Течения мирового океана

История формирования и развития котловины

Домезозойский этап развития Мирового океана в значительной степени построен на предположениях, и многие вопросы его эволюции остаются неясными. Относительно Тихого океана имеется много косвенных данных, свидетельствующих о том, что палео-Тихий океан существовал с середины докембрия. Он омывал единственный материк Земли — Пангею-1. Считается, что прямым доказательством древности Тихого океана, несмотря на молодость его современной коры (160-180 млн. лет), служит наличие офиолитовых ассоциаций пород в складчатых системах, обнаруженных по всей континентальной периферии океана и имеющих возраст до позднекембрийского. Более или менее достоверно восстановлена история развития океана в мезозойское и кайнозойское время.

Мезозойский этап, по-видимому, сыграл большую роль в эволюции Тихого океана. Главное событие этапа — распад Пангеи-II. В поздней юре (160-140 млн. лет назад) происходило раскрытие молодых Индийского и Атлантического океанов. Разрастание их ложа (спрединг) компенсировалось за счет сокращения площади Тихого океана и постепенного закрытия Тетиса. Древняя океаническая кора Тихого океана погружалась в мантию (субдукция) в зонах Заварицкого-Бениофа, которые окаймляли океан, как и в настоящее время, почти непрерывной полосой. На этом этапе развития Тихого океана происходила перестройка его древних срединно-океанических хребтов.

Образование в позднем мезозое складчатых сооружений северо-востока Азии и Аляски отделило Тихий океан от Северного Ледовитого. На востоке развитие Андийского пояса поглотило островные дуги.

Кайнозойский этап

Тихий океан продолжал сокращаться из-за надвигания на него материков. В результате непрерывного движения Америки на запад и поглощения ложа океана система его срединных хребтов оказалась значительно смещенной к востоку и юго-востоку и даже частично погруженной под континент Северной Америки в районе Калифорнийского залива. Образовались также окраинные моря северо-западной акватории, приобрели современный вид островные дуги этой части океана. На севере при образовании Алеуте кой островной дуги отчленилось Берингово море, раскрылся Берингов пролив, в Тихий океан стали поступать холодные воды Северного Ледовитого. У берегов Антарктиды оформились котловины морей Росса, Беллинсгаузена и Амундсена. Произошло крупное раздробление суши, соединявшей Азию и Австралию, с образованием многочисленных островов и морей Малайского архипелага. Приобрели современный вид окраинные моря и острова переходной зоны к востоку от Австралии. 40-30 млн. лет назад образовался перешеек между обеими Америками, и связь Тихого океана и Атлантического океана в Карибском районе была окончательно прервана.

За последние 1-2 млн. лет размеры Тихого океана сократились очень незначительно.

Соленость и плотность вод

Распределение солености вод Тихого океана подчиняется общим закономерностям. В целом этот показатель на всех глубинах ниже, чем в других океанах мира, что объясняется размерами океана и значительной удаленностью центральных частей океана от засушливых областей материков. Водный баланс океана характеризуется существенным превышением количества атмосферных осадков вместе с речным стоком над величиной испарения. Кроме того, в Тихом океане, в отличие от Атлантического и Индийского, на промежуточных глубинах нет поступления особо соленых вод средиземноморского и красноморского типов. Очагами формирования высокосоленых вод на поверхности Тихого океана являются субтропические районы обоих полушарий, поскольку здесь испарение значительно превышает количество выпадающих осадков.

Обе высокосоленые зоны (35,5%_о на севере и 36,5%_о на юге) находятся выше 20° широты обоих полушарий. К северу от 40° с. ш. соленость уменьшается особенно быстро. В вершине залива Аляска она равна 30—31%_о. В Южном полушарии уменьшение солености от субтропиков к югу замедляется из-за влияния течения Западных Ветров: до 60° ю. ш. она остается более 34%о, а у берегов Антарктиды уменьшается до 33%о. Распреснение воды наблюдается и в экваториально-тропических районах с большим количеством атмосферных осадков. Между очагами осолонения и распреснения вод распределение солености испытывает сильное влияние течений. Вдоль берегов течения выносят на востоке океана распресненные воды из высоких широт в более низкие, а на западе — осолоненные воды в обратном направлении. Так, на картах изогалин четко выражены «языки» распресненных вод, которые поступают с Калифорнийским и Перуанским течениями.

