ВОДА И СУША. СХВАТКА ДВУХ СТИХИЙ

Очередной подъем уровня Мирового океана уже начался. Предполагается, что в течение столетия он возрастет на один метр. Ждать катастрофы или попытаться предупредить ее?

ТЕПЛО, ХОЛОДНО, ТЕПЛО…

Возраст нашей планеты наука определяет в 4,6 миллиарда лет. Древнейшим из найденных учеными камней — уже образовавшимся минералам — около 4-х миллиардов лет. Первая ледниковая эра на Земле наступила около 2,5 миллиарда лет назад. Потом были вторая, третья, четвертая. Каждая из них длилась от нескольких десятков до 200 миллионов лет. Ледниковья чередовались с не менее продолжительными полосами теплого климата. Ледниковая эра состояла из нескольких периодов длиной в миллионы лет, периоды, в свою очередь, дробились на ледниковые эпохи. Последняя из них продолжалась около 100 тысяч лет и закончилась 25 тысяч лет назад.

Средняя температура на Земле во времена ледниковий была на 6-7°С ниже, чем в теплые периоды. Большая часть материков (в полярных, приполярных и умеренных широтах) покрывалась толстым ледяным панцирем, возникали обширные зоны вечномерзлых грунтов.

И каждый раз все это сопровождалось весьма существенным понижением уровня Мирового океана. Иногда он понижался на 100-125 метров. На образование гигантских ледяных панцирей, покрывавших материки и мелководные моря, воду давали океаны, их испарения.

Когда ледниковья сменялись периодами межледниковий, повышалась температура воздуха, оледенения почти полностью или частично стаивали, зоны лесов, сначала хвойных, потом лиственных, продвигались далеко на север.

Нередко климат межледниковий был существенно теплее, чем нынешний. Например, в Европе на широте Вологды росли широколиственные деревья, теперь в этих местах — преимущественно хвойные леса. В Англии широко процветало виноградарство, а ныне там уцелели лишь немногие сорта виноградника. Около 40 миллионов лет назад климат Антарктиды (хотя она так же, как и теперь, находилась в районе Южного полюса) был умеренным, пятый континент покрывали леса.

Во все периоды глобальных потеплений уровень Мирового океана неизменно повышался.

За последние 2,5 миллиарда лет жизни нашей планеты общая продолжительность ледниковий (вместе с начальными фазами и временем постепенной деградации ледников) занимает почти столько же времени, сколько и теплое, безлёдное.

Причина возникновения и изменений оледенений Земли до сих пор не разгадана. То ли это какие-либо внешние явления космического порядка, то ли внутренние, планетные. Многие ученые склоняются к тому, что правильнее причины изменений климата и оледенений искать в процессах, происходящих на самой Земле.

Мы живем в межледниковый период. И сейчас, как это уже признают большинство специалистов, идет потепление атмосферы. За последний век средняя приземная температура воздуха повысилась на 0,55°С, а уровень океана поднялся (максимальная оценка) на 20 сантиметров. Ожидается, что в наступающем веке средняя приземная температура повысится на 1,5-4,5°С. Этот прирост относят за счет парникового эффекта, вызванного антропогенными загрязнениями.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Северное море. Шторм во время прилива. Еще в средние века здесь была насыпана дамба. После этого прекратился размыв берегов.

Море уже теперь грозит поглотить многие островные поселки.

Основные составляющие, за счет которых, как предполагается, будет происходить подъем среднего уровня Мирового океана в XXI веке. Минимальный сценарий — график А. Экстремальный сценарий — график Б.

Панорама гидротехнического сооружения в Нидерландах, введенного в строй в 1998 году.

Головная часть гидротехнического узла в разрезе.

Общий вид гидротехнического узла в Нидерландах, который сооружен при впадении в море рек Рейн, Маас и Шельда. Он защищает реки от проникновения в них соленой воды, дает спокойный выход в море речным водам и обеспечивает проход кораблям в море и обратно.

Карта западной части Нидерландов, отвоеванной у моря. Синей штриховкой обозначены территории, находящиеся ниже уровня моря. (Некоторые участки ниже моря на 7 метров. ) Красной линией обозначена граница земель, лежащих на 1 метр и выше над уровнем моря.

‹

›

ВЕЧНАЯ БИТВА

Расчеты изменения климата на ближайшие сто лет не дают ясного ответа — на сколько при этом поднимется уровень Мирового океана. Его подъем связан со многими причинами. И одна из наиболее существенных — сколь интенсивно будут таять льды Антарктиды, поставляя воду в океан. А мнения самые разные. Есть, например, такое: ледяной щит Антарктиды при глобальном росте температур будет не таять, а расти. Сторонники этой гипотезы предполагают, что температура атмосферы над пятым континентом, сохраняющая даже в летние месяцы отрицательное значение, будет так сильно охлаждать насыщенный водяными парами воздух, что над материком начнутся бесконечные снегопады. И тогда окажется, что Антарктида способствует не приросту уровня океана, а его понижению. Но, скорее всего, это будет компенсировано притоком воды от таяния других ледников. На диаграммах А и Б показаны две группы факторов, определяющих пополнение водной оболочки планеты.

Судя по приведенным на стр. 46 диаграммам, подъем уровня Мирового океана в ближайшие сто лет ожидается на 10-20 сантиметров, а может, и на 4 метра. Большинство ученых склоняются к тому, что прирост уровня воды в Мировом океане к 2025 году составит 25 сантиметров, к 2050-му — 50 сантиметров, а к концу века — 1 метр.

Все эти расчеты осложняются еще и тем, что часть материков, например Северная Германия, опускается, а другие, как Скандинавия, — неуклонно и довольно быстро «всплывают».

Карта народонаселения планеты говорит, что 40 процентов человечества живет поблизости от берегов Мирового океана и морей. Даже средняя цифра подъема воды к 2050 году — 48 сантиметров — означает, что число людей, живущих в возросшем районе действия океана к середине XXI века значительно увеличится.

Суша будет убывать не только в низменных местах. Высокие берега тоже отступят под натиском океана. Какой же механизм здесь действует?

Сначала познакомимся с тем, как живет берег при неизменном уровне моря. Зимой море чаще штормит, на сушу накатываются крупные сильные волны. Всюду, куда проникают волны, даже брызги, происходит размывание береговой породы. При откате вода уносит с собой в море измельченный прибоем материал: песок, мелкую гальку. Уносит недалеко, примерно туда, где начинают расти волны прибоя. С приходом лета меняется направление ветров, море становится спокойнее, и оно выбрасывает песок из-под воды снова на пляж.

Но вот уровень воды в море поднялся. Удары волн приходятся теперь уже на более высокую линию берега. Он станет сильнее размываться, возрастет количество песка, увлекаемого откатывающейся водой в подводную часть. Из-за того, что уровень воды вырос, летний прибой уже не в состоянии вернуть на пляж весь смытый с него за зиму песок. Берег немного отступит в сторону суши. Так будет происходить из года в год, пока остается высокий уровень моря. Таков закон в борьбе океана с сушей.

Комиссия по береговым обстановкам (это один из отделов Международного географического союза) пришла к заключению: более 70 процентов берегов, ранее нараставших за счет материала, принесенного морем, теперь начнут отступать в глубь суши со скоростью 10 сантиметров в год, около 20 процентов песчано-галечных берегов — со скоростью 1 метр в год.

И это еще не все. Самые большие неприятности принесет не столько сам подъем уровня океана, сколько связанные с ним приливы и штормы. И чем выше будет подниматься температура воды и воздуха, тем яростнее станут бушевать воздушная и водная стихии.

ОТСТУПАТЬ ИЛИ ЗАЩИЩАТЬСЯ?

Чтобы отстоять нынешние берега, противостоять прогнозируемому подъему вод в 1 метр, население земного шара должно построить немалое количество защитных сооружений. Подсчитано, что они обойдутся примерно в 1000 миллиардов долларов. Если этого не сделать, то Нидерланды, например, потеряют в наступающем веке 6 процентов своей суши. Через устья крупных рек соленые воды океана проникнут далеко в глубь материков, отчего пострадает прежде всего сельское хозяйство. В тяжелейшем положении окажется Бангладеш. Эта плоская страна при подъеме уровня воды на 1 метр потеряет 25000 квадратных километров своей плодородной земли. В густонаселенной и бедной стране в трагическом положении окажутся миллионы людей.

У них нет денег, чтобы возвести защитные дамбы. Уже сейчас в прибрежных районах, страдающих от штормовых нагонов воды из Бенгальского залива, крестьяне насыпают холмы, на которых пытаются спастись сами и спасти свой скот.

Чрезвычайно мрачные перспективы у островных государств. Земли многих из них возвышаются над водой всего на какие-то метры. Например, низменные коралловые Маршалловы острова в Тихом океане будут затоплены на 4/5 своей площади, а иные острова и вовсе исчезнут.

Поднимающееся и все теплеющее южное море грозит гибелью коралловым рифам. Кораллы не могут развиваться ни на больших глубинах, ни при температуре выше 37°С. А в нынешних южных водах уже сейчас теплее. Погибнут коралловые рифы, окружающие острова, — откроется путь мощным океанским волнам к берегам островов. Жители Мальдивских островов уже сейчас отчаянно борются, стараясь защитить свои кораллы. Даже принят закон, запрещающий туристам выламывать их.

Специалистам ясно, что более 20 густонаселенных прибрежных районов планеты в ближайшее время будут нуждаться в мощных гидротехнических сооружениях, которые если и не устранят грядущие катастрофы, то все же значительно уменьшат урон, который принесет растущий уровень вод океана.

О том, как много значат подобные защитные сооружения, можно судить на примере Нидерландов. С помощью сложной техники и щедрых финансовых вливаний страна уже давно отвоевала у моря изрядный кусок дна, превратив его в плодородную землю. Но в 1953 году во время сильнейшего шторма воды Атлантического океана прорвались через старые плотины и хлынули в глубь страны. Ущерб был нанесен огромный. Погибли 1800 человек.

После этого был выдвинут план объединить дельты Рейна, Мааса и Шельды и урегулировать связь рек с океаном. Спроектирована система широких каналов, плотин и шлюзов так, чтобы не было помех ни океанскому приливу, ни течению рек, ни судоходству. Интересно решена конструкция створок плотины, отделяющей воды океана от речных вод. Эти створки не распахиваются, как ворота, что мы видим обычно на шлюзах. Здесь — иная система: полуцилиндры, качающиеся в вертикальной плоскости. Такое устройство можно сравнить с забралом, которое рыцарь опускал на шлем перед боем, защищая лицо. Для выравнивания уровня вод предусмотрены шлюзы и мощные насосы. Весь комплекс работ был завершен в 1998 году. Нидерланды показали образцовый пример решения очень сложной гидротехнической проблемы.

К сожалению, нередко бывает и иначе: строительная деятельность человека приносит не успех, а огромный вред, если без глубоких знаний люди вмешиваются в отлаженные природные процессы. И примеров этому, увы, — немало.

