Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 7.4. Солоність і хімічний склад вод

В гідросфері зосереджена величезна кількість солей — приблизно 5 · 10¹⁶ т. Сіллю океанів можна було б вкрити всю поверхню планети шаром товщиною 45 м. Тверді речовини, розчиняючись у воді, розпадаються на іони. Тому морська вода — це іонний розчин із середнім її вмістом 35 %о (проміле). Це означає, що віл такої води міститься 35 г солей.

У морських водах виявлено щонайменше 67 різних хімічних елементів, але головними є хлор і натрій, в меншій кількості — іони сульфатів, магнію, кальцію, калію, двовуглекислих солей. Ці елементи надають воді специфічного гірко-солоного смаку.

Існує кілька можливих джерел солей. Частина солей була вимита з порід морського дна. Значна кількість надійшла внаслідок дегазації магми при її остиганні. Важливе значення має виніс солей з суші ріками. Тут слід зазначити, що сольовий склад води в ріках істотно відрізняється від складу морської води. Річкова вода характеризується переважанням карбонатів (80 %), а солоність її мізерна — в середньому близько 0,146 %.

Солоність води в океанах коливається від 33 до 37 %о, але переважно вона становить 34—35 %о. У поверхневому шарі солоність може зменшуватися під впливом випадання атмосферних опадів, притоку прісної води з суші, танення льоду. Збільшується ж солоність внаслідок випаровування або в результаті утворення льоду, майже позбавленого солей.

У розподілі солоності вод у відкритому океані спостерігаються певні закономірності. В екваторіальних широтах вона дещо понижена — поверхневі шари тут зазнають інтенсивної опріснювальної дії атмосферних опадів. У субтропічних і тропічних широтах солоність підвищена — тут випаровування переважає над опадами, а це збільшує концентрацію солей. У помірних широтах солоність близька до середньої. У високих широтах солоність знижується внаслідок танення морського льоду і стоку рік (в Північній півкулі).

Солоність морів залежить від тих самих факторів, що й солоність океанів, але змінюється в значно більших межах. Так, у Чорному морі вона становить 15—23 ‰, в Балтійському — 3—20, в Середземному — 39, а в Червоному досягає навіть 40— 42 ‰. У відкритих морях солоність майже така, як в океані, з яким вони межують.

І хоча кількість розчинених солей у водах морів може значно коливатися, але сольовий склад, співвідношення різних солей, що визначають їх солоність, скрізь на планеті однакова. Ця закономірність формулюється як властивість постійності сольового складу морських вод. Виняток становлять лише дуже опріснені води прибережних акваторій зі значним річним стоком.

З глибиною солоність води помітно змінюється тільки у верхніх шарах. В цілому для Світового океану можна констатувати деяке її підвищення з глибиною. При цьому хімічний склад води відзначається разючою постійністю. Вивчення давніх форм життя в океані показує, що склад води мало змінився за останні 600 млн років.

Крім солей, в морській водах завжди наявні гази. Найпоширенішими з них є азот, кисень і вуглекислота. Азот є в океані скрізь і майже в незмінній кількості. Кисень, який надходить безпосередньо з атмосфери та в результаті процесів фотосинтезу, необхідний для морських організмів і для розкладу органічної речовини. Вміст кисню і вуглекислоти регулюється температурою поверхні океану: при підвищенні температури вони виділяються в атмосферу, при зниженні поглинаються водою з атмосфери.

7.5. Циркуляція вод океаносфери

Глибоке пізнання циркуляції вод є ключем до розуміння природи не тільки Світового океану, а і планетарних процесів, які протікають у географічній оболонці. Води океану перебувають у безперервному русі, з чим пов'язані їх обмін, перерозподіл тепла, обриси берегів, циркуляція атмосфери та інші явища. Однією з найважливіших форм руху в океані є морські течії. Течії — це більш-менш правильні горизонтальні переміщення величезних мас води в певному напрямі на великі відстані. Кожна течія захоплює порівняно неглибокий шар води, має відносно довжини невелику ширину і почасти нагадує ріки, що течуть у "берегах" з води. Розрізняють поверхневі і глибинні течії. Поверхневі течії найкраще вивчені, вони відіграють основну роль у планетарному переміщенні вод і перерозподілі тепла.