Самой общей закономерностью изменения плотности вод в Тихом океане является увеличение ее значений от экваториально-тропических зон до высоких широт. Следовательно, уменьшение температуры от экватора к полюсам полностью перекрывает понижение солености на всем пространстве от тропиков до высоких широт.

Льдообразование в Тихом океане происходит в приантарктических районах, а также в Беринговом, Охотском и Японском морях (частично в Желтом море, заливах восточного побережья Камчатки и о. Хоккайдо и в заливе Аляска). Распределение массы льда по полушариям очень неравномерно. Основная его доля приходится на антарктическую область. На севере океана подавляющая часть плавучих льдов, образующихся зимой, к концу лета тает. Припайный лед не достигает за зиму значительной толщины и летом также разрушается. В северной части океана предельный возраст льда — 4—6 месяцев. За это время он достигает толщины 1—1,5 м. Самая южная граница плавучих льдов отмечалась у берегов о. Хоккайдо на 40° с. ш., а у восточного берега залива Аляска — на 50° с. ш.

Среднее положение границы распространения льдов проходит над материковым склоном. Южная глубоководная часть Берингова моря никогда не замерзает, хотя находится значительно севернее замерзающих областей Японского и Охотского морей. Вынос льдов из Северного Ледовитого океана практически отсутствует. Напротив, летом часть льда выносится из Берингова моря в Чукотское. На севере залива Аляска известно несколько прибрежных ледников (Маласпина), которые продуцируют небольшие айсберги. Обычно в северной части океана лед не является серьезным препятствием для океанского судоходства. Лишь в отдельные годы под влиянием ветров и течений создаются ледяные «пробки», закрывающие судоходные проливы (Татарский, Лаперуза и др.).

В южной части океана большие массы льда присутствуют круглый год, причем все виды его распространяются далеко на север. Даже летом кромка плавучих льдов держится в среднем около 70° ю. ш., а в отдельные зимы с особо суровыми условиями льды распространяются до 56—60° ю. ш.

Толщина плавучего морского льда к концу зимы достигает 1,2—1,8 м. Больше он не успевает нарастать, поскольку выносится течениями к северу в более теплые воды и разрушается. Многолетних паковых льдов в Антарктике нет. Мощные покровные ледники Антарктиды дают начало многочисленным айсбергам, которые доходят до 46—50° ю. ш. Дальше всего на север они выносятся в восточной части Тихого океана, где отдельные айсберги встречались почти у 40° ю. ш. Средние размеры антарктических айсбергов составляют 2—3 км в длину и 1—1,5 км в ширину. Рекордные размеры — 400×100 км. Высота надводной части колеблется от 10—15 м до 60— 100 м. Основные районы возникновения айсбергов — моря Росса и Амундсена с их крупными шельфовыми ледниками.

Процессы образования и таяния льдов являются важным фактором гидрологического режима водных масс высокоширотных районов Тихого океана.

Природные богатства и полезные ископаемые Тихого океана

Тихий океан богат не только островами и вулканами. Кольцом окружает его Тихоокеанский рудный пояс. Величайшую в мире океаническую впадину окаймляют грандиознейшие месторождения олова и вольфрама, свинца и алюминия, меди и золота, сурьмы и ртути, титана и других ценнейших для человечества металлов. Вспомните о воспетом Джеком Лондоном Клондайке, о золоте Австралии и Приморья, о никеле, весьма значительную часть которого дает Новая Каледония, о серебре и золоте Перу…

Все это и многое другое — плоды Тихоокеанского рудного пояса. И только теория, связывающая тектонику, вулканизм, геохимию в единую систему, позволяет достаточно уверенно искать эти плоды. Ведь рудообразование, часто только заключительный этап длинной серии геологических процессов, обеспечивающих накопление того или другого вещества.