Каменный, или, как говорят специалисты, обломочный, материал — основа прочных береговых систем. Поступает он из устьев рек, преимущественно горных, которые вместе с водой гонят к морю тысячи тонн камней. В верховьях камни крупные, но затем, на подходе к устью, они измельчаются в гальку. Главное направление ветров на побережье определяет направление ударов волн и, следовательно, движения галечно-песчаной массы. Так было всегда. Но лишь до тех пор, пока на речках, впадающих в озера, моря и океаны, не начали ставить плотины и гидроэлектростанции. Они перекрыли поступление каменного материала из русла рек в большие водоемы. В результате вместо галечных и песчаных пляжей — голые скалы. Выдвинутые в море инженерные сооружения (дамбы, волнорезы, порты) тоже затрудняют движение песчано-галечного материала вдоль берегов. Например, сооруженный на Черном море порт в Поти стал препятствием каменному потоку, двигающемуся на юго-восток. Через короткое время за портом, южнее его, оказалась размытой полоса суши шириной 900 метров. Другой пример. Когда была построена Асуанская плотина, ил не стал доходить до дельты Нила. Берега там начали размываться и отступать со скоростью до 40 метров в год.

КАК ПОВЕДЕТ СЕБЯ ОКЕАН, СКОВАННЫЙ ЛЬДОМ?

Протяженность морской береговой линии России примерно 60 тысяч километров. Двенадцать морей, омывающих наши берега, находятся в самых разных физико-географических условиях. И ожидаемые изменения их береговых зон тоже будут совсем не одинаковыми.

Мы коснемся лишь наших арктических морей. Их побережье составляет 2/3 всех морских границ России, а специфические особенности требуют и особо серьезного изучения, и постоянного наблюдения, наверное, больше, чем где-либо на других морях.

На западе наше арктическое побережье начинается от Кольского полуострова. Здесь берега носят фиордовый характер — горное побережье, изрезанное глубокими ущельями. Подъем уровня океана на этих скалистых берегах вряд ли может иметь какие-либо катастрофические последствия. Такие же фиордовые скалы защитят сушу на многих отрезках побережья Новой Земли и Земли Франца-Иосифа. Устоит, вероятно, и полуостров Таймыр: его берега тоже сложены достаточно твердыми породами. А вот судьба побережий морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского вызывает серьезные опасения.

Подводный береговой склон Ледовитого океана характерен малыми уклонами, но там господствуют довольно сильные ветры, зарождающиеся на северо-западе Атлантического океана. Поэтому, несмотря на низкий, пологий берег, высота ветровых нагонов воды на этих берегах составляет 2,5-3 метра. Эти волны выглаживают береговой рельеф, и ширина пляжей там достигает 25 километров. Такие условия, как мы уже говорили, смягчают атаки наступающего моря. И все же в настоящее время скорость размыва коренных участков побережья в этих местах достигает 20-40 сантиметров в год, а если на побережье много льдов и морских отложений, то море уже наступает со скоростью 2-4 метра в год. Берега моря Лаптевых отодвигаются в глубь континента еще быстрее — 4-6 метров в год. Цифры взяты из сводок наблюдений, проведенных нашими исследователями за последние годы в Арктике.

О том, что ожидает эти берега в будущем, пока строятся лишь прогнозы. И они неутешительные. Побережья морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского — приморские равнины, сложенные сильнольдистыми песчано-суглинистыми породами. Они подвержены сезонному промерзанию и протаиванию. И есть примеры исключительно быстрого наступления морских вод на полярные берега такого типа. Например, море Лаптевых на некоторых участках продвигается на юг со скоростью 10-12 и даже 40 метров в год.

Потепление климата скажется на состоянии многолетней мерзлоты, играющей в грунтах роль прочного каркаса. Берега, обращенные на юг, размываются уже в наши дни со скоростью 40-50 метров в год.

Вся острота проблемы, связанной с повышением уровня океана, была оценена сравнительно недавно, когда стало очевидным, что резкие перемены в земном климате действительно происходят. Но нельзя сказать, что природа захватила науку врасплох. Взаимодействие воды и суши у берегов разного типа уже многие годы изучают и западные, и российские специалисты. Советские, российские ученые сделали много в этой области. Мировую известность получила школа исследователей береговой зоны морей, создателем которой был ныне покойный академик В. П. Зенкович (см. «Наука и жизнь» № 8, 1966 г.; № 7, 1968 г.; №№ 3 и 12, 1970 г.). Им были заложены основы учения о развитии морских берегов. Им же разработана классификация берегов океана для «Морского атласа» (1953 г.). Академик В. В. Шулейкин много лет посвятил своему основному труду по теории взаимодействия Мирового океана, атмосферы и материков (см. «Наука и жизнь» № 8, 1972 г. ). Теперь эти направления в океанологии продолжают их ученики.

Истинный подарок исследователям береговых процессов недавно преподнесла сама природа. Объектом исследований стало Каспийское море.

Сложные геотектонические процессы в период 1928-1977 годов способствовали значительному понижению уровня моря. Его поверхность за эти годы упала на 3 метра. Сначала многие решили, что все связано с Волгой: из-за водохранилищ, сооруженных на ней, в Каспий стало поступать меньше воды. Но в начале 80-х годов, хотя водохранилища при ГЭС никак не были усовершенствованы, уровень воды в Каспии начал подниматься и довольно заметно: по 12-15 сантиметров в год. За 20 лет подъем составил 2 метра. Дело выглядело так, будто природа специально решила помочь ученым разобраться в береговых процессах, связанных с подъемом уровня моря. Конечно, не все типы побережий представлены в этой природной модели, но спасибо природе и за эти уроки. Она нам преподнесла азбуку, а, как говорится, азбука — к мудрости ступенька.

Автор и редакция благодарят посольство Нидерландов за участие в подборке материалов.

ЛИТЕРАТУРА

О проблемах, затронутых в статье, читайте журнал «Наука и жизнь»:

Зенкович В. П. Дельта Нила нуждается в защите. — № 12, 1970.

Как лечить пляж Пицунды? — № 3, 1970.

На коралловом рифе. — № 8, 1966.

На рубеже земли и моря. — № 5, 1963.

Победить море можно. — № 7, 1968.

Шулейкин В. В. Ветровая волна в океане и в лаборатории. — № 8, 1972.

Соленость вод Мирового океана

Главным признаком, отличающим воды Мирового океана от вод суши, является их высокая соленость. Количество граммов веществ, растворенных в 1 литре воды, называют соленостью.

Морская вода — это раствор 44 химических элементов, но первостепенную роль в ней играют соли. Поваренная соль придает воде соленый вкус, а магниевая — горький. Соленость выражается в промилле (%о). Это тысячная доля числа. В литре океанической воды растворено в среднем 35 граммов различных веществ, значит, соленость будет 35%о.

Количество солей, растворенных в Мировом океане, будет примерно 49,2 • 10 тонн. Для того чтобы наглядно представить себе, насколько велика эта масса, можно привести следующее сравнение. Если всю морскую соль в сухом виде распределить по поверхности всей суши, то та окажется покрытой слоем толщиной в 150 м.

Соленость вод океана не везде одинакова. На величину солености влияют следующие процессы:

• испарение воды. При этом процессе соли с водой не испаряются;
• льдообразование;
• выпадение атмосферных осадков, понижающих соленость;
• сток речных вод. Соленость вод океана у материков значительно меньше, чем в центре океана, так как воды рек опресняют ее;
• таяние льдов.

Такие процессы, как испарение и льдообразование, способствуют повышению солености, а выпадение осадков, сток речных вод, таяние льдов понижают ее. Главную роль в изменении солености играют испарение и выпадение атмосферных осадков. Поэтому соленость поверхностных слоев океана, так же как и температура, зависит от климатических условий, связанных с широтой.

Соленость Красного моря — 42%о. Это объясняется тем, что в это море не впадает ни одной реки, атмосферных осадков здесь выпадает очень мало (тропики), испарение воды от сильного нагрева солнцем очень большое. Вода испаряется из моря, а соль остается. Соленость Балтийского моря не выше 1%о. Это объясняется тем, что это море находится в климатическом поясе, где меньше испарение, но выпадает больше осадков. Однако общая картина может нарушаться течениями. Это особенно хорошо заметно на примере Гольфстрима — одного из самых мощных течений в океане, ветви которого, проникая далеко в Северный Ледовитый океан (соленость 10-11%о), несут воды с соленостью до 35%0. Обратное явление наблюдается у берегов Северной Америки, где под воздействием холодного арктического течения, например Лабрадорского, понижается соленость воды у берегов.

Соленость глубинной части океана в целом практически постоянна. Здесь отдельные слои воды с различной соленостью могут чередоваться по глубине в зависимости от их плотности.

Воды, соленость которых не превышает 1%о, называются пресными.

Температура вод Мирового океана

Сохранение и рациональное использование океанов, морей и морских ресурсов в интересах устойчивого развития — Устойчивое развитие

Океан определяет действие глобальных систем, которые делают Землю пригодной для жизни человечества. Наша дождевая и питьевая вода, погода, климат, береговые линии, большая часть нашей пищи и даже кислород в воздухе, которым мы дышим, – все в конечном счете предоставляется и регулируется морем. Рациональное использование этого важнейшего глобального ресурса является залогом устойчивого будущего. Однако в настоящее время происходит постоянное ухудшение состояния прибрежных вод в результате загрязнения, а закисление океана оказывает неблагоприятное воздействие на функционирование экосистем и биологическое разнообразие. Это также негативно влияет на мелкие хозяйства, занимающиеся рыбным промыслом.

Спасение нашего океана должно оставаться приоритетной задачей. Биологическое разнообразие морской среды имеет решающее значение для здоровья людей и нашей планеты. Охраняемые районы морей должны эффективно управляться и иметь достаточные ресурсы, и должны быть приняты нормативные акты для сокращения перелова, загрязнения морской среды и закисления океана.

Ответные меры в связи с COVID-19

Сохранение океана и меры в этой связи не должны прекращаться, пока мы боремся с пандемией COVID-19. Нам необходимо искать долгосрочные решения для обеспечения здоровья нашей планеты в целом. Наши жизни зависят от здоровья нашей планеты. Здоровье океана тесно связано с нашим здоровьем. По мнению ЮНЕСКО, океан может стать союзником в борьбе против COVID-19: бактерии, обнаруженные в глубинах океана, используются для проведения экспресс-тестирования в целях определения наличия COVID-19. А разнообразие видов, обнаруживаемых в океане, открывает большие перспективы в плане разработки фармацевтических препаратов. Пандемия предлагает возможность возродить океан и начать строить устойчивую экономику океана.

В докладе Экономической и социальной комиссии Организации Объединенных Наций для Азии и Тихого океана говорится о том, что временное прекращение деятельности, а также сокращение масштабов передвижения людей и потребностей в ресурсах из-за пандемии COVID-19 могут дать морской среде столь необходимую для нее передышку и позволить ей начать восстанавливаться. Конференция ООН по океану, первоначально запланированная на июнь 2020 года, была перенесена на более позднюю дату (которая будет определена позднее) из-за пандемии COVID-19.

Режим тепла и света Мирового океана

Единственным, имеющим практическое значение источником, управляющим световым и тепловым режимом водоёмов, является солнце.