Течії в океанах з'являються та існують під дією двох сил: тертя і сили тяжіння; відповідно вони поділяються на фрикційні та гравітаційні. Причин же, що породжують течії, може бути кілька: вітер, різниця густини, різниця рівнів, яка створена атмосферним тиском, опадами, випаровуванням, припливами і відпливами, притоком води з рік тощо. Ці фактори приводять у рух океанічні води. Якщо причини, що викликають поступальний рух води, діють короткочасно, то течії мають епізодичний строк існування — це тимчасові течії. Якщо ж визначальний фактор діє тривало, стійко, то утворюється так звана постійна течія. Такі течії забезпечують обмін вод між різними частинами океану, вони переносять тепло і холод, розчинені і завислі речовини, тобто здійснюють єдність Світового океану.

На течії впливають не тільки ті сили, що їх викликають, а й сили вторинні, які проявляються разом з виникненням течії: сили внутрішнього тертя (в'язкість) і сила Коріоліса. Ці сили істотно впливають на течії, що існують. Сила тертя на межах течії гальмує її, поглинаючи частину кінетичної енергії водного потоку, а сила Коріоліса змушує потік відхилятися від свого напряму в Північній півкулі праворуч, а в Південній — ліворуч.

Основною причиною руху води в океанах є вітри, які своїм тертям і тиском на навітряну сторону хвиль змушують їх рухатися. Так утворюються дрейфові вітрові течії — найбільш поширені течії в океані. Особливо добре вони проявлені в тропічних і екваторіальних широтах, де постійно дмуть пасати. Яскравим прикладом дрейфових течій є Північна і Південна пасатні течії в Атлантичному і Тихому океанах. В Індійському океані постійною є тільки Південна пасатна течія. Між пасатними течіями в протилежному їм напрямі, із заходу на схід, проходить міжпасатна протитечія, яка за походженням є стічно-компенсаційною. В Атлантичному океані вона проявляється не завжди чітко і до того ж на деякій глибині від поверхні. Компенсаційні течії мають вторинний характер, вони поповнюють будь-який відтік води.

Стічні течії виникають в результаті нахилу рівня моря, зумовленого притоком вод з інших районів або відтоком в інші райони моря під дією зовнішньої сили. Такі умови виникають, наприклад, внаслідок припинення вітру, який нагнав воду до берегів. Тому не випадково саме з Мексиканської затоки, куди пасати завжди наганяють велику кількість води, бере початок потужна стічна Флоридська течія, яка поступово переходить у Гольфстрім.

Близькими за походженням до стічних течій є стокові (гравітаційні), які утворюються в результаті нахилу рівня води, зумовленого приносом річних вод, випаданням атмосферних опадів або випаровуванням. Вони формуються в морях і океанах під дією сили тяжіння і мають, особливо в помірних і полярних широтах, певні сезонні особливості, які пов'язані із зміною кількості опадів і особливостями водного режиму рік.

Окрему групу утворюють густинні течії, які виникають між акваторіями з різною густиною води. Відмінності в густині визначаються несхожістю температури або солоності, або тим і іншим разом. Наприклад, води Середземного моря більш солоні, а рівень моря дещо нижчий, ніж в Атлантиці. Тому через Гібралтарську протоку з Атлантики до Середземного моря рухаються по поверхні більш легкі води, а по дну з моря до океану через ту саму протоку — більш важкі. Течії аналогічного походження є між Чорним, Мармуровим і Середземним, а також Балтійським і Північним морями.

Густинні течії існують не тільки між різними морями, а і в межах окремих акваторій, а також у Світовому океані в цілому. Найбільш загальні закономірності розподілу густини води на поверхні океану наступні: вона збільшується від екватора до 50—60° широти. Це пов'язано з тим, що головна роль у формуванні густини води при порівняно високій температурі належить саме останній, в результаті інтенсивного випаровування води густина дещо зменшується у більш високих північних широтах внаслідок зменшення солоності.

