Общие сведения. На основании многочисленных и многолетних наблюдений над температурой воды океанов и морей, производимых на береговых морских гидрометеорологических станциях и плавающих судах, выведены средние температуры (месячные и годовые) для большого числа мест и установлена особенность их распределения на поверхности и на глубинах, а также максимальные и минимальные температуры в отдельных районах Мирового океана.
Распределение температуры на поверхности. Температура воды на поверхности Мирового океана убывает от экватора к полюсам. Средняя температура на поверхности Мирового океана 17,4° и превышает на 3° среднюю температуру воздуха на земном шаре, что имеет очень важное значение для климата Земли. В северном полушарии Мировой океан теплее, чем в южном. Термический экватор располагается несколько севернее географического экватора. Самая высокая
температура на поверхности Мирового океана в отдельных местах составляет 36°, самая низкая — 2°.
Наглядное представление о распределении температуры воды на поверхности Мирового
океана дают карты, на которых нанесены линии, соединяющие точки с одинаковой температурой( изотермы), Распределение средних годовых температур на поверхности Мирового океана показано на рис. 78.
Наибольшие средние температуры наблюдаются в экваториальной зоне: в Тихом и Индийском океанах они составляют 28°. В Атлантическом —27°, в умеренных широтах не превышают —20°, а в полярных —3°.
Изотермы в южном полушарии проходят почти по параллелям. Объясняется это тем, что здесь водная поверхность в большей степени преобладает над сушей, чем в северном полушарии, и совпадают с параллелями южнее 40° ю. ш. в районах, где океан сплошным кольцом опоясывает земной шар.
На ход изотерм сильное влияние оказывают морские течения.
Течения на большом пространстве направлены вдоль параллелей.
В тех районах, где граничат теплые и холодные течения, изотермы сильно сгущаются. Здесь могут наблюдаться большие изменения температуры на участках малой протяженности, т. е.
могут быть большие горизонтальные градиенты температуры. Это, например, характерно для района острова Ньюфаундленд, где соприкасаются холодное Лабрадорское течение с теплым Гольфстримом.
В районах теплых течений изотермы значительно смещаются к полюсам. Температура на поверхности морей определяется физико-географическими условиями, в которых находится то или иное море. В тех морях, которые расположены в более высоких широтах, зимой наблюдаются отрицательные температуры, и эти моря подвержены частичному или полному замерзанию. К ним относятся все Моря Советского Союза. В морях низких широт (ниже 35°) температура воды на поверхности в течение всего года остается относительно высокой.
Вертикальное распределение температуры воды. Как показывают наблюдения, температура воды, за исключением полярных районов Мирового океана, с глубиной уменьшается. В экваториальных и тропических широтах поверхностные слои воды примерно до 100 м сильно прогреты, но с дальнейшим увеличением глубины температура быстро понижается. В умеренных широтах и в приполярных районах это понижение менее заметно. В полярных районах температура сначала понижается до глубины около 100 м, затем повышается и достигает максимума на глубине от 200 до 600 м, после чего непрерывно понижается до самого дна.
На рис. 79 видно, что температура в открытом океане заметно изменяется только от поверхности до глубины 1000 - 1500 м, а ниже изменения весьма незначительны. На глубине 2000 м она примерно равна +3, +4°. В придонных слоях океана, на глубинах ниже 3000 м, температура воды от +2° до 0°.
Вертикальное распределение температуры в морях зависит от физико-географических условий, глубины, интенсивности перемешивания вод и характера водообмена с прилегающими водоемами. Среди морей Мирового океана самым теплым по глубинным температурам является Красное - температура 21-22°.
Изменения температуры воды Мирового океана во времени. Суточные и годовые изменения температуры воды обусловливаются главным образом суточными и годовыми изменениями солнечной радиации. Кроме того, на суточные и годовые изменения температуры воды влияют погодные и гидрологические условия, от которых зависят процессы излучения, испарения, перемешивания вод и т. п.
На поверхности воды в открытых районах океанов и морей в суточных изменениях температуры минимальная температура наблюдается после восхода Солнца, около 4 - 8 ч, а максимальная - около 14 ч (в тропических широтах — около 13).