Если солнечные лучи, упавшие на поверхность воды, частью отражаются, частью расходуются на испарение воды и освещение того слоя, куда они проникают, а частью поглощаются, то очевидно, что нагревание поверхностного слоя воды происходит только за счёт поглощённой части солнечной энергии.

Не менее очевидно, что законы распределения тепла на поверхности Мирового океана те же самые, что и законы распределения тепла на поверхности континентов. Частные различия объясняются высокой теплоёмкостью воды и большей однородностью воды по сравнению с сушей.

В северном полушарии Мировой океан теплее, чем в южном, потому что в южном полушарии меньше суши, которая сильно нагревает атмосферу, а также открыт широкий доступ к холодной антарктической области; в северном полушарии суши больше, и полярные моря более или менее изолированы. Термический экватор воды находится в северном полушарии. Температуры закономерно убывают от экватора к полюсам.

Средняя температура поверхности всего Мирового океана равна 17°,4, т. е. превышает на 3° среднюю температуру воздуха на земном шаре. Высокая теплоёмкость воды и турбулентное перемешивание объясняют наличие больших запасов тепла в Мировом океане. Для пресной воды она равна I, для морской (солёностью в 35‰) немного меньше, а именно 0,932. В среднем годовом выводе самым тёплым океаном является Тихий (19°,1), затем Индийский (17°) и Атлантический (16°,9).

Колебания температур на поверхности Мирового океана неизмеримо меньше, чем колебания температуры воздуха над материками. Наименьшая достоверная температура, которая наблюдалась на поверхности океана, составляет —2°, наибольшая +36°. Таким образом, абсолютная амплитуда не более 38°. Что касается амплитуд средних температур, то они ещё уже. Суточные амплитуды не выходят за пределы 1°, а годовые амплитуды, характеризующие разность между средними температурами самого холодного и самого тёплого месяцев, колеблются от 1 до 15°. В северном полушарии для моря самый тёплый месяц — август, самый холодный — февраль; в южном полушарии наоборот.

По тепловым условиям в поверхностных слоях Мирового океана различают тропические воды, воды полярных областей и воды умеренных областей.

Тропические воды располагаются по обе стороны от экватора. Тут в верхних слоях температура никогда не опускается ниже 15—17°, а на больших пространствах вода имеет температуру 20—25° и даже 28°. Годовые колебания температур в среднем не превышают 2°.

Воды полярных областей (в северном полушарии их называют арктическими, в южном антарктическими) отличаются низкими температурами, обычно ниже 4—5°. Годовые амплитуды здесь тоже малы, как и в тропиках — всего 2—3°.

Воды умеренных областей занимают промежуточное положение — и территориально, и по своим некоторым особенностям. Часть их, расположенная в северном полушарии, получила название бореальной области, в южном — нотальной области. В бореальных водах годовые амплитуды достигают 10°, а в нотальной области вдвое меньше.

Передача тепла с поверхности «а глубины океана практически осуществляется только конвекцией, т. е. вертикальным движением воды, которое вызывается тем, что верхние слои оказались более плотными, чем нижние.

Распределение температуры по вертикали имеет свои особенности для полярных и для жарких и умеренных областей Мирового океана. Особенности эти можно в обобщённом виде суммировать в форме графика. Верхняя линия представляет вертикальное распределение температур под 3° ю. ш. и 31° з. д. в Атлантическом океане, т. е. служит примером вертикального распределения в тропических морях. Бросаются в глаза медленное понижение температуры в самом поверхностном слое, резкое падение температуры с глубины 50 м до глубины 800 м и затем вновь очень медленное падение с глубины 800 м и ниже: температура здесь почти не меняется, и притом она очень низкая (менее 4°). Эта неизменность температуры на больших глубинах объясняется полным покоем воды.

Нижняя линия представляет вертикальное распределение температур под 84° с. ш. и 80° в. д., т. е. служит примером вертикального распределения в полярных морях. Здесь характерно наличие тёплого слоя на глубине от 200 до 800 м, перекрываемого и подстилаемого толщами холодной воды с отрицательными температурами. Тёплые прослойки, обнаруживаемые и в Арктике, и в Антарктике, образовались в результате погружения вод, принесённых в полярные страны тёплыми течениями, потому что эти воды, вследствие своей более высокой солёности по сравнению с опреснёнными поверхностными слоями полярных морей, оказались плотнее и, следовательно, тяжелее местных полярных вод.

Короче говоря, в умеренных и тропических широтах происходит неуклонное уменьшение температуры с глубиной, только темпы этого уменьшения на разных интервалах различные: наименьшие вблизи самой поверхности и глубже 800—1000 м, наибольшие в промежутке между этими слоями. Для полярных морей, т. е. для Ледовитого океана и южного полярного пространства трёх остальных океанов, закономерность иная: верхний слой обладает низкими температурами; с глубиной эти температуры, повышаясь, образуют тёплую прослойку с положительными температурами, а под этим слоем вновь происходит понижение температур, с переходом их к отрицательным значениям.

Такова картина вертикального изменения температур в Мировом океане. Что же касается отдельных морей, то в них распределение температуры по вертикали нередко сильно уклоняется от тех схем, которые мы установили только что для Мирового океана.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Мир без Мальдив? Наступление океана нужно остановить, просят райские острова и ждут денег

На переднем краю борьбы с глобальным потеплением — маленькие страны, затерянные среди Мирового океана. Степень риска для них определяется площадью территории, численностью населения и особенно высотой над уровнем моря. Тонко настроенный баланс, созданный с участием природы, — под угрозой от любых перемен. В то время как воды океана прибывают, первыми в зону риска попадают острова. Но стоит ли понимать это буквально и действительно ли они опустятся на дно?

Глобальное подтопление

Слово премьер-министру государства Барбадос госпоже Мие Амор Моттли. «Мы жертвенные агнцы глобального потепления, — провозгласила она на климатическом саммите ООН в Глазго, завершившемся 13 ноября. — Это безнравственно, и это просто несправедливо […] Неужели все настолько ослепли, что не замечают криков человечества?». Повышение мировой температуры на два градуса (по сравнению с началом XIX века) политик называет черной меткой. «Это смертный приговор для жителей Антигуа и Барбуды, Мальдив, Доминиканских островов, [побережья] Кении и Мозамбика. Мы не хотим этого ужасающего вердикта. Мы прибыли сюда и говорим: сделайте еще что-нибудь, предпримите еще усилия».

На эту тему

Предложения Барбадоса — не в малой степени финансовые. Одна из беднейших наций в мире, островитяне просят денег. Часть из них пойдет на обслуживание долга (144% ВВП), другая на борьбу с ураганами и циклонами, усиление которых связывают с глобальным потеплением. Доля средств может быть потрачена на стены против моря — заградительные сооружения, чаще всего из песка, призванные защитить жилища человека от наступления воды. Такие бывают как государственными вокруг крупных городов, так и частными в защиту отдельных участков пляжа. 

В тихоокеанском государстве Тувалу к исчезновению в результате глобального потепления подходят с юридической серьезностью. Власти архипелага занимает проблема сохранения суверенитета в случае полного погружения островов под воду. И при худшем развитии событий тувалийцы хотят сохранить прежнее достояние — членство ООН, право на интернет-окончание TV (аренда стоит дорого) и территориальные воды, чтобы их не стали осваивать соседи. Тут возможны трудности. С точки зрения международного права вопрос о затонувших государствах не проработан, а значит, не исключены споры: не мудрено, ведь еще ни одной стране мира не случалось полностью опуститься на дно.

Министр иностранных дел Тувалу Саймон Кофе выразил настроения островитян в видеообращении к климатическому саммиту ООН в Глазго, снявшись вместе со своим помощником по колено в воде. Как утверждают островитяне, место было выбрано не случайно: несколько десятилетий назад там еще простиралась суша. Видеофайл с отчаянными призывами тувалийца вирусно разошелся по интернету. «Мы рассматриваем теперь самый худший из сценариев», — провозгласил Кофе.

Министр иностранных дел Тувалу Саймон Кофе (в центре) во время видеообращения к климатическому саммиту ООН в Глазго, 8 ноября 2021 года

© EYEPRESS via Reuters Connect

Мальдивские острова — страна, имеющая еще больше оснований для беспокойства, чем Тувалу. Популярный курорт сравнительно обеспечен деньгами, но образующие его острова находятся ниже всех в мире и, следовательно, очень близки к уровню океана. Теоретически они должны почувствовать на себе подъем вод первыми. Чтобы этого не случилось, мальдивцы с помощью японцев возвели искусственно приподнятый над пучиной атолл и соорудили защитную стену вокруг своей столицы — Мале. Опасности для не проживающих в ней островитян, правда, не убавилось. По крайней мере, так считают власти. Представитель Мальдив на климатической конференции в Глазго назвал глобальное потепление «экзистенциальной угрозой» для своего государства.

Море зовет?

С тревожным тоном выступлений островитян тем не менее  согласны далеко не все. Океанологи Оклендского университета в Новой Зеландии — не отрицатели глобального потепления. И все же выводы, к которым приходят карликовые государства, не встречают у ученых одобрения. 

Столица Мальдив Мале

© Carl Court/Getty Images

При детальном изучении проблемы становится ясно, что далеко не всегда к островам допустимо подходить с той же меркой, что и к суше. В отличие от литосферных плит, образующих континенты, основа некоторых выступов поверхности — буквально живая. Своим возникновением они обязаны коралловым рифам, а те, будучи наростами беспозвоночных полипов и водорослей, меняются в размерах и, в частности… время от времени растут. Детальное изучение островов Тувалу показало, что за четыре десятилетия, с 1970-х по 2013-й, архипелаг на деле не сократился, а увеличился в размерах на 18 га. При этом очертания и размеры отдельных островов непредсказуемо менялись. Поэтому, выступая по колено в воде, тувалийцы не погрешили против истины, но, возможно, сообщили ее не всю.

На эту тему

«Все еще немало неоправданных разговоров насчет того, что острова исчезнут по мере того, как поднимется уровень моря, но наши данные показывают, что их ожидает совсем другое будущее», — говорит один из руководителей новозеландского исследования Пол Кенч. Его совет тувалийцам: не подогревать панику, а сосредоточиться на адаптации к «изменчивой природе» своей коралловой земли. При некоторых обстоятельствах это может означать и эвакуацию жилищ, однако, как замечает профессор французского Университета Ла-Рошель Виржини Дюва, даже и резкое изменение условий не сулит неразрешимой проблемы. «В данный момент нет никаких оснований считать, что острова потонут. Но там, где береговая линия меняется чересчур быстро, жителям действительно уже приходилось переселяться в более стабильные места, да только дома все равно сооружены так, что не рассчитаны на долгое пребывание, и это позволяет людям переезжать сравнительно легко», — замечает она.

И Дюва, и Кенч не отрицают повышения уровня океана, поэтому их критические реплики относятся только к рифовым островам. Другие выступы суши, обычно вулканического происхождения, как Фиджи или Тонга, не смогут ответить на глобальное потепление симметрично — внутренним ростом. Однако они находятся выше над уровнем моря, поэтому с их стороны доносится гораздо меньше жалоб.

