Взаимодействие поверхностной и глубинной циркуляции - некоторые следствия

  Можно считать, что те 5 млн. м3 Северо-Атлантической глубинной воды, которые образуются каждую секунду у бе­регов Гренландии, теряются поверхностным слоем. В та­ком случае должен существовать компенсирующий приток воды в поверхностный слой Северной Атлантики. Около 3 млн. м3/с воды поступает из Северного Ледовитого океа­на (примерно столько же, сколько Тихий океан поставляет в Северный Ледовитый через Берингов пролив). Недостаю­щие 2 млн. м3/с плюс такое же количество, теряемое Ат­лантическим океаном из-за испарения и переносимое с воз­душными потоками в Тихий океан (см. рисунок 6.5), должно ка­ким-то образом возмещаться. Мы знаем, что прибрежный апвеллинг — не столь мощное явление, чтобы обеспечить целиком возврат этого объема воды.

  Оказывается, Северная Атлантика «импортирует» по­верхностные воды из Южной Атлантики благодаря трансэк­ваториальному переносу в Южном Пассатном течении. Эта связь становится понятной, если взглянуть на схему поверх­ностной циркуляции на рисунке 11.1. Такой довольно значи­тельный перенос вод через экватор — явление, присущее только Атлантике. Северное Пассатное течение, а затем Гольфстрим и его продолжение в виде Северо-Атлантичес­кого течения несут эту «импортную» воду к берегам Грен­ландии — к зеленым дырам, где и происходит «замыкание» баланса поверхностных вод.

  Однако мы не можем говорить о сбалансированности прихода и расхода вод Северной Атлантики, пока не объяс­ним, что происходит с 5 млн. м3 воды, которые ежесекунд­но уходят в глубинные слои. Из сказанного выше следует, что они также должны пересекать экватор, двигаясь из Се­верного полушария в Южное; перенос осуществляется бла­годаря потоку Северо-Атлантической глубинной воды, дви­жущейся через экватор к Антарктиде.

Апвеллинг как компенсация даунвеллинга

  Требование баланса масс между верхним и нижележащими слоями океана, а также между Северной и Южной Атланти­кой позволяет получить окончательное объяснение двух ас­пектов движения воды в океане. Ясно, что на обширной ак­ватории Атлантического океана должен существовать ин­тенсивный апвеллинг, обеспечивающий возвращение в по­верхностный слой и той воды, которая погрузилась в ре­зультате даунвеллинга у берегов Гренландии, и той, с кото­рой связано формирование придонной воды у Антаркти­ды , - всего около 30 млн. м3/с (что также примерно соот­ветствует расходу Гольфстрима у Флориды). Если прибреж­ный и экваториальный апвеллинг не в состоянии обеспечить такой поток, то в чем же здесь дело?

  Мощный апвеллинг у берегов Антарктиды. Подъем к по­верхности Северо-Атлантической глубинной воды происхо­дит главным образом в Южном океане у берегов Антаркти­ды. Таким образом, основной механизм, который мы ищем, — это не прибрежный апвеллинг. Как следует из схе­мы Вюста (рисунок 9.6), мощный подъем Северо-Атлантической глубинной воды и является недостающим звеном в цепи взаимодействия между верхним и глубинными слоями океа­на. Именно этот апвеллинг обеспечивает высокую продук­цию фитопланктона на большой площади вокруг Антаркти­ды, а вместе с ней и скопления криля, большое количество пингвинов, тюленей, птиц и, разумеется, гладких китов.

  Повсеместный диффузный апвеллинг в океанах. В течение многих десятков лет океанологи были озадачены существо­ванием постоянного термоклина. Находящийся на глубине около 300 м в тропиках и 800 м в центральных водах посто­янный (главный) термоклин обнаруживается в океанах по­всеместно. Чем же обеспечивается его существование? Поче­му при наличии постоянного потока солнечного тепла диф­фузия тепла вниз не приводит к постепенному размыванию термоклина?

  Стоммел выдвинул гипотезу, согласно которой непре­рывная диффузия тепла вниз на некотором уровне в точно­сти компенсируется направленной вверх диффузией холод­ной воды и этот второй процесс имеет такое же повсемест­ное распространение в океане, как и сам термоклин. В пред­ложенной Стоммелом модели глубинной циркуляции использовано предположение о том, что распространение глубинной воды вверх через тол­щу океана отчасти обеспечивается ее перемешиванием с вы­шележащими слоями. В некотором смысле речь идет о по­всеместном диффузном апвеллинге.

  Насколько быстрым может быть такой диффузный ап­веллинг? Если разделить поток, обусловленный даунвеллингом в зеленых дырах (30 млн. м3/с), на площадь всех океа­нов, то мы получим грубую оценку скорости диффузного апвеллинга — около 1 см/сут.

  Модель Стоммела была тут же взята на вооружение биологами, которые давно задавались вопросом, каким об­разом вдали от берега может поддерживаться даже мини­мальная первичная продукция при неизбежном уменьшении нитратов. Отчасти это возможно благодаря диффузному подъему богатых питательными веществами глубинных вод.