Побережье Тихого океана — сокровищница планеты. Но самые может быть, большие богатства его лежат на дне. Это относится и к знаменитым железомарганцевым конкрециям, и к металлоносным илам — последние кое-где покрывают дно океана слоем в сотни метров. Но не только к ним.

Ученые составили карту нефтегазоносности и угленосности Тихоокеанского пояса и Тихого океана. Здесь уже обнаружено около 9700 месторождений нефти и газа — из них на шельфах, где организовать добычу сравнительно легче, около 600.

Открыто около 600 месторождений угля на континенте, причем многие из них продолжаются на шельфе.

Перспективны на газ и нефть и многие глубоководные котловины морей Тихого океана. Но кроме дна и берегов у Тихого океана как организма есть и собственно «тело» — вода. Теперь уже ученые не видят в океане, как несколько десятилетий назад, аморфную, относительно однородную массу (хоть и прежде, разумеется, в нем выделяли, например, наиболее активный поверхностный слой).

Сейчас океан для исследователей — сложная система с несколькими уровнями организации, и этим он тоже напоминает живой организм.

Научные исследования Тихого океана

Но ведь надо же не только знать, что турбулентность океана существует, не только сознавать, какую роль она играет и чем мы ей обязаны, но представлять себе достаточно точно ее характер, измерить скорость движения частиц воды во время пульсаций и перепады температуры от одного объема воды к другому, узнать, как меняется давление воды в микроскопических почти масштабах микротурбулентности — связать макро- и микропроцессы в океане, чтобы увидеть фактуру холста, на котором изображены столь любимые маринистами буря, волнение, штиль.

Океан исследуют: зондируют, подкрашивают большие его участки, чтобы было легче следить за движениями в воде, на него смотрят в разных лучах спектра, прослушивают его чуть ли не на всех частотах, измеряют температуру, соленость, создают модели океана и явлений, которые в нем, над ним и рядом с ним происходят.

Математические модели сегодня явно количественно преобладают в океанологии над физическими. Океан обменивается веществами со всем, что его окружает. Реки несут в него воду, растворенные в ней соли, взвешенные в ней частицы; ветры приносят сметенную с суши пыль, айсберги, тая в морской воде, оставляют в ней вещество, захваченное на суше по дороге к морю. Микрометеориты бомбардируют поверхность океана.

А снизу в разломы земной коры выползает на дно материал земной мантии, рвется из вулканов магма, бьют подводные источники. Океан отдает взамен в мантию ломти своего дна, отдает атмосфере водяные пары и молекулы легких газов, уходящие в верхние слои атмосферы, а там порою и в космос. Далеко разносится дыхание океана.

Особую роль в обмене веществ в океане играет жизнь. Основная масса нового живого вещества создается в тонком внешнем слое океана, по существу на границе между океаном и атмосферой. Здесь вода пронизана солнечным светом, насыщена кислородом — это легкие океана, его энергостанция. Всего несколько процентов объема океана занимает этот слой, но роль его в жизни океанского организма далеко не соответствует размерам. Как и роль других пограничных слоев — между водой и сушей, водой и породами на дне, водой и льдом. Как и роль тех совсем тоненьких пограничных разделов, что пролегают в каждой капле Мирового океана (во всяком случае, в каждой капле активного его слоя) — между живым веществом и окружающей его водой.

Активная роль пограничного раздела между сушей и океаном выражается и в том, увы, что в полосе морского дна, окаймляющей материки, похоронены девять десятых всего органического вещества, имеющегося на планете. Но дно океана отнюдь не мертво в смысле геохимическом, и расположенные под ним слои земной коры и мантии участвуют в функционировании океанского организма. Причем это участие гораздо серьезнее, чем думали раньше.

Еще недавно слои осадков на морском дне считали на девяносто восемь процентов даром суши. Океанское дно рассматривалось как конечный пункт постоянно действующей линии транспортировки вещества с материков — и только.