Весь покрытый зеленью…

Означает ли это, что просьбы бедных островитян остановить глобальное потепление (а заодно и помочь материально) обусловлены всего-навсего поиском выгоды? К такому выводу следует отнестись крайне осторожно. Повышение температуры на планете — комплексное явление, отражающееся не только на уровне океана. По мере того, как связи в экосистеме расстраиваются, с ними меняется и календарь природных явлений. В океане усиливаются циклоны и штормы. Для островов, лежащих низко над уровнем моря, разовый удар стихии может означать пусть и временное, но зато почти полное затопление. Стихийные бедствия (и это даже еще хуже) подтачивают рифы изнутри, лишая  геологические образования шанса продолжить свой рост наперекор воде. Острова вполне могут испытывать на себе воздействие глобального потепления, не погружаясь при этом на дно.

Другая сторона проблемы — заметное ухудшение качества жизни, следующее напрямую за ростом температур. Даже не затапливая острова в буквальном смысле, соленая океаническая вода пропитывает собой рифы, разрушая природные пресные источники. Одни из самых бедных на планете, карликовые государства не имеют средств для строительства станций по опреснению и вынуждены поступаться самым необходимым, адаптируясь к  условиям, меняющимся не в их пользу.

Резервуары с пресной водой на Мальдивах

© Carl Court/Getty Images

Кардинальный выход из этого положения нашло государство Кирибати. .. закупившее землю на соседних островах Фиджи. Большой массив, поросший лесом, зарезервирован на случай чрезвычайных климатических событий и к настоящему времени не обустроен. Однако сам факт крупномасштабной (по меркам местного бюджета) покупки уже говорит о многом.

Последняя дорога

Возможно, именно приобретение волевым решением чужой земли вдохновило жителя Кирибати Иоане Теитиоту на то, чтобы сделать нечто похожее, хотя и, в обратном смысле, а именно осознать себя первым в истории климатическим беженцем. В 2013 году островитянин оставил родину ради Новой Зеландии, где не стал скрываться, как нелегалы, а честно подал документы о признании себя потерпевшим. Жизнь на островах стала невозможной, объявил Теитиота, а сами они вообще не имеют будущего. Вердикт новозеландского суда — отрицательный. В праве на климатическую миграцию под угрозой затопления ему было отказано.

Атолл Абаианг, Кирибати

© Justin Mcmanus/The AGE/Fairfax Media via Getty Images

Неуступчивый кирибатец не сдался и отыскал инстанцию повыше — Комитет ООН по правам человека, где его дело рассмотрели в начале 2020 года международные эксперты.  Теитиота подготовился и изложил перед ними все аргументы, которые нашел: во-первых, перенаселение: из-за роста Мирового океана жители соседних островов в составе Кирибати испугались, перебрались на его родной остров, увеличив число его обитателей почти в 40 раз. Во-вторых, риски затопления: 10–15 лет, и самой Кирибати просто не станет, утверждал Теитиота.

В комиссии ООН в это снова не поверили, но формулировка итогового постановления все-таки оставляет место для двусмысленности. В международной организации настаивают, что климатическая миграция — важнейший вызов будущего, и только в прогнозировании судьбы островов стоит быть поосторожнее: скорее всего, они не затонут или, по крайней мере, многое зависит от них самих.

Компромиссная формулировка ООН показывает, что, хотя климатическая миграция потерпела тактическое поражение, о стратегическом говорить не приходится. Чем дальше, тем чаще ее станут использовать в качестве весомого аргумента, ссылаясь в том числе и на авторитет международных организаций. Дальнейшее можно представить. С моря на сушу и с юга на север направятся пострадавшие от глобального потепления переселенцы, отдельные из которых готовятся уже сейчас.

Игорь Гашков

 

 

Океан атакует: кого затопит в 21 веке?

Океан «подрастает»

Сейчас океан, судя по наблюдениям орбитальной космической группировки и береговым замерам, растет на 2-3 мм в год. Причины роста – две.

Первая – таяние материковых ледников. По словам заведующего кафедрой метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Александра Кислова, горные ледники отступают повсеместно. Ледовой шапки, например, уже лишилась Килиманджаро – высочайшая вершина Африки (5895 м). Еще недавно она стояла в ледяном «головном уборе».

Вторая причина подъема уровня Мирового океана – расширение воды в результате потепления климата (по законам физики нагретое тело расширяется). «Рост» океана к концу 21 века на 1 метр, как кажется с первого взгляда, – не самая высокая цифра. Особенно если учесть, к примеру, подъем уровня Каспия. С 1997 года Каспийское море «подросло» на 2,5 метра. Но это локальная проблема.

А вот подъем уровня Мирового океана в целом – это уже проблема глобальная, затрагивающая множество стран.

«Волны-убийцы»

За последние 60 лет, говорят океанологи, штормовые волны – «волны-убийцы» – становятся все выше. Следовательно, их разрушительный потенциал растет, особенно в Северной Атлантике и в северной части Тихого океана. С начала 21 века «волны-убийцы» подросли на 10-12 см. Пока зафиксированный максимум высоты штормовой волны – 34 метра. Между тем, уже 20-метровая «волна-убийца» крайне опасна, к примеру, для кораблей и буровых вышек.

По числу человеческих жертв наиболее страшны экстремальные взаимодействия атмосферы и океана – цунами, тайфуны и штормовые нагоны.

Волна цунами высотой 10 м намного опасней, чем штормовая волна высотой 20 м. Штормовые волны имеют меньшую длину и скорость по сравнению с цунами. К тому же они наносят по берегу разрозненные удары, каждый из которых попадает на небольшой участок берега. Волна цунами стремительно обрушивается на сушу монолитной стеной протяженностью в десятки километров. От мощных водяных масс гибнут люди, разрушаются береговые постройки и стоящие на рейде суда.

В 2004 году цунами в Индийском океане унесло жизни около 270 тыс. человек. Проводя пессимистические исторические параллели, океанологи вспоминают о затонувших цивилизациях. Так, цунами, спровоцированное извержением вулкана на острове Санторини, погубило Крито-минойскую цивилизацию.

Если говорить о тайфунах, вспоминается «Катрина», осенью 2005 года нанесшая удар по Новому Орлеану. Штормовые нагоны в устьях рек столь же катастрофичны – в Бангладеш в 1970 года такое явление погубило 300 тыс. человек.

Между тем, сейчас штормовая активность увеличивается даже в Арктике, так как растет открытый участок океана. Ведь прибрежные льды протаивают, говорят океанологи, и берег ежегодно отступает на 10-15 см.

«Перегражденная Нева обратно шла, гневна, бурлива, и затопляла острова…»

Петербург, переживший с момента основания 305 подъемов воды (страшнейшее наводнение 1824 года описано в «Медном Всаднике» Пушкина), – «чемпион Европы по заболачиванию, вместе с Венецией». Как отмечает главный научный сотрудник ФГУ НПП «Севморгео» Александр Рыбалко, даже при небольших наводнениях (а наводнение – это подъем уровня воды выше 150 см) размываются фундаменты зданий, вода скапливается в подвалах домов. Стихия наступает, и нужно строить сооружения, защищающие город даже от незначительных колебаний уровня воды, резюмирует он.

Строящийся с 1979 года Комплекс защитных сооружений (КЗС) Санкт-Петербурга от наводнений – с дамбами, водопропускными и судопропускными отверстиями – сам вполне способен вызвать нагонную волну, которая затопит обширные территории вдоль Финского залива в Петербурге и пригородах. Об этом предупреждает профессор Российского государственного гидрометеорологического университета Валерий Малинин.

КЗС тянется по Финскому заливу от Бронки до Сестрорецка, через остров Котлин, на котором находится Кронштадт. Если нагонная волна превысит 6 метров, «то разрушения будет трудно оценить в материальном исчислении», говорит ученый.

Природа будет и дальше мстить человеку

Все это пока только прогнозы. Океанологи продолжают дорогостоящие и сложные исследования – автономные (это 4 тыс. буйков в Мировом океане, работающих на солнечных батареях) и спутниковые, а также экспедиции на океанологических судах («Академик Иоффе», «Мстислав Келдыш» и «Академик Сергей Вавилов»). Так или иначе, ведя постоянный мониторинг поведения океана, ученые отмечают, что замедлить процесс подъема уровня Мирового океана едва ли возможно.

Климатическая система океана инерционна, а так как масштабные выбросы CO2 продолжают разогревать атмосферу (за последние сто лет средняя температура на Земле повысилась на 0,76 градуса по Цельсию), то и вода продолжает расширяться. А значит, уровень Мирового океана так и будет расти.

Вывод ученых однозначен: человечеству пора адаптироваться к новым реалиям и строить защитные сооружения, обороняясь от «атак» океана.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Семь графиков, объясняющих, почему пластик в океане — это плохо

12 декабря 2017

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

За 60-70 лет человечество произвело больше 8 млрд тонн различных пластиков, большая часть которых все еще существует на планете.

ООН предупреждает, что морская флора и фауна находятся под угрозой из-за миллионов тонн пластика, которые ежегодно попадают в мировой океан.

«Это кризис планетарного масштаба. Мы разрушаем экосистему океана», — сказала в интервью Би-би-си Лиза Свенссон, глава программы «ООН-Океаны».

Но почему так происходит? Какой вред несет пластик и где ситуация опаснее всего?

Пластик в том виде, в котором мы его знаем, существует всего 60-70 лет. Но за это время он изменил все: от одежды и готовки до дизайна, инженерии и торговли.

Главное достоинство многих видов пластика заключается в том, что они очень долговечны.

Практически весь произведенный пластик все еще существует в той или иной форме.

В июле в научном журнале Science Advances была опубликована статья доктора Роланда Греера, специалиста по промышленной экологии из университета Калифорнии в Санта-Барбаре.

Вместе с коллегами он подсчитал, что всего в мире было произведено 8,3 млрд тонн пластика.

Из них примерно 6,3 млрд тонн теперь мусор, 79% которого находится на свалке или в окружающей среде.

Огромное количество отходов возникает из-за стандартов современной жизни, которая подразумевает частое использование одноразовых товаров. Туда входят, например, бутылки для воды, подгузники, пластиковая посуда и ватные палочки.

Бутылки из-под питьевой воды — самый распространенный вид пластиковых отходов. В 2016 году по всему миру было продано около 480 млрд бутылок, это по миллиону бутылок в минуту.

Из них 110 млрд приходится на долю компании «Кока-Кола».

Некоторые страны ищут способы уменьшить потребление пластиковой тары. Инициативы в Великобритании включают систему сдачи использованных бутылок, а также улучшение качества питьевой воды в больших городах, включая Лондон.

По приблизительным оценкам, ежегодно около 10 млн тонн пластиковых отходов оказывается в океане.

В 2010 году ученые из Национального центра экологического анализа и синтеза и университета Джорджии оценили объем отходов в 8 млн тонн. По их прогнозу, к 2015 году эта цифра должна была увеличиться до 9,1 млн тонн.

Аналогичное исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Science в 2015 году, охватывало 192 государства с выходом к морю, которые, при этом, производят пластиковые отходы.

