Что такое океанология кратко

Роль течений в Мировом океане

Океанические течения формируют климат на планете, распределяя тепло и холод, влагу и засуху. Если бы в океанах не было течений, на Земле не существовало бы умеренных климатических зон, северные районы Европы оказались покрыты вечными снегами, а саванны Африки и тропические леса Южной Америки превратились в выжженные солнцем пустыни. 

Другая важная роль, которую играют океанические течения, — обеспечение биологической жизни в водных системах. Глубинные течения поднимают питательные вещества со дна океана к поверхности, снабжая пищей многие виды морских существ. Кроме того, течения переносят на большие расстояния животных, икру, личинки и споры, способствуя размножению.

Обыкновенная вода

Химики шутят: нет в природе вещества более грязного, чем чистая вода. Что может быть проще? Н₂0 — два атома водорода соединены с атомом кислорода. Химическое вещество, которое покрывает более семидесяти процентов поверхности земного шара… Химическое вещество, которое течет из кранов водопровода в нашей квартире… Трудно поверить в его необыкновенность! Обыкновенная вода?

Со школьной скамьи мы знаем, что свойства всех химических элементов и их соединений определяются положением элементов в периодической системе Д. И. Менделеева. Вы помните, в 1870 году великий ученый, демонстрируя могущество созданной им системы, впервые в истории химии предсказал существование еще не известных науке элементов: экабора, экаалюминия и экасилиция. Мало того, он предсказал свойства этих элементов и их соединений.

Конечно, никто в наши дни не сомневается в справедливости периодического закона. Его современная формулировка записана золотыми буквами на скрижалях науки: «Свойства химических элементов в образуемых ими простых и сложных соединениях находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер».

Попробуем, руководствуясь периодическим законом, определить элементарные свойства воды — гидрида кислорода. На таблице Менделеева кислород стоит в Via группе. Аналоги кислорода: сера, селен, теллур. Аналоги воды (Н₂0) — гидриды: H₂S, H₂Se, Н₂Те. Свойства этих гидридов, действительно, закономерно изменяются. И исходя из них, мы находим, что, например, температура плавления четвертого гидрида — воды — около минус 100 градусов. Но мы-то знаем, что лед плавится при 0 градусов! Точно так же мы найдем, что вода должна кипеть при температуре минус 80 градусов. Разница еще более впечатляющая — вода кипит при плюс 100 градусов!

Не надо, конечно, ставить под сомнение закон. Просто вода — редчайшее исключение из правил. Фактически все ее свойства даже не просто аномальны, а уникальны.

• Теплоемкость воды — наиболее высокая среди всех твердых и жидких веществ, за исключением жидкого аммиака и водорода.
• Скрытая теплота плавления — наиболее высокая из всех веществ, за исключением тех же жидкого аммиака и водорода.
• Скрытая теплота испарения — наиболее высокая из всех веществ (уже без всяких исключений).
• Поверхностное натяжение — наиболее высокое из всех жидкостей.
• Теплопроводность — наиболее высокая из всех жидкостей…

Этот список можно и продолжить, но вы, наверное, уже понимаете, что шутка химиков имеет очень серьезные основания. Нет вещества более необыкновенного, более удивительного и загадочного, чем обыкновенная вода!

Биологическая океанография

Что касается биологической океанографии, то она занимается исследованием жизни морских существ в среде их обитания, особенно их размножением, развитием, ростом, условиями населения моря и дна, географическим распределением, миграциями, корреляциями между физиологическими циклами и циклами морской среди. Очевидно, что жизнь организмов, имеющихся в море, зависит от количества питательных веществ, которые и нем находятся

Кроме питательных солей и растворенного кислорода важное значение имеют карбонатное соединения, роль которых проявляется при оценке количества органической материи, растительного планктона (фитопланктона) в условиях, определяемых температурой, освещением и турбулентностью среды. Большим достижением современной биологической океанографии является точная оценка ею продуктивности моря, а также географического распределения продуктивности как функции физических элементов среды

Изучение анатомии и систематика собранных в морс видов восходит к морской зоологии и биологии, а не к биологической океанографии. Последняя является «экологической» наукой и обязательно включает одновременное исследование основных физических свойств среды.

Конечно, биологическая океанография, которая занимается жизнью в морях, физическими условиями среды и химической эволюцией имеющихся питательных элементов, находится в тесной связи с «океанографией для нужд рыбной ловли», которой к примеру во Франции занимается отдельный Научно-технический институт рыболовства.

