Игорь Кароль - Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
Подсчитано, что не будь на Земле океана, средняя температура ее поверхности была бы -21 °C, т. е. на 36 °C ниже существующей.
В отличие от атмосферы – единого слоя на земном шаре, Мировой океан состоит из четырех крупных сосудов – океанов: Тихого, Индийского, Атлантического и Северного Ледовитого. Иногда еще выделяют Южный океан – южные части Тихого, Индийского и Атлантического океанов, примыкающие к Антарктиде. Он соединяет все эти «сосуды» в одну систему – Мировой океан. Основные характеристики каждого из океанов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительные характеристики океанов
* Средняя глубина Мирового океана – ~3700 м.
** Средняя приповерхностная температура вод Мирового океана – 17,5 °C
Ежегодно с поверхности океанов испаряется пласт воды толщиной около одного метра и примерно столько же воды возвращается в океан в виде осадков и стока с поверхности суши.
Морская вода представляет собой раствор 44 химических элементов; если всю морскую соль распределить в сухом виде по поверхности суши, образуется слой толщиной почти 150 м!
Средняя соленость воды Мирового океана составляет 35 г/кг (т. е. в 1 кг воды содержится около 35 г солей), в тропических морях она доходит до 42 г/кг, а наименьшие ее значения – в устьях крупных рек.
Океаны – сосуды сообщающиеся, и при их обмене водами происходит обмен теплом, который определяет региональный и глобальный климат.
Все океаны имеют свою специфику, поэтому кратко остановимся на их особенностях (см. рис. 3 цв. вклейки).
Начнем с Северного Ледовитого океана – по размерам самого маленького, но самого близкого и важного для нас, для России. Он имеет, по существу, один канал связи с Мировым (Атлантическим) океаном – через пролив Фрама и Гренландское море. Узкий и мелкий Берингов пролив не в счет: он не обеспечивает заметного водообмена между Северным Ледовитым и Тихим океанами. Части Северного Ледовитого океана, находящиеся в западном и восточном полушариях, различны: в восточном – более мелкая его часть от Норвежского моря до Берингова с цепочкой морей, разделяемых известными островами: от Шпицбергена до острова Врангеля. В моря между этими островами северные реки России выносят много относительно теплой пресной воды. На западное полушарие приходится север Гренландии и значительные по площади острова Канадского архипелага, продвинутые на север дальше островов Восточного сектора Северного Ледовитого океана. Здесь глубины океана больше и нет значительных рек, «согревающих» данный сектор.
Основная особенность Северного Ледовитого океана – морские льды, постоянно образующиеся, переносимые ветрами и морскими течениями и постепенно тающие. Общая площадь льдов Северного Ледовитого океана сильно меняется по сезонам с максимумом в марте (в холодное время года льдами покрыто около 9/10 его площади) и минимумом в сентябре. Амплитуда этого сезонного изменения значительно больше в Восточном секторе и имеет тенденцию к росту в последние десятилетия.
Морские льды – «одеяло», затрудняющее поступление тепла из океана в холодную полярную атмосферу. Основной поток этого тепла поступает через разрывы льдов – полыньи, быстро меняющиеся по форме и местоположению в зависимости от дрейфа (переноса) морских льдов ветрами. Уменьшение площади льдов в Восточном секторе Северного Ледовитого океана усиливает там прогрев атмосферы океаном и еще больше сокращает эту площадь, что и отмечается наблюдениями в последние годы.
Атлантический океан связан с Северным Ледовитым океаном, он главный «организатор» глобального океанического конвейера (см. рис. 4 цв. вклейки) и формирователь погоды и климата Европы и большей части России. В его северной части образуется система дрейфовых течений, начинающаяся с экваториальных переносов поверхностных вод на Запад. Эта система производит переносящий 75 млн т воды в секунду Гольфстрим («поток из залива»). Гольфстрим – не единственный водный переносчик тепла из тропиков. Аналогичное течение Куросио (переносит 65 млн т воды в секунду) находится у берегов Японии, а холодные Камчатское и Лабрадорское течения охлаждают соседние регионы.
Системы дрейфовых течений поверхностных вод в Атлантике (и в других океанах) образуются под действием ветров постоянной силы и направления (пассатов, с ними мы еще встретимся). Такие течения служат главными переносчиками тепла и холода между тропиками и другими широтами и наблюдаются во всех океанах.
