при тропическите атмосферни антициклони, водата се движи по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в южното полукълбо. От източните брегове на океаните (западните брегове на континента) повърхностните води се отнасят до екватора, на негово място се издигат от дълбините (дивергенция) и компенсаторно студената вода идва от умерените ширини. Ето как се образуват студени течения:
Канарско студено течение;
Калифорнийско студено течение;
Перуанско студено течение;
Бенгелско студено течение;
Западноавстралийско студено течение и др.
Скоростта на тока е относително ниска и възлиза на около 10 см/сек.
Струи от компенсаторни течения се вливат в топлите течения на северните и южните пасати (екваториални). Скоростта на тези течения е доста висока: 25-50 см/сек в тропическата периферия и до 150-200 см/сек близо до екватора.
Приближавайки се до бреговете на континентите, пасатните течения естествено се отклоняват. Образуват се големи потоци отпадъци:
бразилско течение;
Гвианско течение;
Антилско течение;
Източноавстралийско течение;
Мадагаскарско течение и др.
Скоростта на тези течения е около 75-100 см/сек.
Поради отклоняващия ефект на въртенето на Земята, центърът на системата от антициклонални течения се измества на запад спрямо центъра на атмосферния антициклон. Следователно преносът на водни маси към умерените ширини е съсредоточен в тесни ивици край западните брегове на океаните.
Гвианско и Антилско течениеизмиват Антилските острови и по-голямата част от водата навлиза в Мексиканския залив. От тук започва течението Гълфстрийм. Първоначалният му участък във Флоридския пролив се нарича Флоридско течение, чиято дълбочина е около 700 m, ширина - 75 km, дебелина - 25 милиона m 3 /sec. Температурата на водата тук достига 26 0 C. Достигайки средните ширини, водните маси частично се връщат в същата система край западните брегове на континентите и частично се включват в циклоналните системи на умерения пояс.
Екваториалната система е представена от екваториалното противотечение. Екваториално противотечениесе формира като компенсация между пасатните течения.
Циклоничните системи на умерените ширини са различни в Северното и Южното полукълбо и зависят от разположението на континентите. Северни циклонални системи – исландски и алеутски– са много обширни: от запад на изток се простират на 5-6 хиляди км, а от север на юг около 2 хиляди км. Циркулационната система в Северния Атлантик започва с топлото Северноатлантическо течение. Често запазва името на инициала Гълфстрийм. Самото течение Гълфстрийм обаче, като дренажно течение, не продължава по-далеч от New Foundland Bank. Започвайки от 40 0 с.ш водните маси се въвличат в циркулацията на умерените ширини и под влиянието на западния транспорт и силата на Кориолис се насочват от бреговете на Америка към Европа. Благодарение на активния обмен на вода с Северния ледовит океан, Северноатлантическото течение прониква в полярните ширини, където циклоничната активност образува няколко кръгови кръгове и течения Ирмингер, норвежки, Шпицберген, Нордкап.
Гълфстрийм в тесен смисъл това е течението от Мексиканския залив до 40 0 N; в широк смисъл това е система от течения в Северния Атлантик и западната част на Северния ледовит океан.
Вторият кръг се намира край североизточното крайбрежие на Америка и включва течения Източна Гренландия и Лабрадор. Те носят по-голямата част от арктическите води и лед в Атлантическия океан.
Циркулацията на Северния Тихи океан е подобна на Северния Атлантик, но се различава от него по по-слаб обмен на вода с Северния ледовит океан. Катабатично течение Курошиовлиза в Северна част на Тихия океан, отивайки в Северозападна Америка. Много често тази текуща система се нарича Kuroshio.
Сравнително малка (36 хиляди km 3) маса от океанска вода прониква в Северния ледовит океан. Студените течения Алеут, Камчатка и Ояшио се образуват от студените води на Тихия океан без връзка с Северния ледовит океан.
Циркумполярна антарктическа системаЮжният океан, според океаничността на южното полукълбо, е представен от едно течение Западни ветрове. Това е най-мощното течение в Световния океан. Покрива Земята с непрекъснат пръстен в пояс от 35-40 до 50-60 0 ю.ш. Ширината му е около 2000 км, дебелината 185-215 км3/сек, скоростта 25-30 см/сек. До голяма степен това течение определя независимостта на Южния океан.
