М.Г. Дєєв, канд. геогр. наук, старший науковийспівробітник кафедри океанології географічного факультету Московськогодержавного університету ім. М.В. Ломоносова
Морськільоди - наймолодший елемент кріосфери Землі. Час їхнього існуванняоцінюється приблизно в 700 тисяч років. До цього полярні, океанські і морськібасейни перебували в безледном режимі. Морський крижаний покрив спочаткуз'явився як продукт певної кліматичної епохи, але згодом сам ставважливою ланкою кліматичної системи планети. Тут розказано про причини появиморських льодів Північного півкулі, про умови їх існування і ролі вформуванні сучасного клімату.
Умови утворення та існування морських льодів
Необхіднеумова для утворення льоду на поверхні будь-якого водоймища - охолодженняповерхневого шару води до температури замерзання. Подібне охолодженняможливо усюди в областях з негативним радіаційним балансом, тобто там, денадходження короткохвильової сонячної радіації менше, ніж зустрічнедовгохвильове випромінювання земної поверхності1. Прихід радіаційного балансупереважає над витратою в екваторіальному і тропічних поясах, а витрата - вполярних районах. Рівність приходить і минає потоків тепла спостерігаєтьсяблизько 40-х паралелей обох півкуль. Отже, в областях, розташованихвище 40-х паралелей, в принципі можливе охолодження води до температуризамерзання, а значить, і утворення льоду.
Дійсно,в Північній півкулі щорічно спостерігається утворення морського льоду в Азовському,Аральському морях, північної частини Каспійського, північно-західній частині Чорного. Алев той же час льоди ніколи не утворюються в районах, розташованих значнопівнічніше, а саме в Норвезькому морі, на більшій частині площі гренландського ів південно-західній частині Баренцева морів. Часто виявляється вільним від морськихльодів район, розташований на захід від Шпіцбергена, майже на 80-й паралелі.Іншими словами, закон широтної зональності в просторовому поширенніморських льодів не дотримується. Звідси, випливає, що одного тільки охолодження поверхніводи для утворення морських льодів недостатньо.
Призниженні температури води відбувається еквівалентне збільшення її щільності, якевикликає конвективне перемішування. Охолоджена і більш щільна водазанурюється, а на зміну їй спливає менш щільна і тепліша. В подальшомувсе буде залежати від того, скільки тепла міститься в діяльному шарі моря, охопленомуконвекцією.
Крімцього процес охолодження поверхневого шару води в море може бути значноуповільнений, якщо існує горизонтальний потік тепла, привнось тепла морськимитечіями. Таке явище спостерігається в Північній Атлантиці. Теплі водиПівнічно-Атлантичного течії широким потоком вливаються в Північний Льодовитийокеан через акваторії Гренландського, Норвезького і Баренцового морів. Кількістьтепла, принесеного водами цієї течії, так велике, що практично виключаєможливість утворення льоду на більшій частині площі цих морів.
Перерахованівище замерзають акваторії південних морів Росії мають щонайменше дві особливості,відрізняють їх від океанських вод. Насамперед зазначимо, що замерзають тількимілководні акваторії. Найдрібніше з морів - Азовське, де найбільша глибинастановить 13 м, отже, теплозапасов його вод невеликий і з початком осінньоговихолажіванія швидко витрачається на нагрівання атмосферного повітря над морем.Головна ж особливість південних морів Росії в процесі льодоутворенняполягає в низькій солоності їх вод.
Взагальної гідрології існує поняття температури найбільшої щільності. Пріснавода має найбільшу щільність при температурі 4 В° С. Вода прісноводноговодойми, охолоджена до цієї позначки, занурюється в придонні шари і поступовозаповнює всю улоговину. Конвективне перемішування припиняється, одночаснорізко скорочується потік тепла з глибин до поверхні, де при триваючомуохолодженні швидко створюються умови для початку льодоутворення.