Амплитуды суточной температуры воды в открытых районах океанов и морей на поверхности не превышают 1° и зависят от широты места, уменьшаясь с увеличением широты, от сезона (летом больше), от состояния неба (при ясном небе больше), от ветра (в штиль больше). Значительно большей величины (нескольких градусов и даже десятков градусов) изменения температуры воды достигают у берегов (например, при сгонах, приливах), а также в районе встречи теплых и холодных течений.
Глубина проникновения суточных Изменений температуры за счет поглощения солнечной радиации обычно не превышает 30 м, причем с увеличением глубины возрастает запаздывание в прогреве и охлаждении.
В годовых изменениях максимальная температура воды на поверхности в северном полушарии наблюдается в августе, минимальная — в феврале; в южном — наоборот. В тропических широтах годовые амплитуды температуры воды составляют не более 3°, что объясняется небольшими годовыми изменениями напряженности солнечной радиации. Невелики годовые изменения температуры воды и в высоких широтах (в Арктике и Антарктике), где летом повышению температуры препятствуют тающие льды. Наибольшие годовые изменения температуры воды наблюдаются в средних широтах, в северном полушарии они достигают 10 — 12°, а в южном — 6 — 7°. Такая разница в величинах годовых амплитуд в северном и южном полушариях объясняется различным распределением воды и суши.
Температура воды на поверхности морей находится под большим влиянием суши и имеет годовую амплитуду большую, чем в океанах в тех же широтах. Наибольшие годовые амплитуды в морях наблюдаются в средних широтах, где они могут достигать 20° и более. Так, например, в Черном море температура зимой в северных его районах понижается до — 1°, летом повышается до 26°.
Годовые изменения температуры воды, происходящие на поверхности Мирового океана, передаются в глубинные слои. Глубина, на которую распространяются эти изменения, обычно тем больше, чем больше годовая амплитуда температуры на поверхности и чем прозрачнее вода в данном районе. Наибольшая глубина, на которую могут распространяться годовые изменения температуры, равна приблизительно 350 м.
МОРСКОЙ ЛЕД
Замерзание морской воды
Замерзание морской и пресной воды. Необходимыми условиями для замерзания воды являются: охлаждение до температуры замерзания; потеря тепла водой особенно интенсивно происходит при отрицательных температурах воздуха и чем они ниже, тем быстрее она охлаждается и достигает температуры замерзания; наличие ядер кристаллизации, которыми являются пыль, кристаллики снега, частицы льда и другие примеси; очищенная от различных примесей и находящаяся в состоянии покоя вода может быть переохлаждена без образования льда до очень низкой температуры (в лабораторных условиях удавалось до -33°).
Процесс замерзания пресной и морской воды происходит не совсем одинаково вследствие различия их химических и физических свойств, обусловленных соленостью морской воды. Пресная вода достигает наибольшей плотности при 4°, а замерзает при 0° (точнее, немного ниже 0°). В водоеме с пресной водой после того как вода охладится до 4°, дальнейшее охлаждение поверхностного слоя происходит ускоренно, потому что перемешивание становится невозможным. Лед, образовавшийся из пресной воды, представляет собой однородную массу ледяных кристаллов, в которую вкраплены пузырьки воздуха и различные твердые частицы, находившиеся в воде.
Температура замерзания морской воды т зависит от солености S%
При солености 24,695% о температуры замерзания и наибольшей плотности одинаковы (-1,332°). При меньшей солености температура наибольшей плотности выше температуры замерзания и поэтому процесс замерзания морской воды происходит почти так же, как и пресной.
При солености воды больше 24,695%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, вследствие чего замерзание морской воды происходит иначе, чем пресной. Различие это состоит в том, что до температуры замерзания морской воды должен охладиться не только тонкий верхний слой, как у пресной воды, но и значительная ее толща, а сам процесс замерзания происходит при непрерывном понижении температуры. Объясняется это тем, что поверхностный слой морской воды вследствие охлаждения становится все тяжелее и усиленное перемешивание затрудняет льдообразование.
Когда морская вода охладится до температуры замерзания соответственно своей солености и даже немного переохладится, начинается процесс замерзания. При замерзании ни одна из солей не входит в состав кристаллов образовавшегося льда. Большая часть солей при этом выпадает в незамерзающую подледную воду, а некоторая часть остается вмерзшей в лед в виде мелких капель крепкого раствора солей (ячеек рассола). Чем ниже температура, при которой происходит замерзание воды, тем больше капель рассола остается в морском льду и тем, следовательно, больше его соленость. Соли, выпадающие при замерзании морской воды в поверхностный слой, увеличивают его соленость, что вызывает новое перемешивание его с нижележащими слоями и тем самым замедляет рост толщины льда.
