Что такое водные массы и какие у них свойства

Водная масса — значительный объем морской воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана под влиянием определенных геофизических факторов. Водная масса характеризуется постоянным и непрерывным распределением физико-химических и биологических свойств в течение длительного времени. Все компоненты водной массы образуют некий единый комплекс, который может изменяться или двигаться как одно целое[1]. В отличие от воздушных масс, для масс достаточно важную роль играет вертикальная зональность.

Главные характеристики водных масс:

• температура воды,
• соленость,
• содержание биогенных солей (фосфаты, силикаты, нитраты),
• содержание растворенных газов (кислород, углекислый газ).

Характеристики водных масс не остаются неизменными постоянно, они в определенных пределах колеблются по сезонам и многолетне. Между водными массами не существует четких границ, вместо того — переходные зоны взаимного влияния. Наиболее ярко это можно наблюдать на границе теплых и холодных морских течений.

Основными факторами формирования водных масс являются тепловой и водный балансы региона[2].

Водные массы довольно активно взаимодействуют с атмосферой. Они отдают ей тепло и влагу, биогенный и механический кислород, а из нее усваивают углекислый газ.

Классификация

Различают первичные и вторичные водные массы[2]. К первым относят те, характеристики которых формируются под воздействием земной атмосферы. Они характеризуются наибольшей амплитудой изменений своих свойств в определенном объеме водной толщи. К вторичных водных масс относят те, что формируются под влиянием перемешивания первичных. Они характеризуются наибольшей гомогенностью.

По глубине и физико-географическими свойствами выделяют следующие типы водных масс:[2]

• поверхностные:
  • поверхностные (первичные) — до глубин 150-200 м,
  • подповерхностные (первичные и вторичные) — от 150-200 м до 400-500 м;
• промежуточные (первичные и вторичные) — срединный слой океанических вод толщиной около 1000 м, на глубинах от 400-500 м до 1000-1500 м, температура которого лишь на несколько градусов выше точки замерзания воды; постоянная граница между поверхностными и глубинными водами, что препятствует их перемешиванию;
• глубинные (вторичные) – на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м;
• придонные (вторичные) — глубже 3 км.

Распространение

Для всех океанов характерны собственные водные массы. В Тихом океане: Северная тропическая, Северная центрально-субтропическая, Южная тропическая и другие поверхностные водные массы; Северная и Южная субтропические и другие подповерхностный; Северная и Южная тихоокеанские промежуточные; Тихоокеанские глубинные водные массы[2]. В Атлантике: Северная и Южная тропические, Гольфстрим и другие поверхностные; Северная и Южная субтропические подповерхностный; Северная и Южная атлантические промежуточные водные массы и другие; Средиземноморская глубинная[2].

Типы поверхностных водных масс

Экваториальные

На протяжении всего года экваториальные воды сильно прогреваются солнцем, что находится в зените. Толщина слоя — 150-300 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 60-70 до 120-130 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−2 10−3 см/сек. Температура вод составляет 27°…+28°С, сезонная изменчивость небольшая 2 °C. Средняя соленость от 33-34 до 34-35 ‰, ниже, чем в тропических широтах, потому что многочисленные реки и сильные ежедневные ливни довольно сильно влияют, опресняя верхний слой воды. Условная плотность 22,0-23,0. Содержание кислорода 3,0-4,0 мл/л; фосфатов — 0,5-1,0 мкг-ат/л.

Тропические

Толщина слоя — 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 50-70 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 см/сек. Температура вод составляет от 18-20 до 25-27°С. Средняя соленость 34,5-35,5 ‰. Условная плотность 24,0-26,0. Содержание кислорода 2,0-4,0 мл/л; фосфатов — 1,0-2,0 мкг-ат/л.

Субтропические

Толщина слоя — 400-500 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 20-30 до 80-100 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 25-28°С. Средняя соленость от 35-36 до 36-37 ‰. Условная плотность от 23,0-24,0 до 25,0-26,0. Содержание кислорода 4,0-5,0 мл/л; фосфатов — <0,5 мкг-ат/л.

Субполярные

Толщина слоя — 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−4 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 5-10°С. Средняя соленость 34-35 ‰. Условная плотность 25,0-27,0. Содержание кислорода 4,0-6,0 мл/л; фосфатов — 0,5-1,5 мкг-ат/л.