Оскільки в екваторіальній області Світового океану густина води менша, то її питомий об'єм більший, ніж у полярних областях. Тому рівень води біля екватора трохи вищий, ніж у високих широтах. Це змушує води рухатися в сторону нахилу, тобто від екватора до полюсів. У високих широтах внаслідок охолодження вод розвивається вертикальна циркуляція (конвекція), що приводить до опускання холодних вод і переміщення їх у глибинних шарах до екватора. Важливим є поділ океанічних течій з точки зору їх кліматичної ролі. Теплими вважаються течії, які приносять воду більш теплу, ніж вода того району, куди вони заходять. Як правило, це течії, які рухаються з низьких широт у високі. Холодні течії — це ті, в яких температура води нижча, ніж температура води того району, куди вони заходять. Холодні течії завжди рухаються в напрямі від полюсів до екватора. Такими є, наприклад, Лабрадорська, Каліфорнійська, Перуанська і Бенгальська течії.

Для характеристики основних напрямів руху вод у поверхневому шарі введено поняття загальної циркуляції гідросфери. Загальна циркуляція гідросфери Світового океану — це в основному шляхи горизонтального переміщення величезних мас вод за тривалий час. Цей глобальний рух морських вод здійснюється внаслідок дії вітру, перепадів атмосферного тиску, припливів і відпливів, змін рівня океану під дією стоку, опадів, випаровування, відмінностей в солоності і температурі вод тощо. Всі морські течії зазнають впливу сили Коріоліса, яка відхиляє їх вправо у Північній півкулі і вліво — в Південній.

Незважаючи на різні причини походження течій, істотні відмінності в температурі і несхожість за деякими гідрохімічними показниками, в загальній циркуляції вод трьох найбільших на Землі океанів проявляються певні закономірності. Так, пасатні течії беруть початок в області постійних вітрів. Течії в кожному океані, крім Індійського, утворюють по два замкнених кільця, які оточують області субтропічних максимумів. При цьому рух вод в кільцях Північної півкулі здійснюється за годинниковою стрілкою, а Південної — навпаки. В Індійському океані добре розвинене тільки південне кільце океанічної циркуляції.

У субантарктичних водах переважаючі західні вітри утворюють найпотужнішу течію Світового океану — течію Західних Вітрів, яка єдиним рухомим поясом охоплює всю земну кулю. За рік вона переносить у 200 разів більше води, ніж усі річки планети. Через часту штормову погоду і величезні океанічні хвилі висотою до 26 м ці широти вважаються найбільш неспокійними в океані. Вони мають назву "ревучих сорокових широт" і "несамовитих п'ятдесятих широт". І нині ці широти є суворим випробуванням для морських мандрівників.

Крім горизонтальних рухів водних мас в океанах є й вертикальні переміщення. Вони відбуваються, наприклад, внаслідок конвекції, зумовленої відмінностями в густині вод, або внаслідок апвелінгу — "здування" поверхневих вод від берега тривалими постійними вітрами. На заміну їм з глибини здіймаються більш холодні води.

У відкритому океані вертикальні рухи води досить часто виникають внаслідок явищ конвергенції та дивергенції. У місцях конвергенції відбувається сходження поверхневих вод. Накопичення вод спричиняє їх опускання. Конвергенція має місце, наприклад, в центральних зонах субтропічних антициклональних кругообігів, куди морські течії постійно наганяють надлишок води. Дивергенція — явище протилежне, коли відбувається розходження вод, що спричинює підняття глибинних вод на поверхню. Дивергенція найкраще виражена в циклональних системах кругообігів помірних широт та поблизу екватора на межі пасатних течій з екваторіальними протитечіями.

Отже, вся величезна маса води океанів перебуває в постійному русі, особливо в поверхневих шарах. Ці рухи води супроводжуються постійним перерозподілом енергії та речовини в географічній оболонці.

На основі викладеного можна бачити наскільки багатогранні і складні процеси протікають у Світовому океані, як тісно пов'язана циркуляція його вод з атмосферними процесами, а також із твердою оболонкою — дном, берегом і суходолом. Океан дає початок кругообігам води в атмосфері, він же завершує їх, приймаючи до себе перероблену на суші воду у вигляді материкового стоку або повернену з атмосфери у вигляді опадів.