Образование и развитие морского льда. При тихой погоде и спокойном состоянии моря после охлаждения поверхностного слоя воды несколько ниже температуры замерзания происходит образование льда на поверхности (поверхностный лед). При наличии интенсивного перемешивания воды во время волнения, сильных течений, конвекции льдообразование может происходить во всей толще воды (на мелководье и на дне), а затем лед всплывает на поверхность. Такой лед называется глубинным, или донным.
Ледяной покров, образовавшийся из смерзшегося внутриводного (глубинного), или донного льда, имеет белесоватый цвет. Он имеет губчатоподобную ноздреватую структуру, его прочность ниже прочности прозрачного льда. Донный лед, обладая большой подъемной силой, нередко выносит на поверхность камни, якоря и затонувшие предметы. Образование донного льда прекращается, когда на поверхности образуется сплошной ледяной покров, задерживающий потерю тепла водой.
Образование льда обычно начинается с появления вокруг ядер кристаллизации в виде едва заметных глазом игл или пластинок, называемых ледяными иглами. Ледяные иглы, скапливаясь на поверхности воды и смерзаясь друг с другом, образуют так называемое ледяное сало. Следующими стадиями развития льда является образование шуги, блинчатого льда и сплошного ледяного покрова.
После того как поверхность моря покроется сплошным льдом, дальнейшее его нарастание происходит снизу только за счет охлаждения воды. Среднесуточное нарастание льда обычно колеблется в пределах от 0,5 до 2 см. С увеличением толщины скорость нарастания уменьшается. Более тонкие льды нарастают быстрее, чем толстые, поэтому к концу зимы происходит некоторое выравнивание их толщины. На скорость нарастания льда влияет не только толщина уже образовавшегося льда, но и толщина снежного покрова, а также подледное течение, которые замедляют
скорость нарастания.
Толщина льда находится в прямой зависимости от температуры воздуха. Чем больше сумма среднесуточных отрицательных температур воздуха, тем больше толщина ледяного покрова в данном месте.
Образование и развитие морского льда начинается в прибрежных мелководных районах, прежде всего в устьевых участках рек, и распространяется в мористые районы. Льдообразование и покрытие поверхности моря сплошным льдом в мелководных районах обычно происходит за несколько дней.
Таяние морского льда. Таяние происходит при повышении температуры до 0° снаружи и изнутри. При этом вначале, пока температура подледной морской воды отрицательна, происходит два взаимно противоположных процесса: стаивание с верхней поверхности и намерзание у нижней. Лед нарастает снизу потому, что стекающие вниз талые воды замерзают при соприкосновении с холодной подледной водой.
Таяние морского льда изнутри происходит весной при отрицательной температуре воздуха, характеризуется увеличением объема ячеек с рассолом по всей толще. Такое таяние сопровождается снижением прочности льда и изменением его цвета. При дальнейшем повышении температуры (до 0° и выше) начинается таяние морского льда и сверху.
Свойства морского льда. Соленость морского льда. Одним из важнейших свойств морского льда является его соленость. Присутствие хотя и небольшого количества солей значительно влияет на его физические и механические свойства. Под соленостью морского льда понимается соленость воды, полученной при его плавлении. В среднем морской лед обладает соленостью в четыре-пять раз меньшей, чем соленость воды, из которой образовался лед.
Соленость морского льда зависит от солености воды и от условий, при которых идет льдообразование. Чем ниже температура, при которой образуется лед, тем быстрее нарастает он в толщину и тем больше рассола оказывается в ячейках между смерзшими кристаллами и, следовательно, тем он соленее.
С течением времени солевой рассол морского льда как более тяжелый постепенно стекает в море, вследствие чего уменьшается соленость льда и он может стать совсем пресным. Поэтому многолетний лед чаще всего пресный, в Арктике его иногда используют для получения пресной воды, годной для питья и питания судовых котлов.