Полярные

Толщина слоя — 100-200 м. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 5-10 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 10−4 см/сек. Температура вод составляет от 0-5 до -1,8°С. Средняя соленость 32-34 ‰. Условная плотность 27,0-28,0. Содержание кислорода 5,0-7,0 мл/л; фосфатов — 1,5-2,0 мкг-ат/л.

Исследования

При изучении водных масс используют методику Т, S-кривых и изопикнический метод, позволяющие устанавливать гомогенность температуры, солености и других физико-химических показателей на кривой вертикального распределения[2].

Примечания

Литература

• (англ.) Emery, W. J. and J. Meincke. 1986 Global water masses: summary and review. Oceanologica Acta, 9:-391.
• (рус.) Агеноров В. К. Об основных водных массах в гидросфере, М. — Свердловск, 1944.
• (рус.) Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М. — Л., 1947.
• (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958.
• (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Индийского океана, Л., 1959.
• (рус.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, т. 1, выпуск 1.
• (нем.) Defant A., Dynamische Ozeanographie, B., 1929.
• (англ.) Sverdrup Н. U., Jonson М. W., Fleming R. Н., The oceans, Englewood Cliffs, 1959.

Также как и воздушное пространство, водное неоднородно по своей зональной структуре. О том, что называют водной массой, мы поговорим в этой статье. Выявим основные их виды, а также определим ключевые гидротермические характеристики океанических акваторий.

Что называют водной массой Мирового океана?

Водные океанические массы – это сравнительно большие слои океанических вод, обладающие определёнными свойствами (глубина, температура, плотность, прозрачность, количество содержащихся солей и т.д) характерными для данного типа водного пространства. Формирование свойств определённого вида водных масс происходит на протяжении большого периода времени, что делает их относительно постоянными и водные массы воспринимаются, как единое целое.

Главные характеристики морских водных масс

Водные океанические массы в процессе взаимодействия с атмосферой приобретают различные характеристики, отличающиеся в зависимости от степени воздействия, а также от очага формирования.

1. Температура – один из главных показателей, по которым происходит оценка водных масс Мирового океана. Закономерно, что температура поверхностных морских вод находит свой экстремум в экваториальной широте, по мере отдаления от которой водная температура понижается.

   

2. Солёность. На солёность водных потоков влияет уровень выпадения атмосферных осадков, интенсивность испарения, а также количество пресной воды, поступающей с материков в виде крупных рек. Наибольшая солёность зарегистрирована в бассейне Красного моря: 41‰. Карта солёности морских вод наглядно видна на следующем рисунке.

   

3. Плотность водных масс напрямую зависит от того, на какой глубине от уровня моря они находятся. Это объясняется законами физики, согласно которым более плотная, а значит и более тяжёлая жидкость опускается ниже жидкости с меньшей плотностью.

Основные зоны водных масс Мирового океана

Комплексные характеристики водных масс формируются под воздействием не только территориального признака в сочетании с климатическими условиями, но и вследствие смешивания разных водных потоков. Верхние слои океанических вод более подвержены смешиванию и влиянию атмосферы, нежели более глубинные толщи воды того же географического региона. В связи с этим фактором водные массы Мирового океана подразделяются на два больших раздела:

1. Океаническая тропосфера – верхние, так называемые поверхностные слои воды, нижняя граница которых достигает 200-300, а иногда и 500 метров глубины. Отличаются наиболее подверженным влиянием со стороны атмосферных, температурно-климатических условий. Имеют разнородные характеристики в зависимости от территориальной принадлежности.

   

2. Океаническая стратосфера – глубинные воды ниже поверхностных слоёв с более устойчивыми свойствами и характеристиками. Свойства водных масс стратосферы более устойчивы, поскольку отсутствуют сильные и обширные перемещения водных потоков особенно в вертикальном разрезе.

Виды вод океанической тропосферы

Океаническая тропосфера образуется под влияние совокупности динамичных факторов: климата, осадков, а также прилива материковых вод. В связи с этим поверхностные воды имеют частые колебания температуры, уровня солёности. Движение водных масс из одной широты в другую формирует образование тёплых и холодных течений.

В поверхностных водах наблюдается наибольшая насыщенность формами жизней в виде рыб и планктона. Виды водных масс океанической тропосферы принято подразделять по географическим широтам с ярко-выраженным климатическим фактором. Назовём основные из них:

• Экваториальные.
• Тропические.
• Субтропические.
• Субполярные.
• Полярные.

Характеристика экваториальных водных масс

Территориальная зональность экваториальных водных масс охватывает географическую полосу от 0 до 5 северной широты. Экваториальный климат характеризуется практически одинаково высоким температурным режимом на протяжении всего календарного года, поэтому и водные массы данного региона прогреты в достаточной степени, достигают температурной отметки 26-28.

