Океаносфера

   В океаносфере сосредоточено 96,5% всех вод планеты, что в абсолютном выражении равно 133,6∙107 км3, и, следовательно, только 3,5% вод приходится на материковые пространства. В литературе приводятся и несколько иные цифры, однако различия между ними невелики и не выходят за пределы точности возможных оценок общих запасов воды. Масса океаносферы приблизительно в 250 раз больше массы атмосферы. Площадь, занимаемая Мировым океаном, определена в 361,3∙106 км2, что составляет 70,5% всей поверхности нашей планеты; это в 2,5 раза больше территории суши.

   С поверхности Мирового океана ежегодно испаряется 86% всей влаги, поступающей в атмосферу (500∙103 км3 в год), тогда как остальные 14% дает суша (70∙103 км3 в год). По сравнению с массой вод океаносферы объем испаряющейся влаги составляет лишь 0,037%. Мировой океан не только главный поставщик влаги в атмосферу, но и важнейший источник вод суши. Материковый сток (47∙103 км3 в год) замыкает планетарный влагообмен.

   В процессе испарения, и особенно при разбрызгивании воды, в результате ветрового волнения одновременно с влагой в воздух попадают соли, растворенные в океане. При этом хлориды (как показали исследования С.В. Бруевича с коллегами) в основном остаются в океане, а карбонаты и сульфаты преимущественно переходят в аэрозоли, определяя солевой состав атмосферных осадков. Таким образом происходит перераспределение ионов. Видимо, этим и обусловлено различие химического состава атмосферной влаги, океанических и речных вод. К тому же и концентрация растворенных солей в океане значительно выше (в среднем 35 г на 1 л), чем в водах суши (обыкновенно менее 1-2 г на 1 л). Общее количество солей в Мировом океане определено в 46,5∙1015 т. В обмен с атмосферой и сушей вовлекаются лишь 5∙109 т солей; около 10% из них уносится с океана на сушу, и затем приблизительно такое же количество солей возвращается с материковым стоком в океан. С содержанием солей и химическим составом океанических вод (в том числе и его постоянством) связаны многие физические и динамические особенности океаносферы. Различие же химического состава между водами океана и суши определяется и постоянно поддерживается планетарным солеобменом.

   Воды Мирового океана при их высокой теплоемкости, которая в 4 раза больше, чем у воздуха, поглощают солнечной энергии в среднем около 90 ккал/см2 в год, а суша - 50 ккал/см2 в год. В низких широтах Мировой океан поглощает солнечной энергии на 25-50% больше, чем суша. В тропиках в среднем за год величина поглощенной солнечной энергии около 100-120 ккал/см2 в океанах и 60-80 ккал/см2 на суше. С удалением к полюсам это различие постепенно уменьшается. Общее количество солнечной энергии, поглощаемой Мировым океаном, определено в 29,7∙1019 ккал за год, что составляет почти 80% всей радиации, достигающей поверхности планеты (36,5∙1019 ккал). К тому же океаносфера является главным аккумулятором солнечного тепла; в ней содержится в 21 раз больше того количества тепла (76∙1022 ккал), которое ежегодно поступает от Солнца к поверхности Земли. В десятиметровом слое океанических вод в 4 раза больше тепла, чем во всей атмосфере.

   Около 80% солнечной энергии, поглощаемой Мировым океаном, расходуется на испарение (26,8∙1019, тогда как в пределах суши около 4,1∙1019 ккал в год). При всей внушительности этой цифры она составляет всего около 3% тепла, накопленного Мировым океаном. На турбулентный теплообмен с атмосферой уходит остальная часть поглощаемой солнечной радиации (2,7∙1019 ккал в год, приблизительно столько же, сколько на суше); это лишь 0,4% общего теплосодержания океаносферы. Сопоставляя величину приходо-расходных сумм теплообмена через поверхность Мирового океана с его теплосодержанием, придем к выводу, что ежегодно в такой обмен с атмосферой вовлекается поверхностный слой толщиной около 50 м. Теплообмен наиболее деятельной двухсотметровой толщи вод осуществляется за 3-4 года.

   Если на суше тепло поглощается в весенне-летний период и расходуется в осенне-зимнее время, то в Мировом океане тепло накапливается в тропиках, а в умеренных и полярных областях (приблизительно от 30-40° широты в обоих полушариях) отдается в атмосферу. Основная общепланетарная закономерность турбулентного теплообмена состоит в его влиянии на повсеместное смягчение климата: в низких широтах с океана на сушу выносится более холодный воздух, а в высоких широтах на континенты приходят более теплые воздушные массы. Вместе с тем тепло, поглощаемое в тропиках Мирового океана, переносится течениями в высокие широты, смягчая климат умеренной и полярной областей. Так, Гольфстрим несет в 22 раза больше тепла, чем все реки земного шара. Общеизвестно, сколь благоприятно влияние Гольфстрима и продолжающего его Североатлантического течения на климат Европы. Под воздействием Нордкапской ветви этого течения, обогревающей Скандинавию, Мурманский порт оказывается доступным для судов в продолжение всей холодной части года, тогда как Ждановский порт на Азовском море, расположенный на 2500 км южнее, замерзает на два месяца.

   Между энергией и веществами, вовлекающимися в планетарный обмен, существует тесная взаимозависимость. Так, связь между тепло- и влагообменом можно наглядно проследить по испарению, являющемуся главной расходной составляющей обоих процессов. Для испарения влаги, находящейся в воздухе в течение каждого годового цикла, необходима затрата энергии порядка 3∙1020 ккал. Приблизительно столько же тепла будет отдано тропосфере в процессе конденсации водяных паров. Таким образом осуществляется необходимое динамическое равновесие между количеством поглощаемой солнечной радиации и теплом, затрачиваемым на испарение, с одной стороны, и, с другой - между энергией, выделяемой при конденсации водяных паров, и ее расходованием на поддержание атмосферной циркуляции. Без тесной связи между этими процессами происходило бы постепенное односторонне направленное потепление или похолодание климата. Такое нарушение может действительно возникнуть в ближайшем будущем в результате дальнейшего развития хозяйственной деятельности человека. По оценке М. И. Будыко, при увеличении мирового производства энергии на 4-10% в год через 100-200 лет количество тепла, выделяемого промышленными предприятиями, станет соизмеримым с радиационным балансом поверхности континентов. Это приведет к нарушению планетарного теплообмена, тесно связанного с влагообменом, а отсюда и к общему изменению природы всей планеты.