Плотность льда зависит от его температуры, солености и количества включенных в лед пузырьков воздуха или газа (пористости). Плотность пресного, лишенного пузырьков воздуха льда, равна 0,9176 г/см3. В морском льду она увеличивается с увеличением солености. При разных температурах и соленостях плотность морского льда находится в пределах от 0,920 до 0,953 г/см3. Следовательно, при замерзании воды увеличивается ее объем примерно на 9%. Приблизительно 0,1 часть такой льдины будет возвышаться над водой, а 0,9 будет погружено в воду.
Теплоемкость морского льда зависит от температуры и в большей степени от солености.
Механические свойства морского льда зависят от его солености, температуры и плотности. Прочность морского льда вследствие наличия в нем большого числа ячеек рассола и пузырьков воздуха значительно меньше прочности пресного (речного) льда; но морской лед обладает значительно большей упругостью и пластичностью.
Прочность льда значительно возрастает при понижении его температуры. Так, например, при температуре от 0 до -10° лед можно скоблить ножом, при температуре -50° его не берет стальная пила. С понижением температуры увеличивается и хрупкость льда. Во время сильных морозов лед легко раскалывается на большие глыбы даже при сравнительно слабых ударах. Повышение температуры сильно уменьшает прочность морского льда, при резких потеплениях она уменьшается до 50% первоначальной. Величина допустимой нагрузки на лед определяется в основном его толщиной.
Классификация морских льдов
Общие сведения. Морские льды классифицируются по происхождению, видам и формам, подвижности и другим признакам.
Льды, встречающиеся в море, по происхождению делятся на морские, речные и материковые. К материковому льду относятся находящиеся на плаву части ледников, спускающихся с суши в море, отколовшиеся от них айсберги (ледяные горы) и другие обломки ледников. Речной лед, выносимый в море, имеет те же формы, что и морской. Материковый лед резко отличается от морского и речного льдов своими вертикальными размерами, формами и цветом.
Виды и формы льдов в море. В зависимости от стадии развития морские льды делятся на следующие виды и формы:
начальные виды льда:
ледяные иглы — мелкие мало заметные кристаллы льда в виде игл или пластинок;
Рис. Ледяные иглы
ледяное сало — скопление на поверхности воды ледяных игл в виде пятен, напоминающих масляные;
Рис. Ледяное сало
снежура — вязкая, кашеобразная масса, образующаяся при обильном выпадении снега на охлажденную воду;
Рис. Снежура
шуга — бесформенные куски белесоватого цвета, образующиеся чаще всего из сала или снежуры, сбитых волнением (толщина шуги доходит до 5 см);
Рис. Шуга
молодые (нилосовые) льды:
блинчатый лед - образуется из сала, шуги и снежуры при сравнительно небольшом волнении, размер отдельных «блинов» может доходить до 3-4 м в диаметре при толщине 5-6 см;
Рис. Блинчатый лед
нилас - тонкая ледяная корка, образующаяся на спокойной поверхности воды, толщиной до 10 см, разламывается ветром;
Рис. Нилас
Лед, просуществовавший более двух лет, называется многолетним, или арктическим паком. Он имеет толщину 2,5 м и более.
Неподвижные и плавучие льды. Основной формой неподвижного льда является припай, представляющий собой сплошной ледяной покров, связанный с берегом, а на мелководных участках и с дном. Начальной формой припая, если он образовался на месте, а не из приписного льда, является ледяной заберег. Образуются забереги у берегов, прежде всего в бухтах, заливах и проливах; состоят обычно из тонкого молодого льда, достигают ширины в несколько десятков метров. С течением времени увеличиваются по толщи не и ширине и становятся припаем. Припай в зимнее время окаймляет берега, острова, а также льды, сидящие на мели. Он может распространяться в ширину до нескольких десятков, а иногда и сотен километров.
молодик - молодой лед толщиной от 10 до 30 см, светло-серого цвета белый лед - лед толщиной от 30 до 70 см; в неарктических морях - это предельная возрастная стадия льдов, поэтому здесь его называют «взрослым льдом», в Арктике - однолетним или годовалым; лед, сохранившийся до осени и вступивший во второй годовой цикл нарастания, называется двухлетним, к концу второй зимы его толщина достигает 2 м.
Особой формой неподвижных льдов являются стамухи, представляющие собой сидящее на дне торосистое ледовое образование. Высота надводной части достигает 10 — 15 м. Встречаются отдельные стамухи и барьеры (или цепочки) стамух.