Этим представлениям долго не мешал сохраняться даже тот давно известный факт, что главная часть вещества, идущего с речной водой к морю, задерживается на границе река—океан.

И они поставили ученых перед новой проблемой. В далеких от устьев рек и от берегов вообще частях океана нередко лежат на дне мощные слои осадков. Их заведомо больше, чем могли бы доставить сюда любые течения. Откуда же эти массы вещества? Глубинное вещество океана, прорывающее дно,— источник значительной части таких осадков. Особую роль играет глубинное вещество в поставке металлов океанскому дну.

Залежи металлоносных илов, в которых особенно много железа и марганца, в Тихом океане расположены прежде всего у Восточно-Тихоокеанского поднятия (его длина — 21 тысяча километров), в других же океанах они словно нанизаны на срединные океанические хребты. И такое размещение металлоносных илов, конечно, нельзя считать случайностью, тем более, что чем ближе ил залегает к подводным горообразованиям, тем больше в нем доля и железа, и марганца, и других металлов, в том числе кобальта.

Верна или неверна гипотеза тектоники плит, но у ученых создавалось впечатление, что в районе подводных хребтов происходит описываемое этой гипотезой раздвигание дна, и горячий базальт глубинного вещества взаимодействует с океанской водой, поставляя в нее металлы.

Температуры воздуха и осадки

Большая протяженность Тихого океана в меридиональном направлении определяет значительные межширотные различия термических показателей у водной поверхности. Над акваторией океана четко проявляется широтная зональность распределения тепла.

Максимально высокие температуры (до 36-38°С) отмечаются в районе северного тропика к востоку от Филиппинского моря и в районе Калифорнийского и Мексиканского побережий. Самые низкие — в Антарктике (до — 60°С).

На распределение температуры воздуха над океаном существенное влияние оказывают направления господствующих ветров, а также теплых и холодных океанических течений. В целом в низких широтах западная часть Тихого океана теплее восточной.

Чрезвычайно велико влияние суши материков, окружающих океан. Преимущественно широтный ход изотерм любого месяца обычно нарушается в зонах контакта материков и океана, а также под влиянием преобладающих потоков воздуха и океанических течений.

Влияние Антарктиды имеет исключительно большое значение в распределении температуры воздуха над океаном. Воздух над южной половиной океана холоднее, чем над северной. Это одно из проявлений полярной асимметрии Земли.

Распределение атмосферных осадков также подчинено общей широтной зональности.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториально-тропической зоне конвергенции пассатов — до 3000 мм в год и более. Особенно обильны они в его западной части — в районе Зондских о-вов, Филиппин и Новой Гвинеи, где в условиях необычайно раздробленной суши развивается мощная конвекция. К востоку от Каролинских о-вов годовая сумма осадков превышает 4800 мм. В экваториальной «полосе затишья» осадков существенно меньше, а на востоке в приэкваториальных широтах отмечается относительно сухая зона (менее 500 мм и даже 250 мм в год). В умеренных широтах годовые суммы осадков значительны и составляют до 1000 мм и более на западе и до 2000-3000 мм и более на востоке океана. Наименьшее количество осадков выпадает в областях действия субтропических барических максимумов, особенно по восточной их периферии, где нисходящие потоки воздуха наиболее устойчивы. Кроме того, здесь проходят холодные океанические течения (Калифорнийское и Перуанское), способствующие развитию инверсии. Так, к западу от Калифорнийского п-ва выпадает менее 200 мм, а у берегов Перу и северного Чили — менее 100 мм осадков в год, а в отдельных районах над Перуанским течением — 50-30 мм и менее. В высоких широтах обоих полушарий по причине слабого испарения в условиях низких температур воздуха количество осадков невелико — до 500-300 мм в год и менее.

Распределение атмосферных осадков во внутритропической зоне конвергенции, как правило, равномерное в течение года. То же наблюдается в субтропических областях высокого давления. В районе действия Алеутского барического минимума они выпадают в основном зимой в период наибольшего развития циклональной активности. Зимний максимум осадков характерен и для умеренных и приполярных широт южной части Тихого океана. В муссонном северо-западном районе максимум осадков приходится на лето.