Однако в Атлантике основное значение для климатической системы имеют так называемые термохалинные (теплосолевые) течения – основа глобального океанического конвейера. В северной части океана поверхностные воды охлаждаются, опускаются в его придонный слой и движутся вдоль дна на юг, давая начало главной ветви глобального океанического конвейера. В южной Атлантике эти воды поступают в систему глубинных потоков Южного океана и заносятся с ними в Тихий и Индийский океаны. В ряде мест, в основном в субтропических и тропических широтах, данные глубинные холодные воды поднимаются к поверхностному слою и образуют так называемые зоны апвеллинга (upwelling, от англ. well – колодец). Здесь холодные глубинные воды, богатые химическими элементами, служат питательной средой для морской биоты (живых существ), а потому именно в этих местах преимущественно ведутся морские промыслы. В меньшей степени опускание на дно холодных поверхностных вод происходит в Южном океане у берегов Антарктиды, и они также поступают в глобальный океанический конвейер.
Тихий (Великий) океан – самый большой по площади и объему вод и соответственно по вкладу в массу и теплоемкость климатической системы. Важная особенность этого океана – система непериодических колебаний температуры поверхностных вод и нижней тропосферы в его тропической зоне – Эль-Ниньо (фаза Южного колебания), которое было изучено (не до конца!) сравнительно недавно. Название этого явления (Эль-Ниньо) происходит от испанского El Nino – мальчик, малыш, так как оно начинается в заметном объеме в конце года во время католического Рождества. Случается это не каждый год, а через промежутки в 2–5 лет с разной интенсивностью и продолжается весь следующий год, а иногда и дольше.
Зарождается Южное колебание в восточной части Тихого океана у берегов Перу. В обычных условиях в этом регионе властвует холодное Перуанское течение, несущее воды с юга на север. Вблизи экватора течение становится зональным, прогреваемый поверхностный слой воды, благодаря постоянно действующим пассатам, смещается в западном направлении (рис. 6). Здесь же имеет место апвеллинг — подъем холодных, богатых питательными веществами вод, что создает предпосылки для мировых рекордов вылова рыбы (анчоуса).
С наступлением Эль-Ниньо возникает температурная аномалия поверхностного слоя приэкваториальной части Тихого океана – температура повышается примерно на 0,5–1 °C. Одновременно ослабевают пассаты, и не подверженный их воздействию теплый поверхностный слой «растекается» и охватывает все бо́льшую площадь. В перуанскую акваторию с запада приходят теплые воды, отчасти подавляя апвеллинг. Как следствие, в этом регионе нарушается бесперебойное поступление планктона, возникает дефицит пищи для рыб и соответственно падают уловы. Обычно засушливый климат на западном перуанском побережье на время действия Эль-Ниньо резко меняется: приход с запада влажных воздушных масс сопровождается интенсивными осадками, ливнями. В Индонезию, напротив, Эль-Ниньо приносит засушливую погоду (рис. 6).
Рис. 6. Схема явления Эль-Ниньо. Тропическая часть Тихого океана при «нормальных» условиях (а) и при наступлении Эль-Ниньо (б).
Современные исследования показывают, что влияние Эль-Ниньо сказывается также в Африке и в Атлантике, но уже в меньшей степени. Вообще же в последние годы стало «модным» приписывать влиянию Эль-Ниньо изменения климатических величин в самых разных уголках земного шара, однако делать заключения о том, насколько справедливы такие выводы, в условиях недостаточной изученности данного явления, преждевременно.
В другой фазе Южного колебания – Ла-Ниньо (от испан. La Nina – малышка, девочка) – температура поверхностного слоя океана мало отличается от ее среднего значения в этом регионе. В отсутствие Эль-Ниньо над Индонезией расположена область пониженного давления, поэтому уровень Тихого океана здесь выше, чем над западным побережьем Перу. Это обстоятельство позволяет характеризовать явления Эль-Ниньо и Ла-Ниньо с помощью индекса Южного колебания (ЮК). Этот индекс представляет собой разность средних величин приземного давления воздуха в Дарвине (Австралия) и на о. Таити (или Кальяо, Перу). Отрицательные его значения соответствуют фазе Эль-Ниньо, а положительные – фазе Ла-Ниньо.