Циркумполярното течение на западните ветрове не е затворено: от него се простират клони, вливащи се в Перуанско, Бенгелско, Западноавстралийско течения,а от юг, от Антарктида, в него се вливат крайбрежни антарктически течения - от моретата Уедел и Рос.
Арктическата система заема специално място в циркулацията на водите на Световния океан поради конфигурацията на Северния ледовит океан. Генетично той съответства на арктическия максимум на налягането и дъното на исландския минимум. Основното течение тук е Западна Арктика. Той премества вода и лед от изток на запад през целия Северен ледовит океан до пролива Нансен (между Шпицберген и Гренландия). След това продължава Източна Гренландия и Лабрадор. На изток, в Чукотско море, се отделя от Западното арктическо течение Полярно течение, преминавайки през полюса към Гренландия и по-нататък в пролива Нансен.
Циркулацията на водите на Световния океан е дисиметрична спрямо екватора. Дисиметрията на теченията все още не е получила подходящо научно обяснение. Причината за това вероятно е, че меридионалният транспорт доминира на север от екватора, а зоналният транспорт в южното полукълбо. Това се обяснява и с разположението и формата на континентите.
Във вътрешните морета циркулацията на водата винаги е индивидуална.
54. Сухоземни води. Видове земни води
Атмосферните валежи, след като паднат на повърхността на континентите и островите, се разделят на четири неравни и променливи части: едната се изпарява и се транспортира по-нататък в континента чрез атмосферния отток; вторият се просмуква в почвата и в земята и се задържа известно време под формата на почва и подпочвени води, вливащи се в реки и морета под формата на отток на подземни води; третият в потоци и реки се влива в моретата и океаните, образувайки повърхностен отток; четвъртият се превръща в планински или континентални ледници, които се топят и се вливат в океана. Съответно има четири вида натрупване на вода на сушата: подземни води, реки, езера и ледници.
55. Воден поток от сушата. Величини, характеризиращи оттока. Фактори на оттичане
Потокът от дъжд и стопена вода в малки потоци надолу по склоновете се нарича планарен или наклон източване. Струите от склоновия отток се събират в потоци и реки, образувайки канал, или линеен, наречена река , източване . Подземните води се вливат в реки под формата земятаили под земятаизточване.
Пълно течение на реката Р образувани от повърхността С и под земята U: R = S + U . (виж таблица 1). Общият речен отток е 38 800 km 3, повърхностният отток е 26 900 km 3, подземният отток е 11 900 km 3, ледниковият отток (2500-3000 km 3) и оттокът на подпочвените води директно в моретата по бреговата линия е 2000-4000 km 3 .
Таблица 1 - Воден баланс на сушата без полярни ледници
Повърхностно оттичане зависи от времето. Той е нестабилен, временен, слабо подхранва почвата и често се нуждае от регулиране (езера, резервоари).
Подземен дренаж среща се в почвите. През влажния сезон почвата получава излишна вода на повърхността и в реките, а през сухите месеци подпочвените води захранват реките. Те осигуряват постоянен воден поток в реките и нормален воден режим на почвата.
Общият обем и съотношението на повърхностния и подземния отток варира в зависимост от зоната и региона. В някои части на континентите има много реки и те са пълноводни, гъстотата на речната мрежа е голяма, в други речната мрежа е разредена, реките са маловодни или пресъхват.
Гъстотата на речната мрежа и високото водно съдържание на реките е функция на оттока или водния баланс на територията. Оттокът най-общо се определя от физико-географските условия на района, на които се основава хидрологичният и географски метод за изследване на земните води.
Величини, характеризиращи оттока.Земният отток се измерва със следните величини: отточен слой, отточен модул, коефициент на оттичане и обем на оттока.
Дренажът е най-ясно изразен слой , което се измерва в mm. Например на полуостров Кола отточният слой е 382 mm.
Дренажен модул– количеството вода в литри, изтичаща от 1 km 2 за секунда. Например в басейна на Нева модулът на оттока е 9, на Колския полуостров – 8, а в района на Долна Волга – 1 l/km 2 x s.
