Океанические течения — не отдельные реки, проложенные в толще воды, а части сложной циркуляции, на которую одновременно влияют ветер, вращение Земли, очертания материков и различия в плотности морской воды. Одни потоки заметны у поверхности, другие медленно перемещают воду на больших глубинах. Они обмениваются водой, теплом, кислородом и растворёнными веществами, но не складываются в простой замкнутый конвейер. Чтобы понять, как связаны поверхностная и глубинная циркуляция, полезно проследить, какие силы приводят воду в движение и что происходит с ней дальше.
- Что называют океаническим течением
- Как ветер создаёт поверхностные потоки
- Почему вода перемещается в глубину и обратно
- Как соединяются поверхностная и глубинная циркуляция
- Чем различаются основные виды циркуляции
- Как учёные наблюдают за течениями
- Почему циркуляция важна для климата и жизни
- Частые вопросы
- Все ли океанические течения образуют единую замкнутую систему?
- Гольфстрим и AMOC — одно и то же?
- Почему глубинное течение не движется просто по прямой вниз?
- Можно ли увидеть течение на спутниковом снимке?
Что называют океаническим течением
Течением называют направленное перемещение водных масс. В отличие от волн, которые главным образом передают энергию и обычно не уносят воду на большие расстояния вместе с гребнем, течение переносит саму воду. Оно может быть устойчивым или сезонным, широким или узким, охватывать верхний слой либо распространяться на значительную глубину. В реальном океане такие потоки часто меняют скорость и направление, взаимодействуют между собой и образуют вихри.
Слово «поверхностное» не означает, что движение ограничено тонкой плёнкой. Ветровое воздействие способно перемещать верхний слой на десятки или сотни метров, хотя сила и направление движения меняются с глубиной. Глубинная циркуляция тоже не представляет собой равномерный поток: её скорость обычно невелика, а маршрут зависит от рельефа дна, перемешивания и свойств водных масс. Поэтому граница между двумя типами циркуляции полезна для объяснения, но в природе она не похожа на чёткую перегородку.
Как ветер создаёт поверхностные потоки
Постоянные и сезонные ветры передают океану часть своей энергии через трение о поверхность воды. Так возникают течения верхнего слоя. На их направление влияет вращение Земли: из-за силы Кориолиса движущиеся потоки отклоняются вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Это не отдельный толчок, который разгоняет воду, а эффект, возникающий при движении в системе, связанной с вращающейся Землёй.
Ветер действует на воду не в одиночку. Важны также форма океанического бассейна и расположение материков: они ограничивают свободное движение и направляют потоки вдоль берегов. В крупных бассейнах из этого взаимодействия формируются круговороты — океанические гиры. В субтропиках северного полушария такие круговороты в целом вращаются по часовой стрелке, а южного — против неё; это общая схема, а не описание каждого местного течения.
Внутри круговоротов заметно различаются течения у западной и восточной границ океанского бассейна. Западные пограничные потоки, например Гольфстрим в Атлантике и Куросио в Тихом океане, обычно уже и интенсивнее соседних восточных потоков. Восточные пограничные течения, как правило, шире и слабее; некоторые из них связаны с подъёмом холодной глубинной воды у побережий. Эти различия объясняются не только ветром, но и общей динамикой вращающегося океана и геометрией бассейна.
Почему вода перемещается в глубину и обратно
Ветер объясняет значительную часть движения верхних вод, но глубинная циркуляция зависит также от плотности. Плотность морской воды меняется прежде всего с температурой и солёностью: холодная вода обычно плотнее тёплой, а более солёная — плотнее менее солёной при прочих равных условиях. Если поверхностная вода становится достаточно плотной, она может опуститься и включиться в движение на глубине. Для этого важны местные условия, поэтому погружение происходит не повсюду.
В некоторых районах высоких широт охлаждение поверхности способствует образованию плотных вод. Лёд при замерзании в основном исключает соль из своей кристаллической структуры, и окружающая морская вода становится солонее; вместе с охлаждением это может увеличить её плотность. Однако одного лишь наличия льда недостаточно, чтобы описать весь процесс: на него влияют перемешивание, приток пресной воды, погода и местная циркуляция. Образовавшиеся плотные воды могут распространяться по склонам и ложбинам морского дна.
Океанологи часто используют понятие термохалинной циркуляции, связывая его с воздействием температуры и солёности на плотность. Но глубинные потоки не запускаются только разницей плотности: на них также влияют ветер, приливное перемешивание и взаимодействие с рельефом дна. Глубинная вода постепенно перемешивается с окружающей, а затем может подниматься в верхние слои в обширных областях океана. Восходящее движение нередко распределено по большой площади, а не сосредоточено в одной узкой «трубе».
Как соединяются поверхностная и глубинная циркуляция
Представить взаимосвязь можно как длинную последовательность преобразований. Ветер перемещает верхние воды и помогает формировать круговороты; в определённых районах охлаждение и изменения солёности делают воду плотнее, и часть её опускается. На глубине водные массы медленно распространяются, меняют свойства при перемешивании и со временем могут возвращаться вверх. Поднявшаяся вода вновь попадает под воздействие ветров и поверхностных потоков.
