Как устроены океанические течения: ветер, вращение Земли и движение глубинных вод

Океанические течения — это устойчивые или повторяющиеся перемещения морской воды. Одни из них заметны у поверхности и связаны с ветрами, другие проходят на большой глубине и зависят от различий в температуре и солёности. Вместе они перераспределяют тепло, переносят питательные вещества и связывают разные части Мирового океана.

Течение — не подземная река с чёткими берегами: его границы могут быть размытыми, а скорость и направление — меняться. На движение воды одновременно влияют ветер, вращение Земли, очертания берегов и дна, плотность воды и приливные силы. Поэтому океаническую циркуляцию правильнее представлять как систему взаимодействующих потоков, а не как один замкнутый конвейер.

Что называют океаническим течением

Течением называют направленное перемещение водных масс. Оно может распространяться на тысячи километров, как некоторые крупные течения, или занимать сравнительно небольшой участок моря. Скорость тоже неодинакова: она зависит от глубины, сезона, погоды, рельефа дна и того, какую именно часть потока измеряют.

Морская вода движется не только горизонтально. В одних районах вода поднимается из глубины, в других опускается, а между слоями происходит перемешивание. Эти вертикальные перемещения особенно важны для климата и экосистем: вместе с водой могут подниматься растворённые питательные вещества, а опускающиеся массы переносят тепло и углерод в глубины.

Какие силы приводят воду в движение

Ветер и поверхностные течения

Ветер передаёт энергию поверхности океана и создаёт поверхностные течения. Постоянные ветры, например пассаты и западные ветры умеренных широт, помогают организовать движение воды в крупных океанических бассейнах. Реальное направление потока при этом не обязано совпадать с направлением ветра: на него влияют вращение Земли, очертания побережий и взаимное трение водных слоёв.

Из-за вращения планеты движущаяся вода отклоняется относительно поверхности Земли. Это проявление эффекта Кориолиса: в Северном полушарии движение отклоняется вправо, а в Южном — влево. В результате ветры и вращение Земли способствуют формированию больших круговоротов, или гир, в океанических бассейнах. Их направления зависят от полушария и особенностей бассейна, поэтому не всякий локальный поток следует сводить к простой схеме.

Ветровое воздействие может вызывать и подъём воды у побережья. Когда ветер отгоняет поверхностный слой от берега, освободившееся пространство заполняет более холодная вода из глубины. Такое явление называют прибрежным апвеллингом. Оно характерно, в частности, для районов у берегов Перу и Калифорнии, хотя сила и сезонность подъёма различаются от места к месту.

Температура, солёность и плотность

На глубине важную роль играет плотность воды. Холодная вода обычно плотнее тёплой, а более солёная — плотнее менее солёной при прочих равных условиях. Когда плотная вода оказывается над менее плотной, возникает неустойчивость: вода может опускаться, а окружающие массы — перемещаться, чтобы занять её место.

Изменения температуры и солёности связаны с обменом теплом с атмосферой, испарением, осадками, речным стоком и образованием морского льда. При замерзании морского льда большая часть соли остаётся в окружающей воде, повышая её солёность. Но этот процесс не означает, что любая холодная или солёная вода автоматически опускается: на её движение влияют перемешивание, давление, соседние водные массы и рельеф.

Циркуляцию, связанную с различиями плотности, часто называют термохалинной: название отсылает к температуре и солёности. Она участвует в обмене водой между поверхностью и глубинами. Не следует, однако, представлять её как одну трубу, по которой вода строго проходит одинаковый маршрут: это обширная и изменчивая система, включающая несколько бассейнов и множество процессов.

Берега, дно и приливы

Континенты направляют потоки и ограничивают возможные пути движения воды. Подводные хребты, котловины и склоны тоже влияют на циркуляцию, особенно в глубинных слоях. Поэтому одна и та же система ветров может создавать разные картины течений в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах.

Приливы создаются главным образом гравитационным воздействием Луны и Солнца. Они вызывают периодические перемещения воды и сильные приливные течения в проливах, у побережий и в отдельных морях. Приливное перемешивание помогает обмену между водными слоями, но его не нужно путать с постоянными крупномасштабными поверхностными течениями, которые в значительной степени поддерживаются ветрами.

Поверхностные и глубинные течения: в чём разница

Это разделение полезно для объяснения, но в реальном океане процессы взаимодействуют. Ветер может перемешивать воду на глубину, а особенности глубинной циркуляции влияют на распределение температуры у поверхности. Поэтому два условных типа течений не существуют независимо друг от друга.

Известные течения и крупные системы

Гольфстрим и Северная Атлантика

Гольфстрим — мощное тёплое течение в западной части Северной Атлантики, связанное с циркуляцией Атлантического океана. Продолжение потока в Северной Атлантике разветвляется, а часть вод переносится к северо-востоку. Тепло океана влияет на климат прибрежных районов, но популярное объяснение «Гольфстрим согревает всю Европу» чрезмерно упрощает картину: на климат влияют также атмосфера, ветры, положение региона и другие океанические процессы.

Гольфстрим не тождественен Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции, известной по английской аббревиатуре AMOC. AMOC описывает крупный обмен водными массами: перенос в верхних слоях в сторону севера и возвращение части вод на глубине в сторону юга. Гольфстрим — важный элемент поверхностной циркуляции, но не название всего этого обмена.

Антарктическое циркумполярное течение

Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ) движется вокруг Антарктиды с запада на восток. Оно может непрерывно огибать материк, поскольку на этих широтах нет сплошной суши, перекрывающей путь между океаническими бассейнами. АЦТ — ключевой элемент циркуляции Южного океана и обмена водными массами между океанами.