Облачность над Тихим океаном в годовом выводе достигает максимальных значений в умеренных широтах. Там же наиболее часто образуются туманы, особенно над акваторией, прилегающей к Курильским и Алеутским о-вам, где их повторяемость в летний период составляет 30—40%. Зимой вероятность возникновения туманов резко снижается. Нередки туманы у западных побережий материков в тропических широтах.

Тихий океан находится во всех климатических поясах, кроме арктического.

Донные осадки

Донные отложения Тихого океана исключительно разнообразны. В окраинных частях океана на материковом шельфе и склоне, в краевых морях и глубоководных желобах, а местами и на океанском ложе развиты терригенные осадки. Они покрывают более 10% площади дна Тихого океана. Терригенные айсберговые отложения образуют полосу у Антарктиды шириной от 200 до 1000 км, достигая 60° ю. ш.

Среди биогенных осадков наибольшие площади в Тихом океане, как и во всех других, занимают карбонатные (около 38%), в основном фораминиферовые отложения.

Фораминиферовые илы распространены главным образом к югу от экватора до 60° ю. ш. В Северном полушарии их развитие ограничивается вершинными поверхностями хребтов и прочих поднятий, где в составе этих илов преобладают донные фораминиферы. Птероподовые отложения распространены в Коралловом море. Коралловые осадки располагаются на шельфах и материковых склонах в пределах экваториально-тропического пояса юго-западной части океана и занимают менее 1% площади дна океана. Ракушечные, состоящие в основном из раковин двустворчатых моллюсков и их обломков, встречаются на всех шельфах, кроме антарктического. Биогенные кремнистые осадки покрывают более 10% площади дна Тихого океана, а вместе с кремнисто-карбонатными — около 17%. Они образуют три основных пояса кремненакопления: северный и южный кремнистых диатомовых илов (в высоких широтах) и экваториальный пояс кремнистых радиоляриевых осадков. В районах современного и четвертичного вулканизма наблюдаются пирокластические вулканогенные осадки. Важная отличительная особенность донных отложений Тихого океана — широкое распространение глубоководных красных глин (более 35% площади дна), что объясняется большими глубинами океана: красные глины развиты только на глубинах более 4500-5000 м.

Динамика вод

Особенностями циркуляции атмосферы над акваторией и сопредельными частями материков прежде всего определяется общая схема поверхностных течений в Тихом океане. В атмосфере и океане формируются однотипные и генетически связанные циркуляционные системы.

Как и в Атлантическом, в Тихом океане формируются северный и южный субтропические антициклональные кругообороты течений и циклональный кругооборот в северных умеренных широтах. Но в отличие от других океанов здесь существует мощное устойчивое Межпассатное противотечение, которое образует с Северным и Южным Пассатными течениями два узких тропических кругооборота в приэкваториальных широтах: северный — циклональный и южный — антициклональный. У берегов Антарктиды под влиянием ветров с восточной составляющей, дующих с материка, образуется Антарктическое течение. Оно взаимодействует с течением Западных Ветров, и здесь формируется еще один циклональный кругооборот, особенно хорошо выраженный в море Росса. Таким образом, в Тихом океане по сравнению с другими океанами наиболее ярко выражена динамическая система поверхностных вод. С кругооборотами связаны зоны конвергенции и дивергенции водных масс.

У западных берегов Северной и Южной Америки в тропических широтах, где сгон поверхностных вод Калифорнийским и Перуанским течениями усиливается устойчивыми ветрами вдоль берега, наиболее ярко выражен апвеллинг.

Важная роль в циркуляции вод Тихого океана принадлежит подповерхностному течению Кромвелла, представляющему собой мощный поток, движущийся под Южным Пассатным течением на глубине 50—100 м и более с запада на восток и компенсирующий в восточной части океана убыль воды, сгоняемой пассатами.