Результаты показали, что из 20 стран с самым большим количеством пластикового мусора, 13 — это азиатские государства.

Китай возглавил список стран, которые не занимаются вопросом переработки пластика. В двадцатке худших также оказались США с самым большим количеством отходов на душу населения.

Пластик скапливается в тех участках океана, где ветры провоцируют появление воронок, засасывающих любой плавающий мусор.

В мире существует пять таких воронок, самая известная — воронка в северной части Тихого океана.

Чтобы попасть в эту воронку, мусор примерно шесть лет дрейфует от побережья США и год от берегов Японии.

Количество мусора, который собирается в воронках, по концентрации превышает любой другой участок океана.

Воронки засасывают мельчайшие фрагменты пластика, которые как бы подвешены под поверхностью воды. Этот феномен получил название «суп из пластика».

Долговечность большинства пластиков может привести к тому, что для полного разложения такому мусору потребуются сотни лет.

Очисткой тихоокеанской воронки намерена заняться некоммерческая организация Ocean Cleanup. Начало работ намечено на 2018 год.

Насколько критична ситуация в Великобритании?

Фонд Marine Conservation Society собрал около 718 единиц мусора с каждых ста метров на побережье во время акции «Великая британская уборка пляжей». По сравнению с прошлым годом количество отходов выросло на 10%.

По данным фонда, не менее 20% мусора — это отходы от упаковки еды и напитков.

Происхождение большого количества отходов сложно определить, однако 30% точно дело рук человека. Отходы, которые смывают в унитаз вместо того, чтобы выкидывать в баки, составляют еще 8,5%.

Почему пластик так опасен для морских обитателей?

Для птиц, черепах, дельфинов и морских котиков основная опасность заключается в том, что они могут запутаться в пластиковых пакетах или принять отходы за пищу.

Черепахи не отличают полиэтиленовые пакеты от медуз, которые могут входить в их рацион. Попадая в организм, полиэтилен приводит к смерти животного.

Более крупные фрагменты могут навредить системе питания морских птиц и китов, для которых пластик также может стать смертельным.

С течением времени отходы постепенно разрушаются, распадаясь на множество мелких фрагментов. И это тоже беспокоит ученых.

Недавнее исследование Плимутского университета показало, что частицы пластика были обнаружены в трети всей рыбы, выловленной в Великобритании, включая треску, пикшу, скумбрию и моллюсков.

Это может привести к тому, что рыба будет недоедать или голодать. Кроме того, вместе с рыбой пластик может попасть в организм человека.

О том, к чему может привести потребление рыбы, содержащей частицы пластика, почти ничего не известно.

Тем не менее, в 2016 году Европейское агентство по безопасности продуктов питания предупредило о возросшем риске, связанном с возможным содержанием пластика в рыбе.

Океаны, моря и круговорот воды

• Школа водных наук ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА • Круговорот воды •

Компоненты водного цикла »Атмосфера · Конденсация · Испарение · Evapotranspirate · avapotranspient · пресноводные озера и реки · Склад подземных вод · Хранение подземных вод · Ice и Snow · Infiltration · Океаны   ·   Осадки ·   Снеготаяние ·   Родники ·   Речной сток ·   Сублимация ·   Поверхность ·  

Океан как (огромное) хранилище воды

Океаны содержат подавляющее большинство всей воды на Земле.

Круговорот воды звучит так, как будто он описывает движение воды над Землей, на ней и сквозь нее. .. и это так. Но на самом деле гораздо больше воды находится «в запасе» в течение длительных периодов времени, чем фактически движется по круговороту. Хранилищем подавляющего большинства всей воды на Земле являются океаны. Подсчитано, что из 332 500 000 кубических миль (ми ³ ) (1 386 000 000 кубических километров (км ³ )) мировых запасов воды около 321 000 000 миль ³ (1 338 000 000 км 9 0Это примерно 96,5 процента от всей воды Земли . Также подсчитано, что океаны поставляют около 90 процентов испаряемой воды, которая входит в круговорот воды.

Вода в океанах соленая (соленая вода), но что мы подразумеваем под «соленой водой»? Соленая вода содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей. В этом случае концентрация представляет собой количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm).Вода считается соленой, если в ней содержится более 1000 частей на миллион растворенных солей; океанская вода содержит около 35 000 частей на миллион соли.

 

Объем океанов меняется… медленно

Конечно, ничто, связанное с круговоротом воды, не является постоянным, даже количество воды в океанах. За «краткосрочную перспективу» сотен лет объемы океанов не сильно меняются. Но количество воды в океанах действительно меняется в долгосрочной перспективе. Во время последнего ледникового периода уровень моря был ниже, что позволило людям перейти в Северную Америку из Азии через Берингов пролив (ныне под водой).

В более холодные климатические периоды формируются более ледяных шапок и ледников, и в виде льда накапливается достаточное количество воды в мире, чтобы уменьшить ее количество в других частях круговорота воды. Обратное верно в теплые периоды. Во время последнего ледникового периода ледника покрывали почти одну треть земной суши, в результате чего океаны были примерно на 400 футов (122 метра) ниже, чем сегодня. Во время последнего глобального «теплого периода», около 125 000 лет назад, размеры морей составляли около 18 футов (5,5 м). 5. метров) выше, чем сейчас. Около трех миллионов лет назад океаны могли быть на 165 футов (50 метров) выше.

 

Океаны в движении: приливы

Конечно, океаны всегда в движении. Луна влияет на ежедневные приливы, что делает пляж более интересным местом для прогулок. Приливы сильно различаются по всему миру, а в некоторых местах могут быть довольно драматичными. Самые высокие приливы происходят в замкнутых эстуариях, таких как залив Фанди, Новая Шотландия, Канада, залив Унгава, Квебек и Бристольский пролив в Великобритании.В заливе Фанди максимальные приливы достигают 53 футов (16 метров) в определенное время года (залив Фанди, Ком).

 

Океаны в движении: «Реки» в океанах

Если вас когда-либо укачивало (надеемся, что нет), то вы знаете, что океан никогда не бывает спокойным. Вы можете подумать, что вода в океанах движется из-за волн, которые гонят ветры. Но на самом деле в океанах есть течения и «реки», которые перемещают огромное количество воды по всему миру. Эти движения оказывают большое влияние на круговорот воды. Течение Куросио, протекающее у берегов Японии, является самым большим течением. Он может проходить от 25 до 75 миль (от 40 до 121 км) в день, 1-3 мили (1,4-4,8 км) в час и достигает глубины около 3300 футов (1000 метров).

Гольфстрим несет теплую соленую воду на север вдоль северо-восточного шельфа (от залива Мэн до мыса Хаттерас, Северная Каролина), перенося тепло из тропиков в более высокие широты. Распространение теплых вод Гольфстрима на север и на сушу влияет на экологические процессы  в океане, в том числе на распространение промысловых видов рыб.Это также влияет на погоду в регионе. Гольфстрим возвращает в атмосферу значительное количество тепла.

Авторы и права: НАСА. Карта Роберта Симмона

Гольфстрим — хорошо известный поток теплой воды в Атлантическом океане, движущийся из Мексиканского залива через Атлантический океан в сторону Великобритании. Со скоростью 60 миль (97 километров) в день Гольфстрим перемещает в 100 раз больше воды, чем все реки на Земле. Приходя из теплого климата, Гольфстрим перемещает более теплую воду в Северную Атлантику.Корнуолл, расположенный на юго-западе Великобритании, иногда называют «Корнуоллской Ривьерой» из-за более мягкого климата, связанного с течением Гольфстрима — там даже могут расти пальмы (правда, выносливые сорта)… и все потому, что течения Гольфстрим.

На этой карте показаны температуры поверхности моря в северной части Атлантического океана. Данные взяты из спутниковых наблюдений НАСА. Холодные воды показаны более темными цветами, тогда как оранжевый и желтый цвета указывают на самые теплые температуры. Гольфстрим виден как поток теплой воды, движущийся на север вдоль побережья Северной Америки и на восток в центральную часть Атлантического океана.По мере того, как он продолжает свое путешествие, тепло океана уходит в атмосферу, нагревая воздух над ним. Корнуолл и его пальмы расположены к юго-западу от Лондона, и если вы проведете линию на запад, вы окажетесь недалеко от Ньюфаундленда, Канада. Корнуолл и Ньюфаундленд могут находиться на одинаковых широтах, но вам будет трудно найти какие-либо пальмы, растущие на востоке Канады!

 

Сколько воды содержится в океанах?

Где на Земле вода?

Для примерного объяснения того, где на Земле есть вода, посмотрите на эту гистограмму.Возможно, вы знаете, что круговорот воды описывает движение воды на Земле, поэтому поймите, что диаграмма и таблица ниже представляют присутствие воды на Земле в определенный момент времени. Если вы вернетесь назад через тысячу или миллион лет, несомненно, эти цифры будут другими!

Обратите внимание, что из общего запаса воды в мире, составляющего около 332,5 миллионов кубических миль воды, более 96 процентов соленые. И из общего количества пресной воды более 68 процентов заперты во льду и ледниках. Еще 30 процентов пресной воды находится в земле. Источники пресной поверхностной воды , такие как реки и озера, составляют лишь около 22 300 кубических миль (93 100 кубических километров), что составляет примерно 1/150 часть одной процента от общего объема воды. Тем не менее, реки и озера являются источниками большей части воды, которую люди используют каждый день.

Одна оценка глобального распределения воды  

Источник воды	Объем воды в кубических милях	Объем воды в кубических километрах	Процент от общего количества воды
Океаны, моря и заливы	321 000 000	1 338 000 000	96.5%
Общее количество воды в мире	332 500 000	1 386 000 000	—

Источник: Gleick, P.H., 1996: Водные ресурсы. В Энциклопедии климата и погоды, изд. С. Х. Шнайдер, издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, том. 2, стр. 817-823.

 

Сколько процентов Земли составляет вода?

Земля – Западное полушарие. Предоставлено: НАСА/MODIS/USGS

Землю часто сравнивают с величественным голубым мрамором, особенно те немногие привилегированные, кто смотрел на нее с орбиты. Это связано с преобладанием воды на поверхности планеты. Хотя вода сама по себе не голубая, при отражении вода излучает синий свет.

Для тех из нас, кто вынужден жить на поверхности, хорошо известен тот факт, что наш мир в основном покрыт водой. Но какая именно часть нашей планеты состоит из воды? Как и большинство фактов, относящихся к нашему миру, ответ немного сложнее, чем вы думаете, и учитывает ряд различных оговорок.

Проще говоря, вода составляет около 71% поверхности Земли, а остальные 29% составляют континенты и острова.

Чтобы разбить числа, 96,5% всей воды Земли содержится в океанах в виде соленой воды, а остальные 3,5% — это пресноводные озера и замерзшая вода, запертая в ледниках и полярных ледяных шапках. Из этой пресной воды почти вся она имеет форму льда: 69%, если быть точным. Если бы вы могли растопить весь этот лед, а поверхность Земли была бы идеально гладкой, уровень моря поднялся бы на высоту 2. 7 км.