Коефициент на оттичане– показва каква част (%) от атмосферните валежи се вливат в реките (останалата част се изпарява). Например, на полуостров Кола K = 60%, в Калмикия само 2%. За цялата земя средният дългосрочен коефициент на оттичане (K) е 35%. С други думи, 35% от годишните валежи се вливат в моретата и океаните.
Обем на течаща водаизмерено в кубични километри. На полуостров Кола валежите носят 92,6 km 3 вода годишно, а 55,2 km 3 текат надолу.
Оттокът зависи от климата, естеството на почвената покривка, релефа, растителността, времето, наличието на езера и други фактори.
Зависимост на оттока от климата.Ролята на климата в хидроложкия режим на земята е огромна: колкото повече валежи и по-малко изпарение, толкова по-голям е оттокът и обратно. Когато овлажняването е по-голямо от 100%, оттокът следва количеството на валежите, независимо от количеството на изпарението. Когато овлажняването е по-малко от 100%, оттичането намалява след изпарението.
Ролята на климата обаче не трябва да се надценява в ущърб на влиянието на други фактори. Ако признаем климатичните фактори за решаващи, а останалите за незначителни, тогава ще загубим възможността да регулираме оттока.
Зависимост на оттока от почвената покривка.Почвата и земята абсорбират и натрупват (акумулират) влага. Почвената покривка превръща атмосферните валежи в елемент на водния режим и служи като среда, в която се формира речен поток. Ако инфилтрационните свойства и водопропускливостта на почвите са ниски, тогава в тях попада малко вода и повече се изразходва за изпаряване и повърхностен отток. Добре обработената почва в метър слой може да съхрани до 200 mm валежи и след това бавно да ги освободи към растенията и реките.
Зависимост на оттока от релефа.Необходимо е да се прави разлика между значението на макро-, мезо- и микрорелефа за оттока.
Вече от малки възвишения потокът е по-голям, отколкото от съседните равнини. Така на Валдайското възвишение модулът на оттока е 12, но на съседните равнини е само 6 m/km 2 /s. Още по-голям отток в планините. На северния склон на Кавказ той достига 50, а в западното Закавказие - 75 l/km 2 /s. Ако в пустинните равнини на Централна Азия няма отток, то в Памиро-Алай и Тян Шан той достига 25 и 50 l/km 2 /s. Като цяло хидрологичният режим и водният баланс на планинските страни са различни от тези на равнините.
В равнините се проявява влиянието на мезо- и микрорелефа върху оттока. Те преразпределят оттока и влияят върху неговата скорост. В равнинните райони на равнините течението е бавно, почвите са наситени с влага и е възможно преовлажняване. На склонове равнинният поток се превръща в линеен. Има дерета и речни долини. Те от своя страна ускоряват оттока и дренират района.
Долини и други падини в релефа, в които се натрупва вода, захранват почвата с вода. Това е особено важно в райони с недостатъчно овлажняване, където почвите не са напоени и подземните води се образуват само при захранване от речни долини.
Влияние на растителността върху оттока.Растенията увеличават изпарението (транспирацията) и по този начин изсушават района. В същото време те намаляват нагряването на почвата и намаляват изпарението от нея с 50-70%. Горската постеля има висока влагоемкост и повишена водопропускливост. Той увеличава проникването на валежите в почвата и по този начин регулира оттока. Растителността насърчава натрупването на сняг и забавя топенето му, така че повече вода прониква в земята, отколкото от повърхността. От друга страна, част от дъжда се задържа от листата и се изпарява, преди да достигне почвата. Растителната покривка противодейства на ерозията, забавя оттока и го пренася от повърхността към земята. Растителността поддържа влажността на въздуха и по този начин подобрява вътрешноконтиненталната циркулация на влага и увеличава количеството на валежите. Влияе върху циркулацията на влагата, като променя почвата и нейните водоприемни свойства.
Влиянието на растителността е различно в различните зони. В. В. Докучаев (1892) смята, че степните гори са надеждни и верни регулатори на водния режим на степната зона. В зоната на тайгата горите дренират района чрез по-голямо изпарение, отколкото в полетата. В степите горските пояси допринасят за натрупването на влага, като задържат снега и намаляват оттока и изпарението от почвата.