Протяженность течения около 7000 км, ширина — примерно 300 км, скорость — от 1,8 до 3,5 км/ч. Средняя скорость большинства основных поверхностных течений составляет 1—2 км/ч, Куросио и Перуанского—до 3 км/ч Наибольшим переносом вод отличаются Северное и Южное Пассатные течения — 90—100 млн. м3/с, Куросио переносит 40—60 млн. м3/с (для сравнения Калифорнийское течение — 10—12 млн. м3/с).

Приливы на большей части Тихого океана — неправильные полусуточные. В южной части океана преобладают приливы правильного полусуточного характера. Небольшие области в экваториальной и северной части акватории имеют суточные приливы.

Высота приливных волн составляет в среднем 1—2 м, в бухтах залива Аляска — 5—7 м, в заливе Кука — до 12 м. Наибольшая высота приливов в Тихом океане отмечалась в Пенжинской губе (Охотское море) — более 13 м.

В Тихом океане образуются самые высокие ветровые волны (до 34 м). Наиболее штормовыми являются зоны 40—50° с. ш. и 40—60° ю. ш., где высота волн при сильных и длительных ветрах достигает 15—20 м.

Штормовая активность наиболее интенсивна в районе между Антарктидой и Новой Зеландией. В тропических широтах преобладающее волнение обусловлено пассатами, оно довольно устойчиво по направлению и высоте волн — до 2—4 м. Несмотря на огромную скорость ветра в тайфунах, высота волн в них не превышает 10—15 м (поскольку радиус и продолжительность этих тропических циклонов невелики).

Острова и побережья Евразии в северной и северо-западной части океана, а также берега Южной Америки нередко посещают цунами, которые многократно вызывали здесь тяжелые разрушения и человеческие жертвы.

Течения Тихого океана

Как говорить человек может либо стихами, либо прозой, и третьего ему не дано, так все движения жидкости (и газа) могут быть только либо ламинарными, либо турбулентными. В ламинарных течениях в жидкости можно выделить слои, в каждом из которых частицы воды движутся с одной и той же скоростью. Это упорядоченные течения, их легко изучать. Только вот редки ламинарные течения в нашем неспокойном мире.

Самое название турбулентных течений уже характеризует их не с лучшей стороны. Турбулентные по-латыни означает «бурный», или «беспокойный». В каждой точке турбулентного течения у каждой частицы воды скорость своя, и меняются эти скорости резко, рывками. С изменением же скоростей частиц меняется и давление жидкости, а порою и ее плотность. Ламинарные течения упорядочены, как стихи, турбулентные — насыщены вихрями.

В океане вихри бывают самых разных размеров и существуют на протяжении самого разного времени. Возникают вихри диаметром в доли сантиметра, существующие лишь доли секунды, и другие — диаметром в целые километры и даже десятки и сотни километров.

Больше впечатляют, конечно, гигантские вихревые образования, но судьбы планеты зависят прежде всего от вихрей мелкомасштабной турбулентности. Именно такая турбулентность обеспечивает сравнительно быстрый обмен теплом в поверхностном слое океана, значительно более замедленный в толще его, именно она способствует проникновению кислорода — вместе с другими газами — в океан, и твердых веществ тоже, именно она делает море таким живым в наших глазах, и она же тем самым позволяет существовать в нем жизни.

Будь вода в океане неподвижна или будь ее движение только ламинарным, сверхупорядоченным, правильным, — в океане не было бы жизни, и зародиться в нем она не смогла бы, и некому было бы сотни миллионов лет назад выйти на сушу, чтобы стать нашими предками. И некому было бы увидеть, как мерцают звезды, а мерцают они для нас потому, что и для воздуха характерны турбулентные движения.

А так — два соседних кубических сантиметра воды имеют разную температуру, различаются по солености, по-разному движутся в них частицы воды, каждое мгновение картина этого движения в чем-то меняется — океан дышит, ритмично и неритмично, спокойно и взволнованно, и могучие волны на его поверхности — только тень той неимоверной мощи внутреннего волнения, которое и делает из соседа нашей суши источник жизни для всей планеты.