Помимо воды, которая существует в форме льда, существует также ошеломляющее количество воды, которая существует под поверхностью Земли. Если бы вы собрали всю пресную воду Земли вместе как единую массу (как показано на изображении выше), по оценкам, ее объем составил бы около 1 386 миллионов кубических километров (км ³ ).

Иллюстрация, показывающая всю воду Земли, жидкую пресную воду и воду в озерах и реках. Авторы и права: Говард Перлман, USGS/иллюстрация Джека Кука, WHOI

Между тем, количество воды, которая существует в виде подземных вод, рек, озер и ручьев, составляет немногим более 10.6 млн км3, что составляет немногим более 0,7%. В этом контексте становится совершенно очевидной ограниченность и ценность пресной воды.

Но какая часть Земли состоит из воды — сколько воды составляет фактическую массу планеты? Это включает в себя не только поверхность Земли, но и внутреннюю часть. Ученые подсчитали, что общая масса океанов на Земле составляет 1,35 х 10 ¹⁸ метрических тонн, что составляет 1/4400 от общей массы Земли. Другими словами, в то время как океаны покрывают 71% поверхности Земли, на их долю приходится только 0.02% от общей массы нашей планеты.

Происхождение воды на поверхности Земли, а также тот факт, что на ней больше воды, чем на любой другой каменистой планете Солнечной системы, являются двумя давними загадками, касающимися нашей планеты.

Не так давно считалось, что на нашей планете образовалась сухая часть 4.6 миллиардов лет назад, когда высокоэнергетические удары создали расплавленную поверхность на молодой Земле. Согласно этой теории, вода попала в мировой океан благодаря столкновению с Землей ледяных комет, транснептуновых объектов или богатых водой метеороидов (протопланет) из внешних пределов главного пояса астероидов.

Многие теории о происхождении воды на Земле связывают ее со столкновениями с кометами и астероидами. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт.

Однако более поздние исследования, проведенные Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI) в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, еще больше отодвинули дату их происхождения.Согласно этому новому исследованию, мировые океаны также возникли 4,6 миллиарда лет назад, когда все миры внутренней части Солнечной системы еще только формировались.

Этот вывод был сделан при изучении метеоритов, которые, как считается, образовались в разное время в истории Солнечной системы. Было обнаружено, что углеродистые хондриты, самые старые метеориты, датируемые самыми ранними днями Солнечной системы, имеют тот же химический состав, что и метеориты, происходящие с протопланет, таких как Веста. Это включает в себя значительное присутствие воды.

Эти метеориты датируются той же эпохой, когда, как считалось, на Земле образовалась вода – примерно через 11 миллионов лет после образования Солнечной системы. Короче говоря, теперь кажется, что метеориты осаждали воду на Земле в первые дни ее существования.

Не исключая возможности того, что часть воды, которая сегодня покрывает 71 процент Земли, могла появиться позже, эти данные свидетельствуют о том, что ее уже было достаточно для того, чтобы жизнь зародилась раньше, чем считалось.

---

Новое исследование показывает, что океаны появились на Земле раньше

---

Дополнительная информация: вода.usgs.gov/edu/earthhowmuch.html

Цитата : Сколько процентов Земли составляет вода? (2014, 2 декабря) получено 21 января 2022 г. с https://физ.org/news/2014-12-percent-earth.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

NWS JetStream — морская вода

Если есть что-то, что почти все знают об океане, так это то, что он соленый.Двумя наиболее распространенными элементами в морской воде после кислорода и водорода являются натрий и хлорид. Натрий и хлорид объединяются, образуя то, что мы знаем как поваренную соль.

Соленость морской воды выражается как отношение соли (в граммах) к литру воды. В морской воде обычно содержится около 35 граммов растворенных солей на каждый литр. Записывается как 35 ‰ Нормальный диапазон солености океана колеблется в пределах 33-37 граммов на литр (33‰ — 37‰).

Но как и в погоде, где есть области высокого и низкого давления, есть области высокой и низкой солености.Из пяти океанических бассейнов Атлантический океан является самым соленым. В среднем наблюдается отчетливое уменьшение солености вблизи экватора и на обоих полюсах, хотя и по разным причинам.

Около экватора в тропиках постоянно выпадает больше всего дождей. В результате пресная вода, попадающая в океан, способствует снижению солености поверхностных вод в этом регионе. По мере продвижения к полюсам область дождя уменьшается, а при меньшем количестве дождя и большем количестве солнечного света увеличивается испарение.

Пресная вода в виде водяного пара перемещается из океана в атмосферу в результате испарения, что приводит к повышению солености. По направлению к полюсам пресная вода из тающего льда снова снижает соленость поверхности.

Самыми солеными местами в океане являются районы с наибольшим испарением или большие водоемы, не имеющие выхода в океан. Самая соленая океанская вода находится в Красном море и в районе Персидского залива (около 40 ‰) из-за очень высокого испарения и небольшого притока пресной воды.

Максимум! «Веселая ванна» — Мертвое море

Учебный урок: «Забавный вкус»

Вода обладает уникальным свойством. Когда температура снижается до 40 °F (4 °C ), молекулы замедляются, вода сжимается и плотность увеличивается. Ниже 40°F (4°C) молекулы начинают связываться друг с другом, и при этом вода снова начинает расширяться, уменьшая плотность. При 32°F (0°C) все молекулы запираются в кристаллическую структуру, что приводит к увеличению размера на девять процентов.Это расширение и соответствующее уменьшение плотности являются причиной плавучести льда.

Максимум! Титаник Бергс

Количество соли в морской воде также определяет температуру замерзания морской воды. Добавление соли в воду снижает температуру замерзания. Вода с соленостью 17 ‰ замерзает примерно при 30 ° F (-1 ° C), а вода 35 ‰ замерзает примерно при 28,5 ° F (-2 ° C). Тем не менее, несмотря на соленость океана, морской лед содержит очень мало соли, около десятой части того количества соли, которое содержится в морской воде.Это потому, что лед не включает морскую соль в свою кристаллическую структуру. Следовательно, морской лед действительно пригоден для питья.

Учебный урок: мы все кричим о мороженом

Температура и соленость морской воды также помогают определить ее плотность. Поскольку температура морской воды уменьшается плотность также увеличивается . Кроме того, по мере увеличения содержания соли в морской воде увеличивается и ее плотность. Это делает плотность морской воды, в отличие от пресной воды, ниже точки замерзания. Таким образом, в ситуациях образования морского льда соленость и, следовательно, плотность подстилающей воды продолжает увеличиваться после того, как район покрыт льдом.

Учебный урок: соль и зажигалка

На карте «Средняя соленость» (справа) (ниже) показана самая низкая соленость в полярных регионах. Имейте в виду, что на этом изображении показана только поверхностная соленость. Поверхностная соленость ниже в полярных регионах, чем в тропических регионах, из-за таяния каждое лето. Однако каждую зиму под поверхностью океана повышенная соленость воды из-за образования льда заставляет воду подо льдом опускаться, и это опускающееся движение управляет движением глубоководных течений океана.

Учебный урок: легкая диета

Карта поверхностной солености океана, усредненная по историческим наблюдениям с судов и буев за 2005 г., с самыми низкими значениями, окрашенными в синий цвет (32 ‰ ), а самыми высокими — в красный (37 ‰). Изображение НАСА.

Соленость | Управление научной миссии

Хотя всем известно, что морская вода соленая, мало кто знает, что даже небольшие колебания солености поверхности океана (т. е. концентрации растворенных солей) могут иметь серьезные последствия для круговорота воды и циркуляции океана.На протяжении всей истории Земли определенные процессы делали океан соленым. В результате выветривания горных пород минералы, в том числе соль, попадают в океан. Испарение океанской воды и образование морского льда увеличивают соленость океана. Однако эти факторы «повышения солености» постоянно уравновешиваются процессами, снижающими соленость, такими как постоянный приток пресной воды из рек, выпадение дождя и снега и таяние льда.

Соленость и круговорот воды

Понимание того, почему море соленое, начинается со знания того, как вода циркулирует между физическими состояниями океана: жидкость, пар и лед.Как жидкость вода растворяет горные породы и отложения и вступает в реакцию с выбросами вулканов и гидротермальных источников. Это создает сложный раствор минеральных солей в наших океанских бассейнах. И наоборот, в других состояниях, таких как пар и лед, вода и соль несовместимы: водяной пар и лед практически не содержат соли.

Поскольку 86 % глобального испарения и 78 % глобальных осадков приходится на океан, соленость поверхности океана является ключевой переменной для понимания того, как приток и отток пресной воды влияет на динамику океана.Отслеживая соленость поверхности океана, мы можем напрямую отслеживать изменения в водном цикле: сток с суши, замерзание и таяние морского льда, а также испарение и осадки над океанами.

Соленость, циркуляция океана и климат

Приземные ветры вызывают течения в верхних слоях океана. Однако глубоко под поверхностью циркуляция океана в основном определяется изменениями плотности морской воды, которая определяется соленостью и температурой. В некоторых регионах, таких как Северная Атлантика вблизи Гренландии, охлажденные поверхностные воды с высокой соленостью могут стать достаточно плотными, чтобы опускаться на большие глубины. Визуализация «Глобальная конвейерная лента» (ниже) показывает упрощенную модель того, как этот тип циркуляции будет работать как взаимосвязанная система.

В верхних трех (3) метрах океан накапливает больше тепла, чем вся атмосфера. Таким образом, циркуляция с регулируемой плотностью является ключом к переносу тепла в океане и поддержанию климата Земли. Избыточное тепло, связанное с повышением глобальной температуры в течение последнего столетия, поглощается и перемещается океаном. Кроме того, исследования показывают, что морская вода становится более пресной в высоких широтах и ​​тропических районах, где преобладают дожди, а в субтропических регионах с высоким уровнем испарения вода становится более соленой.Такие изменения в круговороте воды могут существенно повлиять не только на циркуляцию океана, но и на климат, в котором мы живем.

Измерение солености

На протяжении большей части истории глобальное понимание солености поверхности океана было затруднено, поскольку отбор проб с судов, буев, дрифтеров и причалов был крайне ограничен. Между 300 и 600 годами нашей эры понимание изменений солености, температуры и запаха помогло полинезийцам исследовать южную часть Тихого океана. В 1870-х годах ученые на борту H.РС. Челленджер систематически измерял соленость, температуру и плотность воды в Мировом океане. С годами методы измерения таких свойств океанской воды резко изменились по методу и точности.

Запущенный 10 июня 2011 года на борту аргентинского космического корабля Aquarius/Satélite de Aplicaciones Sientíficas (SAC)-D, Aquarius является первым спутниковым прибором НАСА, специально созданным для изучения содержания соли в поверхностных водах океана. Колебания солености, одна из основных движущих сил циркуляции океана, тесно связаны с круговоротом пресной воды вокруг планеты и предоставляют ученым ценную информацию о том, как изменение глобального климата меняет глобальный характер распределения осадков.

Датчик солености измеряет микроволновую излучательную способность верхних слоев океанской воды толщиной от 1 до 2 сантиметров (около дюйма) — это физическое свойство, которое изменяется в зависимости от температуры и солености. Инструмент собирает данные в полосах шириной 386 километров (240 миль) на орбите, предназначенной для получения полного обзора глобальной солености свободных ото льда океанов каждые семь дней.