Короче говоря, речь идет о геофизическом знании океана, его границ, его содержания с физической и химической точек зрении, его движений, жизни, которая и нем протекает, и ее «окружения» и жизни, которая в нем заканчивается, механизма оседания слоев отложений на дне или около берегов, их эволюции, глубинного состава его морской подпочвы, геологической истории углубления земной коры, занятой океанами и морями. Все это изучается, с одной стороны, прямыми измерениями, а с другой стороны — теоретическими исследованиями и проведением опытов. Являясь наукой о среде, океанография нуждается в одновременном применении всех средств, которые даются математическими, физическими, химическими, геологическими и биологическими науками. Каждый специалист по этим дисциплинам видит среду под определенным углом зрения, и одно лишь сопоставление точек зрения различных специалистов способно привести к пониманию механизма морских явлений — условию предсказания этих явлений во всех точках, т.е. к высшей стадии знания среды. Океанография по преимуществу требует коллективной работы, как в море, так и в лаборатории. Являясь перекрестком научных дисциплин, она берет свои знания из единства и непрерывности среды, которую она изучает, а также накладывает особые требования на наблюдении в море.

Основные течения Мирового океана

Тихий океан

Мощнейшие течения Тихого океана сформированы пассатами — постоянными ветрами, дующими от тропиков к экватору. Северное и Южное пассатные течения гонят массы воды в сторону Евразии и Австралии.  

Схема течений Тихого океана

Достигая восточных берегов континентов, воды расходятся вдоль побережья. Часть воды возвращается на восток, образуя Межпассатное противотечение. Основная масса воды Северного пассатного течения устремляется к северу, образуя тёплое течение Куросио, а воды Южного движутся на юг, становясь Восточно-Австралийским течением.

В умеренных широтах течения подхватывают западные ветры и направляют их на восток. В Северном полушарии возникает тёплое Северо-Тихоокеанское течение, а в Южном — Течение Западных Ветров. 

Достигнув восточных краёв океана, воды возвращаются к экватору, двигаясь вдоль побережья Северной Америки (Калифорнийское течение) и Южной Америки (Перуанское течение). 

У экватора течения вновь подхватываются пассатом, завершая круговорот.

Атлантический океан

Поскольку Атлантический океан вытянут по вертикали, его основные течения также направлены с севера на юг и обратно. 

Схема течений Атлантического океана‍

Как и в случае с Тихим океаном, течения Атлантики образуют кольца в Северном и Южном полушариях.  

В Северном полушарии Северное пассатное течение гонит воду к берегам Центральной Америки, где зарождается тёплое течение Гольфстрим, движущееся в сторону Европы к Северному полюсу, откуда воды возвращаются к экватору холодным Канарским течением. Так в северной части Атлантики происходит циркуляция течений по часовой стрелке. 

В Южном полушарии потоки океанических вод направлены против часовой стрелки: Южное пассатное течение, достигая берегов Южной Америки, движется на юг вдоль континента, становясь тёплым Бразильским течением. У берегов Антарктиды оно разворачивается на восток, вливаясь в течение Западных Ветров. Затем вода возвращается к экватору вдоль западного берега Африки, гонимая холодным Бенгельским течением. 

Индийский океан

Особенность Индийского океана — изменчивые течения в его северной части. Они подчинены муссонам — ветрам, которые меняют направление в зависимости от сезона. 

Зимой северо-восточный муссон несёт воды из Бенгальского залива к Африке, где течение поворачивает на юг, и достигнув области экватора, возвращается на восток, создавая Экваториальное противотечение. Затем, достигнув Суматры, течение разделяется на два потока: первый движется на север, замыкая круговорот, а второй устремляется в Тихий океан.

Летом течения направляются в обратную сторону, с запада на восток, при этом противотечения не возникает. Юго-западный муссон гонит воду на север, образуя холодное Сомалийское течение, которое впоследствии объединяется с Южным пассатным.

Южный круговорот не зависит от сезона и действует без изменений. Южный пассат направляет воду к Мадагаскару, где образует два потока, огибающие остров. При этом часть воды возвращается на восток через противотечение. 

Затем южный поток направляется в Атлантический океан и вливается в Течение Западных ветров. У западного побережья Австралии от него отделяется течение, возвращающее воду в район экватора, где её вновь подхватывает Южный пассат.   

Северный Ледовитый океан

Поскольку большая часть Северного Ледовитого океана находится подо льдом, о его течениях известно немного. 

Основным проводником тепла является Норвежское течение — продолжение Гольфстрима. В районе 67 параллели оно разделяется на Нордкапское и Шпицбергенское течения. 

Нейтральное Трансарктическое течение формируется благодаря стоковым водам с Аляски и севера Азии. Оно движется от Чукотского моря к полюсу по направлению к Гренландии. Примечательно, что его температура такая же, как у окружающей воды. 

Холодное Восточно-Гренландское течение берёт начало от моря Лаптевых и движется вдоль восточного берега Гренландии, после чего через Датский пролив устремляется в Атлантический океан. 