Влиянието върху оттока на блатата в зоните на прекомерно и недостатъчно овлажняване е различно. В горската зона те са регулатори на потока. В лесостепите и степите влиянието им е отрицателно, абсорбират повърхностните и подпочвените води и ги изпаряват в атмосферата.
Изветрителна кора и отток.Отлаганията от пясък и камъчета натрупват вода. Те често филтрират потоци от далечни места, например в пустините от планините. При масивни кристални скали цялата повърхностна вода се оттича; На щитовете подземните води циркулират само в пукнатини.
Значението на езерата за регулиране на оттока.Един от най-мощните регулатори на потока са големите течащи езера. Големите системи езеро-река, като Нева или Св. Лаврентий, имат много регулиран поток и това значително се различава от всички други речни системи.
Комплекс от физико-географски фактори на оттока.Всички горепосочени фактори действат заедно, влияят един на друг в интегралната система на географската обвивка, определяйки бруто съдържание на влага на територията . Това е името, дадено на тази част от атмосферните валежи, които, без бързо течащия повърхностен отток, се просмукват в почвата и се натрупват в почвената покривка и почвата, след което бавно се изразходват. Очевидно е, че именно брутната влага има най-голямо биологично (растеж на растенията) и селскостопанско (земеделие) значение. Това е най-важната част от водния баланс.
Извършват се хоризонтални и вертикални преноси на водни маси в океана циркулационни системи с различни размери. Прието е да ги разделяме на микро-, мезо- И макроциркулаторен. Циркулацията на водата обикновено се осъществява под формата на система от вихри, които могат да бъдат циклонични (водната маса се движи обратно на часовниковата стрелка и се издига) и антициклонична (с движение на водата по посока на часовниковата стрелка и надолу). Движенията и на двата вида съответстват на атмосферните и се генерират от вълнови фронтални смущения. Цикло-антициклоналната активност в тропосферата продължава надолу; в океаносферата тя е локализирана, както ще видим по-долу, в съответствие с атмосферните фронтове и центровете на атмосферното действие.
С постоянното движение на водните маси те се събират на едни места и се разминават на други. Конвергенцията се нарича конвергенция, разминаване - разминаване. По време на конвергенцията водата се натрупва, нивото на океана се повишава, налягането и плътността на водата се увеличават и тя потъва. По време на дивергенция (например дивергенция на теченията) нивото на дълбоките води също намалява.
Между движещата се водна маса (например течение) и брега може да възникне конвергенция и дивергенция. Ако в резултат на силата на Кориолис течението се приближи до брега, настъпва конвергенция и водата се спуска. При отдалечаване на течението от брега се наблюдава разминаване, в резултат на което се издига дълбока вода.
И накрая, както вертикалната, така и хоризонталната циркулация са причинени от разликата в плътността на водата. Средно на повърхността е 1,02474; с увеличаване на солеността и понижаване на температурата на водата, тя се увеличава; с намаляване на солеността и затопляне тя намалява (не забравяйте, че 1% o = 1 kg соли на 1 тон вода).
Микроциркулационните системи в океана имат формата на вихри с циклонален и антициклонен характер с диаметър от 200 m до 30 km (Степанов, 1974). Образуват се обикновено по вълновите смущения на фронта, проникват на 30-40 m дълбочина, на места до 150 m и съществуват няколко дни.
Мезоциркулационните системи са водни цикли, също с цикло- и антициклонен характер, с диаметър от 50 до 200 km и дълбочина обикновено 200-300 m, понякога до 1000 m. Те възникват на завои или меандри на фронтове. Затворените водни цикли се образуват без връзка с фронтове. Те могат да бъдат причинени от вятър, неравномерно океанско дъно или крайбрежни конфигурации.
Макроциркулационните системи са квазистационарни системи на планетарен водообмен, обикновено т.нар океански течения.Те са обсъдени по-долу.
Структура на Световния океан.Структурата на Световния океан е неговата структура - вертикална стратификация на водите, хоризонтална (географска) зоналност, характер на водните маси и океанските фронтове.
В процеса на планетарен обмен на материя и енергия в атмосферата и хидросферата се формират свойствата на водите на Световния океан. Енергията на движението на водата, идваща със слънчева радиация, навлиза в океана отгоре. Ето защо е естествено, че във вертикален разрез водният стълб се разпада на големи слоеве, подобни на слоевете на атмосферата; те също трябва да се наричат сфери.