О чем может рассказать соленость?

Данные с Водолея открыли мир различных моделей солености.Аравийское море, укрытое засушливым Ближним Востоком, кажется гораздо более соленым, чем соседний Бенгальский залив, который орошается интенсивными муссонными дождями и получает пресную воду из Ганга и других крупных рек. Другая могучая река, Амазонка, выпускает большой пресноводный шлейф, который направляется на восток в сторону Африки или изгибается на север к Карибскому морю, в зависимости от преобладающих сезонных течений. Бассейны пресной воды, приносимые океанскими течениями из регионов центральной части Тихого океана с сильными дождями, скапливаются рядом с побережьем Панамы, в то время как Средиземное море выделяется на картах Водолея как очень соленое море.

Одной из наиболее заметных особенностей является большое пятно с очень соленой водой через Северную Атлантику. Эта область, самая соленая в открытом океане, аналогична пустыням на суше, где мало осадков и много испарения. Экспедиция, финансируемая НАСА, «Региональное исследование процессов солености в верхних слоях океана» (SPURS) отправилась в самое соленое место в Северной Атлантике, чтобы проанализировать причины такой высокой концентрации соли и подтвердить измерения Водолея.

Будущие цели

Одной из основных целей в будущем является точная настройка показаний и получение данных ближе к побережьям и полюсам. Земля и лед излучают очень яркое микроволновое излучение, которое заглушает сигнал, считываемый спутником. На полюсах есть дополнительная сложность: холодные полярные воды требуют очень больших изменений концентрации солей для изменения их микроволнового сигнала.

Еще одним фактором, влияющим на показания солености, являются интенсивные осадки.Сильный дождь может повлиять на показания солености, ослабляя микроволновый сигнал, который Водолей считывает с поверхности океана, когда он проходит через пропитанную атмосферу. Дожди также могут создавать неровности и неглубокие бассейны с пресной водой на поверхности океана. В будущем команда Aquarius хочет использовать еще один прибор на борту Aquarius/SAC-D, построенный в Аргентине микроволновый радиометр, для измерения наличия сильного дождя одновременно с показаниями солености, чтобы ученые могли помечать данные, собранные во время сильных дождей.

Конечной целью является объединение измерений Aquarius с данными его европейского аналога, спутника Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), для создания более точных и точных карт солености океана. Кроме того, команда Aquarius в сотрудничестве с исследователями из Министерства сельского хозяйства США собирается выпустить свой первый глобальный набор данных о влажности почвы, который дополнит измерения влажности почвы SMOS.

Для получения дополнительной информации о миссии НАСА «Водолей» посетите веб-сайт: http://www.nasa.gov/водолей

Мера соли

× Эта страница содержит заархивированный контент и больше не обновляется. На момент публикации он представлял собой наилучшую доступную науку.

Соленость — количество растворенной соли в воде — имеет решающее значение для очень многих аспектов океана, от циркуляции и климата до глобального круговорота воды.На протяжении большей части прошлого года НАСА и аргентинская Национальная комиссия по активным действиям (CONAE) проводили всесторонние наблюдения за соленостью поверхности моря из космоса. Запущенная 10 июня 2011 года миссия «Водолей» медленно собирает более полную картину соленого моря и того, как оно меняется.

На приведенной выше карте показана соленость у поверхности океана, измеренная прибором Aquarius на спутнике Satelite de Aplicaciones CientÃficas (SAC)-D. Приведенные данные показывают среднюю соленость с 27 мая по 2 июня 2012 г. в диапазоне от 30 до 40 граммов на килограмм, при этом среднее значение составляет 35 граммов. Более низкие значения представлены пурпурным и синим цветом; более высокие значения показаны оттенками оранжевого и красного. Черные области возникают там, где не было данных, либо из-за орбиты спутника, либо из-за того, что океан был покрыт льдом, сквозь который Водолей не может видеть.

Нажмите на анимацию под основным изображением, чтобы увидеть изменения солености по неделям за последний год. Выделяются несколько особенностей. Океанографы уже много лет знают (но теперь могут «видеть»), что Атлантический океан более соленый, чем Тихий и Индийский океаны.Такие реки, как Амазонка, несут огромное количество свежего стока с суши и отбрасывают шлейфы далеко в море. А в тропиках, особенно вблизи межтропической зоны конвергенции Тихого океана, дополнительное количество осадков делает экваториальные воды несколько более пресными.

Вблизи большинства береговых линий и внутренних морей на карте воды кажутся намного более пресными или солеными, чем в местах открытого океана. Посмотрите, например, на Красное море и Средиземное море, где вода более соленая; значительно более пресные воды появляются в Черном море, в высоких ледяных широтах, вокруг многих островов и полуостровов Юго-Восточной Азии.Действительно, речной сток и таяние льдов действительно делают воду преснее, а сильное испарение и другие процессы делают Красное и Средиземное моря более солеными. Но в основном эти экстремальные измерения солености вокруг береговых линий являются искажением спутникового сигнала.

Технически, Aquarius измеряет излучательную способность или «яркостную температуру» поверхностных вод, отмечает Гэри Лагерлоф, главный исследователь Aquarius из Центра исследований Земли и космоса в Сиэтле. Массивы суши имеют более высокую излучательную способность, чем океан, поэтому любые измерения вблизи суши, как правило, искажаются из-за ее яркости.Со временем исследовательская группа Водолея должна быть в состоянии откалибровать измерения и разработать математические инструменты, чтобы лучше различать сигнал соли. Но на данный момент измерения настолько новы, что команда все еще работает над общей картиной солености океана.

Aquarius — это первый инструмент НАСА, специально разработанный для изучения солености поверхности океана из космоса, и он делает это со скоростью 300 000 измерений в месяц. Он использует три пассивных микроволновых датчика, называемых радиометрами, для записи теплового сигнала с верхних 10 миллиметров океана (около 0,5 мм).4 дюйма).

«Всеобъемлющий вопрос в исследованиях климата заключается в том, чтобы понять, как изменения в круговороте воды на Земле, то есть осадки и испарение, сток рек и т. д., циркуляция океана и климат связаны друг с другом», — сказал Лагерлёф. Большинство глобальных осадков и испарений происходят над океаном, и их очень трудно измерить. Но дожди опресняют поверхностные воды океана, и Водолей может обнаружить эти изменения солености. «Соленость — это переменная, которую мы можем использовать для измерения этой связи.Это критический фактор, и в конечном итоге он будет использоваться для улучшения климатических прогнозов».

Снимки НАСА, сделанные Норманом Курингом, Центр космических полетов имени Годдарда. Анимация Роберта Симмона. Подпись Майка Карловича, Земная обсерватория, с репортажем Марии-Хосе Винас, группы новостей науки о Земле НАСА.

Почему суша прогревается быстрее, чем океаны?

В прошлом году глобальные температуры были на 0,95°C выше, чем в среднем за 20 век.Человеческая деятельность ответственна примерно за 100% этого потепления.

Более глубокое изучение этих цифр показывает, что на суше на 1,43°C теплее, чем в среднем, а в океанах — на 0,77°C. Это свидетельствует о том, что в последние десятилетия континенты мира нагревались быстрее, чем его океаны.

Этот контраст между изменением температуры суши и океана сильно сформирует глобальную картину будущего потепления и будет иметь важные последствия для людей.Мы, в конце концов, вид, который предпочитает жить на суше.

Но что движет этим согревающим контрастом? Это обманчиво простой вопрос, но ответ на него часто неправильно понимают. В этом гостевом посте я излагаю надежную количественную теорию контраста потепления суши и океана, которая была разработана только в последние годы.

Теплоемкость

Простая физика подсказывает, что если в климатическую систему добавить больше тепла, суша прогреется быстрее, чем океаны.Это связано с тем, что земля имеет меньшую «теплоемкость», чем вода, а это означает, что ей нужно меньше тепла для повышения температуры.

На приведенной ниже диаграмме показано, как поверхность земли (желтая линия) нагревалась быстрее, чем океан (темно-синяя) за все время наблюдений.

Усиленное потепление над сушей видно из записей о температуре поверхности от NOAA. На диаграмме показаны среднегодовые температуры для суши (желтая линия), океана (темно-синяя) и суши и океана вместе взятых (голубая).Все цифры относительно 1901-2000 гг. Данные NOAA; диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Этот эффект также можно наблюдать в различных частях сезонной климатической системы. Например, когда солнце движется к северу от экватора во время весны в северном полушарии, его энергия быстро нагревает Индию по сравнению с окружающими океанами. Этот контраст в нагреве играет ключевую роль в изменении направления ветров, которые вызывают муссон в Южной Азии.

Небольшая теплоемкость Земли также помогает объяснить, почему в некоторых континентальных регионах, таких как Россия и центральная часть США, летом может быть очень жарко, а зимой очень холодно.Это известно как «континентальность».

Учитывая его центральную роль в контрасте сезонного потепления суши и океана, теплоемкость является естественной отправной точкой при попытке объяснить, почему континенты нагреваются больше, чем океаны в условиях изменения климата. Но есть проблема с этим объяснением.

Согревающий контраст

В знаменательной статье 1991 года метеоролог Сюкуро Манабэ и его коллеги использовали раннюю климатическую модель, чтобы сравнить переходную реакцию климатической системы на постепенное увеличение содержания CO2 с долгосрочной равновесной реакцией .

Другими словами, они сравнивали климат, в то время как СО2 увеличивался с климатом после того, как СО2 перестал расти, и климат в конечном итоге стабилизировался в своем новом, более теплом состоянии.

Если бы разница в теплоемкости между сушей и океанами была решающим фактором, контролирующим контраст потепления, мы должны были бы ожидать, что контраст исчезнет при равновесии, как только океаны получат достаточно времени для нагревания.

Но это не то, что нашел Манабэ.Вместо этого он обнаружил, что отношение потепления суши к потеплению океана (теперь известное как «коэффициент усиления») было одинаковым как в переходных, так и в равновесных экспериментах.

Это свидетельствовало о том, что контраст потепления суши и океана, отмеченный на приведенной ниже карте прогнозируемого потепления на конец этого века, является фундаментальной реакцией на изменение климата, которая не контролируется теплоемкостью. Если теплоемкость не может объяснить усиленное потепление земли в условиях меняющегося климата, то что может?

Проекция климатической модели изменения приземной температуры к концу XXI века (2080-2100 гг. ) по отношению к историческому периоду (1980-2000 гг.).Данные модели GFDL-CM4 по сценарию SSP58.5, работающему на ископаемом топливе, с высокими выбросами; диаграмма М Бирна.

За пределами теплоемкости

Первое объяснение, изначально выдвинутое Манабэ, связано с поверхностным энергетическим балансом. Это описывает обмен энергией между поверхностью Земли и атмосферой над ней.

Когда концентрация CO2 в атмосфере увеличивается, увеличивается излучение на поверхность Земли, вызывая повышение температуры. Это связано с тем, что большее количество тепла, излучаемого поверхностью Земли, улавливается парниковыми газами в атмосфере.