Заміру збільшення солоності температура найбільшої щільності поступовонаближається до нуля і при досягненні значення солоності 24, 7 ‰ порівнюється зтемпературою замерзання, яка при цій солоності дорівнює -1, 3 В° С. У морях зсолоністю нижче вказаної величини (їх води називають солонуватими) конвекціяпротікає по типу прісного водойми, у всіх інших, чиї води в повному розуміннісолоні морські, осінньо-зимова конвекція буде продовжуватися до тих пір, покився вода не охолоне до температури замерзання. Зокрема, тому вНорвезькому морі глибока конвекція і значний теплозапасов не дозволяютьпочатися процесу освіти морського льоду.
Те,що охолодження до температури замерзання йде довго, пояснюється дуже високоютеплоємністю води. Щоб температура знизилася на один градус, кожен грамводи повинен виділити 4, 2 Дж тепла. Крім того, щоб створити умови, достатнідля початку кристалізації, кожен грам води повинен виділити ще 334 Дж тепла -це теплота кристалізації.
Всолоному морі конвекція не припиняється і після початку льодоутворення. Припояві морського льоду більша частина солей витісняється з нього і у вигляді крапельконцентрованого розсолу занурюється у воду, підвищуючи її солоність, аотже, і щільність. Процес надходження солей в підлідний шар водиприпиняється тільки при дуже низьких температурах льоду, коли комірки ззалишилися розсолом виявляються ізольованими одна від одної і від водипрошарками прісного льоду. Таким чином, в глибокому океані, обладающемколосальним запасом тепла, процес льодоутворення надзвичайно утруднений, якщовзагалі можливий.
ВПівнічному Льодовитому океані освіту і існування льоду обумовлено наявністютонкого приповерхневого распресненного шару води, під яким спостерігаєтьсярізке збільшення солоності з глибиною, так званий шар стрибка солоності, абогалоклина. Глибина конвективного перемішування тим самим обмежується товщиноюприповерхневого распресненного шару, в більшості випадків від 50 до 100 м товщиною. Галоклина формує відповідний стрибок густини, який перешкоджає теплообмінуглибинних вод океану з водами приповерхневого распресненного шару. Томуможна сказати, що в Арктичному басейні процес льодоутворення відбуваєтьсятак само, як у дрібному море.
Коротка історія сучасного клімату
Клімат,як відомо, формується під впливом сукупності багатьохкліматоутворюючими факторів, найбільш важливими з яких вважаються світністьСонця і відстань до нього, ексцентриситет земної орбіти, положення земної осів просторі і кутова швидкість обертання Землі, географічний розподілматериків і океанів, висота суші над рівнем моря, загальна циркуляція атмосфери іокеану. Температурні умови на поверхні Землі, крім того, залежать відмаси атмосфери, обсягу океанічних вод, альбедо земної поверхні.Винятково важливим фактором стабілізації клімату слід вважати Світовийокеан, безперервне існування якого підтверджено на відрізку часу більштрьох мільярдів років.
Температурана поверхні Землі за останні три мільярди років не змінювалася такихсильних змін, які могли б виявитися згубними для існуванняземних форм життя. У всякому разі, у середньому на Землі завжди булитемпературні умови, що задовольняють збереженню великих обсягів рідкої води.Води Світового океану ніколи повністю не випаровувалися і не перетворювалися на лід.Періодично виникали на різних етапах історії Землі великі покривнізаледеніння, мабуть, відзначалися лише в тих випадках, коли в околополюснойрайоні опинявся континент, як це має місце сьогодні в Антарктиді іГренландії (її теж можна вважати невеликим континентом).
Розташуванняконтинентів і океанів, досить близьке до сучасного, встановилося до початкукайнозойської ери (близько 67 млн ​​років тому). У кайнозої клімат Землі бувнайбільш теплим в еоценову епоху, близько 55 млн років тому. Середня річнатемпература повітря в Європі в той час була вище 22 В° С (зауважимо, що вНині середня температура повітря на поверхні Землі близько 15 В° С).За даними палеоокеанологіі, температура глибинних вод в екваторіальному поясіТихого океану складала ...