Тъй като океанът се променя в геоложкото време (а динамичното равновесие винаги се поддържа в планетарния обмен), очевидно е, че стратификацията на океана и хоризонталната циркулация на водата (течения) са имали определени характеристики във всяка геоложка ера.
Пространствените промени в хидрохимичните характеристики на водите, проследени в хоризонтална и вертикална посока, са тясно свързани с циркулацията и хидроложката структура на водите на Световния океан. Тази връзка се изразява във факта, че повърхностните, междинните и дълбоките води, въпреки че се различават по хидрологични характеристики, също се различават (и понякога доста рязко) по съдържание на хранителни вещества и други елементи, кислороден режим, pH, алкалност и други хидрохимични показатели. Известно е, че използването на хидрохимични данни при анализиране на произхода и разпределението на различни видове вода се използва широко в практиката на океанографските изследвания.
Факторите, които определят формирането на хидроложката структура на океана в зависимост от географските ширини на климатичните зони, общата циркулация на водата и характеристиките на вертикалното разпределение на водата, са същевременно факторите, под влиянието на които се променя хидрохимичната структура на океанът е създаден. В същото време трябва да се има предвид, че биологичните процеси (например развитието на фитопланктона) играят голяма роля при формирането на хидрохимичната структура. Тяхното въздействие, особено в повърхностните слоеве, усложнява зависимостта на хидрохимичните характеристики от общите хидрологични условия.
Във вертикалната хидрохимична структура на океанските води, както и в хидроложкото разделение, обикновено има три зони (или слоеве): повърхностен, междинен и дълбок. Трислойната вертикална хидрохимична структура се дължи на значителна промяна на всички хидрохимични характеристики по вертикала и тяхното еднопосочно протичане във всяка зона. Най-общо казано, тези три зони могат да бъдат характеризирани:
1. Повърхностен слой- в нейните граници има фотосинтетична зона и протичат най-интензивни процеси на минерализация и образуване на органично вещество. Отличава се с ниски и променливи концентрации на хранителни вещества, понякога разтворен CO 2, високо съдържание на кислород и максимални стойности на pH. Ролята на повърхностния слой при формирането на хидрохимичните характеристики на водите и следователно на хидрохимичната структура е изключително голяма. Тук се полага основата на хидрохимичния състав, който, променяйки се по време на процесите на циркулация, смесване, издигане и спадане на водата и биохимични процеси, определя много типични хидрохимични показатели на води от различен произход.
2. Междинен слойНапротив, характеризира се с повишаване на концентрациите на хранителни вещества и разтворен CO 2, намаляване на съдържанието на кислород до минимум и намаляване на pH. Междинният слой е важен, защото съдържа движението на определени видове вода, което води до преразпределение на хидрохимичните свойства на океанските води, пренос на хранителни вещества, кислород и други компоненти на химичния състав. Водите от междинния слой допринасят за обмена на материя в океана.
3. Дълбок слой- промените във всички хидрохимични характеристики са сравнително малки, концентрацията на разтворен кислород се увеличава леко, съдържанието на хранителни вещества се променя по различни начини - азотът и фосфорът намаляват леко или остават непроменени, а силицийът се увеличава, pH се повишава.
Вертикалната хидрохимична структура, запазвайки фундаменталната си основа, се проявява по различен начин в широтни зони всеки от океаните. Във всички зони се отбелязват промени в количественото съдържание и вертикалното разпределение на кислорода и хранителните вещества.
1. Б субарктически поясхидрохимичните разлики между слоевете са най-слабо изразени; има много високо съдържание на разтворен кислород и минимум биогенни елементи. Водите от тази зона, проникващи на юг в дълбочина, обогатяват междинните и дълбоки слоеве на други зони с кислород.
2. Б северната субтропична зонаразпределението на хидроложките показатели, включително разтворен кислород и силиций, в слоевете е по-ясно изразено.
3. Във водите тропически и екваториални зониНаблюдава се по-нататъшно изостряне на границите между слоевете, разпределението на разтворения кислород в повърхностния слой става по-сложно и ясно се разграничава слой с минимум кислород. В междинния слой съдържанието на силиций и фосфор се увеличава значително.