Но степень этого потепления поверхности, вызванного CO2, зависит от того, насколько уравновешены локальные факторы, вызывающие охлаждение, а именно охлаждение, вызванное испарением, и охлаждение из-за обмена сухим теплом между поверхностью земли и воздухом над ней. (Атмосферное потепление, вызванное последним, также имеет тенденцию препятствовать образованию облаков и, таким образом, может вызвать дальнейшее высыхание поверхности земли. )

Океаны, в которых испаряется неограниченное количество воды, могут эффективно охлаждаться в условиях потепления климата, испаряя все больше и больше воды при незначительном повышении температуры.Континенты, с другой стороны, обычно имеют ограниченную доступность влаги, поэтому испарение ограничено.

Это означает, что над континентами большая часть дополнительной радиации, попадающей на поверхность в условиях потепления климата, должна рассеиваться посредством обмена сухим теплом и длинноволновым радиационным охлаждением, а не эвапотранспирацией. Это подразумевает большее повышение температуры поверхности по сравнению со свободно испаряющимися океанами.

Эта теория «энергетического баланса поверхности» для контраста потепления суши и океана также была выдвинута в более поздних исследованиях.

Это объяснение усиленного континентального потепления интуитивно понятно и намекает на ключевую роль «сухости» земли в определении изменения температуры. Но это должно быть подкреплено твердыми цифрами.

Проблема с теорией поверхностного энергетического баланса заключается в том, что она опирается на свойства земной поверхности — которые разнообразны, сложны и, как известно, трудно моделируются — для точного представления в климатических моделях. В частности, количественная оценка того, как эвапотранспирация будет реагировать на изменение климата — ключевой компонент теории поверхностного энергетического баланса — требует знания региональной влажности почвы и растительности, а также того, как эти свойства сами по себе изменяются с изменением климата.Сложная задача.

Кроме того, важны факторы вышележащей атмосферы: как изменятся осадки и ветер? Множество процессов, влияющих на энергетический баланс поверхности суши, означает, что использование этой схемы в качестве основы для количественной теории контраста потепления суши и океана является сложной задачей. Хотя эта перспектива концептуально полезна, она дает неполное понимание физики, определяющей контраст потепления.

Новая идея

Вместо поверхностного энергетического баланса динамика атмосферы – движение атмосферы и ее термодинамическое состояние – лежит в основе нового понимания контраста потепления суши и океана, которое сложилось за последнее десятилетие.

В статье 2008 г. профессор Маной Джоши, работавший в то время в Центре Хэдли Метеорологического бюро и Университете Рединга, а теперь в Университете Восточной Англии, первым указал на то, что динамические процессы в атмосфере связывают температуру и влажность над землей и районы океана.

В частности, он показал, что вертикальный градиент — скорость снижения температуры с высотой — уменьшается сильнее над океаном, чем над сушей, по мере потепления климата. Это связано с тем, что воздух над океаном в любой момент времени обычно содержит больше водяного пара, чем воздух над сушей.

Эти контрастные изменения скорости градиента объясняют контраст потепления: более слабое уменьшение скорости градиента суши подразумевает большее повышение температуры поверхности земли по сравнению с океаном.

Этот механизм не обязательно интуитивно понятен, он опирается на устоявшиеся процессы в атмосферной динамике. Различные изменения вертикального градиента в настоящее время считаются основной движущей силой контраста потепления суши и океана, особенно в низких широтах (приблизительно до 40° северной широты и 40° южной широты). Усиленное потепление в регионах, включая Средиземноморье, также объясняется тем же механизмом постепенности.

Количественная теория

В своей статье 2008 года Джоши представил новое концептуальное понимание контраста потепления суши и океана. Но, опять же, объяснение было качественным.

Вместе с профессором Полом О’Горманом из Массачусетского технологического института я понял, что аргумент о частоте отклонений можно расширить и развить в количественную теорию.

Основной вывод заключался в том, что, хотя изменения температуры и влажности над сушей и океаном сильно различаются, ограничения динамики атмосферы, выявленные Джоши, подразумевают, что изменения в конкретной комбинации температуры и влажности — в частности, энергии, содержащейся в порции воздуха на остальное, количество известное как влажная статическая энергия – примерно равны. Это понимание позволило нам вывести уравнение для изменения температуры суши, которое мы опубликовали в 2018 году.

Наше уравнение показывает, что реакция температуры суши на изменение климата зависит от двух факторов: потепления океана и того, насколько сухая земля в сегодняшнем климате.

Чем суше земля, тем больше она нагревается. Теория была проверена в климатических моделях и с использованием данных наблюдений за последние 40 лет. Теория объясняет, почему ожидается, что потепление земель будет особенно сильным в сухих, засушливых субтропических регионах, а также объясняет, почему относительная влажность над сушей снижалась в последние десятилетия.

Получите наш бесплатный ежедневный брифинг с дайджестом новостей о климате и энергетике за последние 24 часа в СМИ или наш еженедельный брифинг с обзором нашего контента за последние семь дней. Просто введите свой адрес электронной почты ниже:

Важным следствием теории прогнозов будущих температур суши (которые значительно различаются в разных моделях) является то, что крайне важно точно смоделировать состояние суши в текущем климате , но это технически сложно из-за сложности поверхности.

Малоизвестно

Это новое понимание контраста потепления суши и океана было хорошо воспринято исследователями динамики атмосферы и динамики климата.

Но было бы справедливо сказать, что в более широких науках о климате и сообществах, занимающихся климатическими воздействиями, до сих пор не очень хорошо известно, что контраст между потеплением суши и океана обусловлен засухой, а не различиями в теплоемкости.

И уж точно мало известен в публичной сфере.С точки зрения самой теории, некоторые исследователи находят удивительным, что сложность земной поверхности может быть отнесена к одному параметру «засушливости».

Меня также удивляет и вдохновляет то, что реакцию такой сложной системы, как континентальный климат, можно свести к простому уравнению. Я бы выступал за большее количество подобных концептуальных исследований в науке о климате.

Sharelines из этой истории

Какой процент Земли составляет вода?

Землю часто сравнивают с величественным голубым мрамором, особенно те немногие привилегированные, кто смотрел на нее с орбиты. Это связано с преобладанием воды на поверхности планеты. Хотя вода сама по себе не голубая, при отражении вода излучает синий свет.

Для тех из нас, кто вынужден жить на поверхности, тот факт, что наш мир в основном покрыт водой, является хорошо известным фактом. Но какая именно часть нашей планеты состоит из воды? Как и большинство фактов, относящихся к нашему миру, ответ немного сложнее, чем вы думаете, и учитывает ряд различных оговорок.

Источники воды:

Проще говоря, вода составляет около 71% поверхности Земли, а остальные 29% составляют континенты и острова.Чтобы разбить цифры, 96,5% всей воды Земли содержится в океанах в виде соленой воды, а остальные 3,5% — это пресноводные озера и замерзшая вода, запертая в ледниках и полярных ледяных шапках.

Почти вся эта пресная вода имеет форму льда: 69%, если быть точным. Если бы вы могли растопить весь этот лед, а поверхность Земли была бы идеально гладкой, уровень моря поднялся бы на высоту 2,7 км.

Иллюстрация, показывающая всю воду Земли, жидкую пресную воду и воду в озерах и реках. Авторы и права: Говард Перлман, Геологическая служба США/иллюстрация Джека Кука, WHOI

Помимо воды, которая существует в форме льда, под поверхностью Земли также существует ошеломляющее количество воды. Если бы вы собрали всю пресную воду Земли вместе как единую массу (как показано на изображении выше), по оценкам, ее объем составил бы около 1 386 миллионов кубических километров (км ³ ).

Между тем, количество воды, которая существует в виде подземных вод, рек, озер и ручьев, составляет немногим более 10.6 млн км ³ , что составляет немногим более 0,7%. В этом контексте становится совершенно очевидной ограниченность и ценность пресной воды.

Объем против массы:

Но какая часть Земли состоит из воды, т. е. сколько воды составляет фактическую массу планеты? Это включает в себя не только поверхность Земли, но и внутреннюю часть. По объему вся вода на Земле занимает около 1,386 миллиарда кубических километров (км³) или 332,5 миллиона кубических миль (ми³) пространства.

Но ученые подсчитали, что в пересчете на массу массы океаны на Земле весят примерно 1,35 x 10 ¹⁸ метрических тонн (1,488 x 10 ¹⁸ тонн США), что эквивалентно 1,35 миллиарда триллионов кг или 2976 триллионов триллионов фунтов. . Это всего лишь 1/4400 общей массы Земли, а это означает, что, хотя океаны покрывают 71% поверхности Земли, на их долю приходится лишь 0,02% общей массы нашей планеты.

Многие теории о происхождении воды на Земле связывают ее со столкновениями с кометами и астероидами.Авторы и права: NASA/JPL/Caltech

Источник воды на Земле:

Происхождение воды на поверхности Земли, а также тот факт, что на ней больше воды, чем на любой другой каменистой планете Солнечной системы, являются двумя давними загадками, касающимися нашей планеты. Не так давно считалось, что наша планета образовалась сухой примерно 4,6 миллиарда лет назад, когда высокоэнергетические удары создали расплавленную поверхность на молодой Земле.

Согласно этой теории вода попала в мировой океан благодаря столкновению с Землей ледяных комет, транснептуновых объектов или богатых водой метеороидов (протопланет) из внешних пределов главного пояса астероидов.

Однако более поздние исследования, проведенные Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI) в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, еще больше отодвинули дату их происхождения. Согласно этому новому исследованию, мировые океаны также возникли 4,6 миллиарда лет назад, когда все миры внутренней части Солнечной системы еще только формировались.

Этот вывод был сделан при изучении метеоритов, которые, как считается, образовались в разное время в истории Солнечной системы. Было обнаружено, что углеродистые хондриты, самые старые метеориты, датируемые самыми ранними днями Солнечной системы, имеют тот же химический состав, что и метеориты, происходящие с протопланет, таких как Веста.Это включает в себя значительное присутствие воды.

Эти метеориты датируются той же эпохой, когда, как считалось, на Земле образовалась вода – примерно через 11 миллионов лет после образования Солнечной системы. Короче говоря, теперь кажется, что метеориты откладывали воду на Земле в первые дни ее существования.

Не исключая возможности того, что часть воды, которая сегодня покрывает 71 процент Земли, могла появиться позже, эти данные свидетельствуют о том, что ее уже было достаточно для того, чтобы жизнь зародилась раньше, чем считалось.

Мы написали много статей об океанах для Universe Today. Вот сколько океанов в мире?, На Земле меньше воды, чем вы думаете, Откуда взялась вода на Земле?, Почему на Земле не так много воды?, Переосмысление источника воды на Земле.

Если вам нужна дополнительная информация о Земле, ознакомьтесь с Руководством НАСА по исследованию Солнечной системы на Земле. А вот ссылка на Земную обсерваторию НАСА.

Мы также записали серию Astronomy Cast о планете Земля.Послушайте, Эпизод 51: Земля и Эпизод 363: Откуда на Земле взялась вода?

Источники :

Нравится:

Нравится Загрузка..