Причины возникновения океанических течений

Причины образования океанических течений обусловлены сторонними влияниями на океанические воды, а также свойствами самой воды. К ним относятся:

• Ветер. Перемещение воздушных масс приводит в движение массы воды на поверхности океана. Направления океанических течений в целом повторяют направления господствующих ветров.
• Атмосферные явления. Изменения атмосферного давления, осадки и испарение воды меняют уровень мирового океана. Эти изменения также вызывают океанические течения.
• Различия температуры и солёности воды. Содержание соли и температура воды влияют на её плотность. Воды с большей плотностью стремятся занять место менее плотных вод — так образуются подводные течения.
• Космические влияния. Силы притяжения Луны и Солнца вызывают приливы и отливы, которые, в свою очередь, являются одной из причин океанических течений.

<<Форма демодоступа>>

Кроме того, на формирование течений влияет рельеф морского дна и очертания континентов.

Каждое течение в океане — результат воздействия многих сил, но практически всегда можно выделить главную, в зависимости от которой определяют виды океанических течений.   

Учите географию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду GEO72021 вы получите бесплатный доступ к курсу географии 7 класса, в котором изучается тема океанических течений.

Основные принципы океанологии: интердисциплинарность и глубокое погружение

Океанология является интердисциплинарной наукой, объединяющей знания и методы из различных областей, таких как геология, геофизика, химия, биология, метеорология и др. Понимание океанов требует широкого применения разнообразных исследовательских методов и инструментов.

Интердисциплинарность является ключевым принципом океанологии. Она позволяет ученым из разных областей совместно исследовать морские воды, дно океана и живые организмы, а также изучать взаимодействие между этими компонентами. Например, геологи изучают состав и структуру морского дна, биологи изучают животный и растительный мир океана, а химики определяют состав воды и ее химические свойства. Такой интегративный подход позволяет получить более полное представление о морской среде и ее взаимодействии с биологическими системами.

Глубокое погружение в изучение океана является еще одним принципом океанологии. Ученые, занимающиеся океанологией, должны быть готовы к работе в сложных и экстремальных условиях, таких как высокое давление, низкие температуры, отсутствие солнечного света и др. Для получения данных океанологи используют современные подводные аппараты и приборы, такие как батискафы, исследовательские суда, подводные аппараты с дистанционным управлением, а также разнообразные лабораторные методы.

Интердисциплинарность и глубокое погружение позволяют океанологам получать более полное представление о морской среде, принципах ее функционирования и взаимодействии с другими экосистемами

Исследования, проводимые в области океанологии, имеют важное значение для понимания климатических процессов, сохранения биоразнообразия, определения оптимального использования морских ресурсов и решения других актуальных проблем, связанных с океанами и их влиянием на жизнь на планете Земля

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассматривается ключевое понятие гидродинамики и физической океанографии
– потенциальная завихренность. Обсуждаются основные формулы, которые используются
при расчетах потенциальной завихренности, а также условия для их применения. Показано,
что, согласно известной теореме Эртеля, потенциальная завихренность частиц, не пересекающих
изопикнические поверхности, в глобальном смысле сохраняется, хотя на практике условия
выполнения этой теоремы часто не выполнимы.

Представлены два основных подхода к оценкам потенциальной завихренности: по формуле
Эртеля и по формуле Россби для квазигеострофического приближения. Показано, что в
обоих случаях основной вклад вносит слагаемое, связанное с вертикальной составляющей
ротора скорости

Важно отметить, что эти характеристики потенциальной завихренности
имеют различную размерность.

Оценки потенциальной завихренности проводились для акватории квазипостоянного антициклонического
Лофотенского вихря, расположенного в Норвежском море. Показано, что потенциальная
завихренность в подходе Эртеля характеризует ядро вихря с нулевыми значениями потенциальной
завихренности, окруженное сгущениями изолиний со значениями потенциальной завихренности
м–1 с–1, расположенными на периферии ядра. Значения потенциальной завихренности отрицательны
во всей области за исключением ядра с нулевыми значениями. Потенциальная завихренность
по Эртелю не связана с интенсивностью вихря, не характеризует его полярность и является
кинематической, а не динамической характеристикой вихря.

В отличие от потенциальной завихренности по Эртелю, потенциальная завихренность по
Россби в квазигеострофическом приближении является динамической характеристикой. Основной
вклад дает относительная завихренность, которая характеризует вращение частиц. Объемная
потенциальная завихренность характеризует мощность вихря. Наибольшее по модулю значение
потенциальной завихренности соответствует горизонту 500 м и составляет –1.3 × 10–5 с–1; на горизонтах ниже 1000 м величины по модулю не превышают 1.0 × 10–5 с–1, а на горизонте 3000 м – 0.5 × 10–5 с–1. Объемная потенциальная завихренность для Лофотенского вихря равна –9.82 × 106 с–1. Для ядра (до 1000 м) она составляет –2.28 × 108 с–1.