Както вече беше отбелязано, усложняването на хидрохимичната структура на водата е свързано с активирането на биологични и биохимични процеси в повърхностния слой и проникването на водни маси с различни свойства в междинния слой.
Регионални особености на вертикалния хидрохимичен строеж на водите
IN Атлантически океан играят се следните фактори:
а) Влиянието на повдигането (повдигане на водата) върху разпределението на хранителни вещества и кислород в повърхностния слой близо до Северозападна и Югозападна Африка.
б) Нахлуване на междинни субарктически и субантарктически води, което създава допълнителни слоеве с минимален и максимален разтворен кислород на различни дълбочини в тропическите ширини.
в) Намалената концентрация на силиций в междинния слой е свързана с проникването на бедни на силиций субарктически и средиземноморски води.
г) Водите на дълбокия слой на Атлантическия океан са по-малко богати на хранителни вещества, отколкото в другите океани, тъй като интензивният хоризонтален и вертикален обмен благоприятства изравняването на техните концентрации.
IN Индийски океан Хидрохимичната структура на водите се различава в много отношения от структурата на водите на Атлантическия океан. Това се проявява най-ясно в екваториалните, тропическите и субтропичните ширини.
а) В южната част на Индийския океан могат да се проследят само някои количествени разлики в концентрациите на хранителни вещества.
б) В района на мусона на Индийския океан повърхностният слой е много ясно очертан. Наблюдава се рязко увеличение на съдържанието на фосфор, което до голяма степен определя високата производителност в горните 50-100 m преминаването от по-мощен летен към зимен мусон води до намаляване на съдържанието на фосфор във фотосинтетичната зона. Промените в концентрациите на разтворен кислород и хранителни вещества могат да бъдат проследени до почти 3000 m (понякога дори повече), което определя долната граница на междинния слой. Друга особеност на Индийския океан е, че водите на междинния слой са богати на силиций както в северните, така и в южните ширини.
IN Тихия океан основните зонални характеристики на хидрохимичния строеж се запазват в повечето от неговите райони.
а) Най-значителни отклонения се наблюдават в източните части на океана. Те са свързани с проникването на по-студени води под влиянието на източните гранични течения в субтропичните и тропическите ширини, с процесите на крайбрежно повдигане, водещи до повишено съдържание на хранителни вещества и, като следствие, образуването на много продуктивни райони. Тук в повърхностните и частично в междинните слоеве градиентите на хидрохимичните характеристики се увеличават. В източната част на екваториалната зона система от подповърхностни течения, издигащи се до относително плитки дълбочини и засилващи разделянето на плътността на водите, създават забележими разлики в кислородния режим на хранителните вещества вече в горния 50-метров слой. Проникването на води от различен произход в тази зона, включително тези, които се издигат от дълбочина, води до високо съдържание на биогенни вещества, особено на фосфор, чиято концентрация на дълбочина 100 m може да надвишава 2 µg-at/l. Покачването на водите е свързано и с намаляване на дебелината на повърхностния слой към брега до 75-100 m, на разстояние от брега може да надхвърли 150 m.
б) Субантарктическата зона е ограничена от положението на субтропичните и екваториалните зони на конвергенция. Потъването на водите в зоните на конвергенция създава определени различия в разпределението на плътността и хидрохимичните характеристики на север и юг. На север това слягане прониква до дълбочина 400-700 m, на юг - над 1000-1200 m.
в) Могат да се разграничат разликите между субантарктическите и антарктическите зони. Ако в субантарктическата зона междинният слой на хидрохимичната структура е изразен доста ясно и се характеризира, може би, с дори по-голяма променливост в концентрациите на разтворен кислород и хранителни вещества, отколкото повърхностната, тогава в антарктическата зона междинният слой се отличава с изключително малки промени в концентрациите и почти не се различава от дълбоката.
Широчинната зоналност на хидрохимичната структура на Световния океан обаче не изключва значителни различия в разпределението на хидрохимичните характеристики между централните и периферните райони на океана, отразяващи околоконтинентална зоналност . Тези разлики са най-силно изразени в повърхностния слой и засягат както абсолютните стойности на хидрохимичните характеристики, така и тяхната времева променливост.