Эта схема полезна, если помнить о её ограничениях. Она не означает, что любая порция воды проходит один и тот же маршрут или что весь обмен занимает одинаковое время. Пути глубинных масс разветвляются, смешиваются и зависят от особенностей разных океанов. Поэтому выражение «глобальный океанический конвейер» можно использовать как наглядную метафору, но не как буквальное изображение единого непрерывного потока.
Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция, известная по английской аббревиатуре AMOC, — один из важных примеров крупномасштабного переноса воды и тепла. Это система циркуляции в Атлантике, включающая верхние потоки, направленные в среднем на север, и более глубокие движения в обратном направлении. AMOC не тождественна всей глобальной циркуляции океана и не совпадает с одним только Гольфстримом. Гольфстрим — конкретное поверхностное течение, тогда как AMOC описывает более широкую структуру переноса в Атлантическом океане.
Чем различаются основные виды циркуляции
| Особенность | Преимущественно поверхностные течения | Глубинная циркуляция |
|---|---|---|
| Главные факторы | Ветер, вращение Земли, очертания бассейна | Различия плотности, перемешивание, рельеф дна и влияние ветра |
| Характерные проявления | Круговороты и пограничные потоки, например Гольфстрим | Распространение плотных вод и глубинный обмен между районами океана |
| Скорость изменений | Может заметно меняться с сезонами и погодными условиями | Обычно меняется медленнее, но зависит от места и процесса |
| Как изучают | Буя, измерения с судов, спутниковые наблюдения | Профили температуры и солёности, дрейфующие буи, измерения течений |
Как учёные наблюдают за течениями
Океан нельзя измерить одним прибором или одним способом. Спутники помогают отслеживать температуру поверхности и изменения её высоты, связанные в том числе с распределением воды и течениями. Но спутниковый снимок не показывает напрямую всю скорость и направление потока на глубине. Для этого нужны измерения в толще океана и наблюдения, повторённые во времени.
Исследовательские суда опускают приборы, которые регистрируют температуру, солёность и давление по мере погружения; такие данные позволяют описывать свойства водных слоёв. Дрейфующие буи показывают, куда перемещается вода в районе поверхности. Профилирующие автономные поплавки, в том числе применяемые в международной программе Argo, совершают циклы погружения и всплытия и передают измерения океанских слоёв. Сопоставление этих методов даёт более полную картину, чем любой отдельный набор наблюдений.
Даже хорошая сеть измерений не делает океан полностью предсказуемым. Течения меняются под действием погоды, вихрей, сезонных процессов и долгосрочных колебаний. Кроме того, приборы покрывают океан не одинаково: наблюдать удалённые и глубокие районы сложнее, чем открытые поверхности вблизи регулярных маршрутов судов. Поэтому учёные объединяют измерения с физическими моделями и проверяют расчёты по новым данным.
Почему циркуляция важна для климата и жизни
Течения переносят тепло между широтами и помогают формировать региональные условия. Тёплая вода, перемещающаяся к более высоким широтам, отдаёт тепло атмосфере, а холодные потоки влияют на температуру прибрежных районов. Однако климат конкретного места зависит не от одного течения: значение имеют также ветры, рельеф, сезонность и свойства атмосферы. Поэтому нельзя объяснять погоду или климат целого региона только присутствием крупного потока.
Перемещение и перемешивание воды влияет также на распределение растворённых газов, питательных веществ и частиц. Подъём глубинных вод в отдельных районах может приносить к поверхности питательные вещества, поддерживающие морские пищевые сети. В других местах вертикальное перемешивание способствует переносу кислорода вниз. Эффекты различаются по регионам и зависят от того, какие именно водные массы движутся и какие вещества они несут.
Частые вопросы
Все ли океанические течения образуют единую замкнутую систему?
Нет, это упрощённое представление. Между поверхностными и глубинными потоками происходит обмен, но вода перемещается по разветвлённым путям, смешивается и меняет свойства. Не всякая водная масса проходит один круговой маршрут.
Гольфстрим и AMOC — одно и то же?
Нет. Гольфстрим — крупное поверхностное течение Атлантики, а AMOC — более широкая система переноса и обмена водных масс в Атлантическом океане. Одно течение не описывает всю эту систему.
Почему глубинное течение не движется просто по прямой вниз?
Плотность может способствовать погружению воды, но её дальнейший путь определяется также вращением Земли, рельефом дна, соседними водными массами и перемешиванием. Поэтому направление движения меняется, а потоки разветвляются.
Можно ли увидеть течение на спутниковом снимке?
Спутники помогают выявлять признаки поверхностной циркуляции, например изменения температуры или высоты морской поверхности. Однако для прямого изучения течений на разных глубинах нужны приборы в воде, включая буи и измерительные комплексы на судах.
Главная особенность океанической циркуляции — совместная работа разных механизмов. Ветер организует значительную часть поверхностного движения, различия температуры и солёности помогают перераспределять воду по вертикали, а вращение Земли и рельеф направляют потоки. Вместе они связывают верхние и глубинные слои, но не превращают океан в простой конвейер с единственным маршрутом.