Вследствие выпадения обильных осадков и притока пресной речной воды с материка экваториальные океанические воды имеют небольшой процент солёности (до 34,5‰) и наименьшую условную плотность (22-23). Насыщенность водной среды региона кислородом также имеет наименьший показатель (3-4 мл/л) ввиду высокой среднегодовой температуры.

Характеристика тропических водных масс

Зона тропических водных масс занимает две полосы: 5-35 северного полушария (северо-тропические воды) и до 30 южного (южно-тропические воды). Формируются под воздействием особенностей климата и воздушных масс – пассатов.

Летний температурный максимум соответствует экваториальной широте, но зимой этот показатель опускается до отметки 18-20 выше нуля. Зона характеризуется наличием восходящих водных потоков с глубины 50-100 метров у западных прибрежных материковых линий и нисходящими потоками у восточных берегов материка.

Тропические виды водных масс имеют больший, чем у экваториальной зоны, показатель солёности (35–35,5‰) и условной плотности (24-26). Насыщенность кислородом тропических водных потоков остаётся приблизительно на таком же уровне, что и у экваториальной полосы, а вот насыщенность фосфатами превосходит: 1-2 мкг-ат/л против 0,5-1 мкг-ат/л у экваториальных вод.

Субтропические водные массы

Температура в течение года субтропической водной зоны может опускаться до 15. В тропической широте опреснение вод происходит в меньшей степени, чем в других климатических поясах, поскольку здесь выпадает малое количество осадков, в то время как идёт интенсивное испарение.

Здесь солёность вод может доходить до 38‰. Субтропические водные массы океана при охлаждении в зимний период года отдают много тепла, тем самым внося значительный вклад в процесс теплообмена планеты.

Границы субтропической зоны доходят примерно до 45 южного полушария и до 50 с.ш. Наблюдается повышение насыщенности вод кислородом, а значит и формами жизни.

Характеристика субполярных водных масс

По мере отдаления от экватора температура водных потоков снижается и варьирует в зависимости от времени года. Так на территории субполярных водным масс (50-70 с.ш и 45-60 ю.ш.) зимой температура воды падает до 5-7, а летом повышается до 12-15о С.

Солёность воды имеет тенденцию уменьшения от субтропических водных масс в направлении к полюсам. Происходит это вследствие таяния айсбергов – источников пресной воды.

Характеристика и особенности полярных водных масс

Локализация полярных океанических масс – околоматериковые полярные северные и южные пространства, таким образом, океанологи выделяют наличие арктических и антарктических водных масс. Отличительными особенностями полярных вод являются, конечно же, наименьшие температурные показатели: летом в среднем 0, а зимой 1,5-1,8 ниже нуля, что также влияет на плотность – здесь она самая высокая.

Помимо температуры, отмечается и низкая солёность (32-33‰) за счёт таяния материковых пресных ледников. Воды полярных широт очень богаты кислородом и фосфатами, что благоприятно сказывается на разнообразии органического мира.

Виды и свойства водных масс океанической стратосферы

Океаническую стратосферу океанологи условна подразделяют на три вида:

1. Промежуточные воды охватывают толщи воды на глубине от 300-500 м до 1000 м, а иногда и 2000 м. По сравнению с двумя остальными видами водных масс стратосферы, промежуточный слой наиболее освещённый, тёплый и в большей степени богат кислородом и фосфатами, а значит и богаче подводный мир планктоном и различными видами рыб. Под влиянием соседства с водными потоками тропосферы, у которой преобладает стремительно текущая водная масса, гидротермические характеристики и скорость течения водных потоков промежуточного слоя весьма динамичны. Общая тенденция движения промежуточных вод наблюдается в направлении от высоких широт к экватору. Толщина промежуточного слоя океанической стратосферы не везде одинакова, более широкий слой наблюдается у полярных зон.
2. Глубинные воды имеют ареал распространения, начиная с глубины в 1000-1200 м, и доходят до 5 км ниже уровня моря и характеризуются более постоянными гидротермическими данными. Горизонтальное течение водных потоков данного слоя гораздо меньше промежуточных вод и составляет 0,2-0,8 см/с.
3. Придонный слой воды наименее изучены океанологами в виду своей недосягаемости, ведь они располагают на глубине более 5 км от поверхности воды. Главными особенностями придонного слоя является практически постоянный уровень солёности и высокая плотность.