Ежедневна променливостхидрохимични характеристики, които се влияят от биологични процеси, покрива повърхностния слой на фотосинтезата. В непродуктивни райони съдържанието на кислород и хранителни вещества може да се промени с порядък. Влиянието на промените в синоптичен мащаб (преминаване на циклони и антициклони) се оценява на 20% от измерените хидрохимични характеристики.
Сезонна променливост могат да бъдат проследени не само в целия повърхностен слой, но и в горната част (а понякога и по-дълбоко) на междинния слой. Той е най-силно изразен в зони на интензивно конвективно смесване (води от полярни и умерени ширини), в райони на мусон и в източната екваториална зона на Тихия океан. За условията на живот на организмите и процеса на биопроизводство ролята на сезонните промени в хидрохимичните характеристики в повърхностния слой е особено голяма. Връзката между тези промени и географските характеристики на хидрохимичната структура в океана е ясно видима. В умерените и високи географски ширини сезонните промени в осветеността на хранителните вещества, температурата и динамиката на водата ограничават развитието на фитопланктона във времето. Вегетационният период тук продължава от 1 до 7 месеца. През този период по-голямата част от фитопланктона живее и произвежда в сравнително тънък горен слой вода (до 50-75 m), ограничен отдолу от сезонен слой на скок на плътността, в резултат на нагряването на повърхностните води. В резултат на жизнената дейност на фитопланктона съдържанието на хранителни вещества е значително намалено в сравнение с предвегетационния период. В някои райони тя става толкова малка, че почти напълно ограничава развитието на фитопланктона. Въпреки това, в резултат на есенно-зимното охлаждане на повърхностните води, сезонният слой на скока се разрушава, конвективното смесване улавя по-дълбоки слоеве вода в сравнение с топлите периоди на годината - до 200-500 m, характеризиращи се с високо съдържание на хранителни вещества. Това води до изравняване на концентрациите на хранителни вещества в 200-260-метровия слой и следователно до увеличаване на съдържанието им във фотослоя. До началото на следващия вегетационен период фитопланктонът отново е достатъчно добре снабден с хранителни вещества. И така, в силно продуктивна зона на острова. Южна Джорджия в морето Скотия, количеството фосфор и силиций през вегетационния период в летния затоплящ слой (~50 m) е средно 1,4 и 2-3 µg-at/l, съответно. Ниското съдържание на силиций още през първата половина на вегетационния период ограничава развитието на фитопланктона. През есента и зимата конвективното смесване обхваща водния стълб до приблизително 200 m, като повишава съдържанието на фосфор до 2,2 и силиций до 20 µg-at/l в горния слой. В дълбоководната част на Берингово море, например, съдържанието на хранителни вещества във фототичния слой поради есенно-зимно конвективно смесване нараства от 0,5 до 2,6 μg-at P/l и от 7,14 до 35 μg-at Si/ л.
За разлика от районите с умерени и високи ширини, в екваториално-тропичните райони, поради липсата на ясно изразена смяна на сезоните, вертикалната структура на водите в повърхностния слой запазва основните си характеристики през цялата година. Динамичните и светлинни условия тук са благоприятни за развитието на фитопланктон през цялата година, вегетационният период обхваща 12 месеца. Има постоянна консумация на хранителни вещества, която не се компенсира от тяхната регенерация, макар и доста бърза. Тук липсва същият мощен фактор в доставянето на хранителни вещества като конвективното смесване. Фотичният слой се изчерпва от хранителни вещества; новообразуването на органична материя рязко отслабва. Например в западната част на тропическия Атлантически океан на юг от екватора концентрациите на азот, фосфор и силиций остават на много ниски нива през цялата година - съответно средно 0,5; 0,2 и 2,6 µg-at/l. И само в зоните на крайбрежно повдигане, отчасти на екваториална дивергенция, издигането на повърхностните води води до образуването на зони, богати на хранителни вещества и в резултат на това високопродуктивни.
Междугодишната променливост на хидрохимичните характеристики може да достигне 10-20 и дори 50% от стойностите на хидрохимичните характеристики и е свързана с обща промяна в океанския режим под въздействието на мащабни колебания в океана и атмосферата.