Рис. Стамухи
Плавучий лед не связан с берегом или дном и движется (дрейфует) под влиянием ветра и течения. Он является преобладающей категорией льда в океанах и морях. Плавучие льды различаются по форме и размерам, по возрасту, сплоченности и другим признакам. Образуются они в море самостоятельно или в результате разлома припая.
В зависимости от размеров льдин плавучие льды подразделяются на следующие формы:
большие ледяные поля, состоящие из льдин размером свыше 10 км в поперечнике;
ледяные поля — льдины размером от 2 до 10 км в поперечнике; малые ледяные поля (0,5 — 2.0 км в поперечнике); обломки полей (100 — 500 м в поперечнике);
крупнобитый лед, состоящий преимущественно из льдин размером 20— 100 м в поперечнике;
мелкобитый лед, состоящий из льдин размером от 2 до 20 м в поперечнике;
куски льда — льдины размером от 0,5 до 2 м;
ледяная каша — смесь измельченного льда с шугой и снежурой.
Образовавшиеся на ледяном покрове вследствие сильного столкновения или сжатия льдов нагромождения, состоящие из обломков льдин, называются торосами. Отдельные плавучие ледяные торосистые образования со сравнительно малыми горизонтальными и большими вертикальными размерами называются несяками. Несяки имею большую осадку (до 20 — 25 м).
Признаки приближения судов ко льдам и открытой воде. Для обеспечения безопасности судовождения очень важно заблаговременное обнаружение льдов, а при плавании во льдах весьма важно знать расположение пространства чистой воды. Для этого существует ряд признаков:
I. При подходе ко льдам со стороны чистой воды.
1) ледяное небо — белесоватое отсвечивание на низких облаках над скоплением льдов, расположенных за горизонтом; может быть видно как ночью, так и днем;
2) уменьшение (или отсутствие) волны при свежем длительном ветре со стороны льда при отсутствии берега или мелководья;
3) при сравнительно небольшом расстоянии льдов от судна с наветренной стороны — значительное понижение температуры воздуха и воды;
4) появление отдельных кусков льда;
5) появление значительного количества крупного морского зверя (моржей, тюленей, белых медведей).
II. При выходе из льдов на чистую воду
1) водяное небо — темные пятна и полосы на низких облаках над пространствами воды среди льдов или за их кромкой;
2) появление мертвой зыби во льду;
3) появление все увеличивающегося количества морских зверей и
птиц.
Материковый лед. Айсберги
Материковый или глетчерный лед образуется на суше из твердых атмосферных осадков. Часть ледника, далеко выступающая в море и находящаяся на плаву, называется ледниковым языком.
Материковый лед
Ледниковые языки могут выступать в море на многие десятки километров, в особенности в Антарктике. Материковый лед имеет следующие формы.
Ледяные острова — мощные ледовые образования, отделившиеся от шельфового льда и находящиеся на плаву. Они имеют различную форму и размеры до 600-700 км2 и более. Высота их над уровнем моря достигает 10-12 м. Ледяные острова медленно дрейфуют в центральных районах Северного Ледовитого океана.
Ледяные острова
Айсберги (ледяные горы) - крупные глыбы материкового льда, плавающие или сидящие на грунте в океане или море. Образуются вследствие обламывания концов ледников, опускающихся в воду. Высота айсбергов над поверхностью воды в среднем 70 м — в Арктике, 100 м — в Антарктике, причем от 5/6 до 9/10 массы айсберга находится под водой, т. е. айсберги средних размеров могут иметь осадку от 400 до 1000 м. Айсберги бывают столообразные (рис.81) и неправильной формы.
Айсберги
Айсберги представляют особенно грозную опасность для судов. Надежный признак приближения к району их плавания — это заметное уменьшение солености морской воды, а также понижение температуры воздуха и воды.
При разрушении айсбергов при движении их среди морских льдов во время сжатий, торошения льдов, а также под влиянием волнения, ветра и течения раздается характерный шум, который часто бывает слышен на очень большое расстояние.
При плавании в районах распространения льдов и айсбергов во избежание внезапной встречи с ними ночью при ограниченной видимости необходимо постоянно вести радиолокационное наблюдение.
Дата: 2019-12-10, просмотров: 360.