Это течение связано с сильными западными ветрами и взаимодействует с фронтами и вихрями. Его нельзя описать как равномерное кольцо с одинаковой скоростью во всех точках. Подводные хребты и перемены ветра создают участки, где поток усиливается, смещается или образует вихревые структуры.

Перуанское и Калифорнийское течения

Перуанское течение, также называемое течением Гумбольдта, и Калифорнийское течение относятся к крупным восточным пограничным течениям субтропических круговоротов. Они переносят сравнительно прохладные воды вдоль западных побережий Южной и Северной Америки соответственно. В этих районах ветры могут поддерживать апвеллинг, принося к поверхности воду, богатую питательными веществами.

Поступление питательных веществ способствует высокой биологической продуктивности и поддерживает промысел. Однако продуктивность зависит не только от течения: важны сезонность, доступ света, состав водных масс и изменения погоды. Если подъём глубинной воды ослабевает или меняется, это может отразиться на экосистемах и рыболовстве.

Почему течения важны для климата и природы

Океан поглощает и переносит тепло, полученное от Солнца. Течения перераспределяют его между низкими и высокими широтами и влияют на температуру воздуха над океаном и прилегающей сушей. Это один из факторов климата, но он действует вместе с атмосферной циркуляцией, рельефом, облачностью и сезонными изменениями солнечного нагрева.

Течения перемещают планктон, личинок, питательные вещества и растворённые газы. Они могут переносить организмы за пределы привычных мест обитания и соединять удалённые экосистемы. Для животных направление и сила потока способны влиять на миграции, поиск пищи и расселение потомства, хотя многие виды активно регулируют своё движение.

Океанические потоки важны и для морского транспорта, прогнозирования распространения загрязнений и спасательных операций. Нефтяное пятно, например, будет перемещаться под действием течений и ветра, но его путь зависит также от волн и свойств самого загрязнителя. Поэтому знание общей схемы циркуляции помогает понять направление переноса, но для практического прогноза нужны местные наблюдения и модели.

Как учёные наблюдают за течениями

Океан невозможно измерить одним способом. Исследователи используют судовые измерения, дрейфующие буи, закреплённые на разных глубинах приборы и спутниковые наблюдения. Спутники помогают оценивать состояние поверхности, включая её высоту и температуру, а приборы в воде измеряют характеристики водных слоёв непосредственно.

Международная программа Argo использует сеть свободно дрейфующих поплавков, которые собирают профили температуры и солёности в океане. Некоторые поплавки способны измерять воду на глубинах до 2000 метров; существуют и более глубоководные варианты. Данные со спутников и приборов сопоставляют с компьютерными моделями, чтобы оценивать состояние океана между точками измерений.

Наблюдения важны потому, что течения меняются по сезонам и от года к году. В поверхностных слоях на них быстро влияют погода и ветры, тогда как глубокие процессы обычно развиваются медленнее. Чем дольше ведутся сопоставимые измерения, тем надёжнее можно отличить кратковременное колебание от длительного изменения.

Как течения меняются во времени

Не все изменения означают перестройку всей океанической системы. Сезонные перемены ветров могут менять силу поверхностных потоков, а штормы — вызывать локальные нарушения. В тропической части Тихого океана явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья связаны с изменениями ветров, температуры поверхности и циркуляции; их последствия ощущаются и за пределами этого бассейна.

Изменения климата также затрагивают океан: вода нагревается, а поступление осадков, сток с суши и таяние льда меняют распределение тепла и пресной воды. Это способно повлиять на плотность и перемешивание в отдельных районах. Однако вывод о будущем конкретного течения требует учитывать регион, период наблюдений и неопределённость моделей; нельзя заключать о состоянии всей циркуляции по одному холодному сезону или локальному событию.

Частые вопросы

Все ли океанические течения постоянны?

Нет. Некоторые крупные системы существуют длительно, но их сила и положение колеблются, а локальные течения могут зависеть от ветра и приливов. Даже устойчивое направление не означает одинаковой скорости круглый год.

Почему холодная вода часто поднимается у побережий?

Ветер может отгонять поверхностную воду от берега, и её место занимает вода из глубины. Если глубинные слои богаты питательными веществами, такой апвеллинг может поддерживать высокую продуктивность. Холодная вода у берега — возможное следствие процесса, а не его единственная причина.

Опасны ли сильные течения для человека?

Да, особенно локальные прибрежные и отбойные течения, которые способны быстро уносить человека от берега. Их поведение зависит от формы пляжа, волн и приливных условий. На побережье следует соблюдать указания спасателей и предупреждающие знаки: общая карта океанических течений не заменяет местный прогноз безопасности.

Могут ли течения внезапно изменить направление?

У локальных потоков направление может меняться под действием ветра, приливов и берегового рельефа. Крупные океанические системы не разворачиваются мгновенно целиком, хотя их отдельные участки и сила могут заметно меняться. Чтобы оценить изменение, нужны наблюдения за конкретным районом и за достаточно длительный период.

Главное

Океанические течения возникают благодаря сочетанию ветра, вращения Земли, различий плотности воды, приливов и особенностей морского дна. Поверхностные и глубинные потоки различаются по главным движущим силам, но связаны обменом воды, тепла и веществ. Они влияют на климат и экосистемы, однако ни одно течение не объясняет эти явления в одиночку: океан работает как изменчивая система взаимосвязанных процессов.