Образование льда в морской воде

С увеличением солёности температура, при которой вода имеет наибольшую плотность постепенно приближается к температуре замерзания и при солёности 24,695%о они становятся равны (-1,33°С).

При дальнейшем увеличении солёности температура наибольшей плотности воды становится ниже точки замерзания. При 35%о максимальная плотность воды наблюдается при -3,5°С, а замерзает она при -1,9°С. Следовательно, вертикальная конвекция должна распространяться на всю глубину бассейна. Это означает, что в море (в отличие от пресных водоёмов) в результате только охлаждения поверхностного слоя воды лёд образоваться не может до тех пор, пока не охладится вся толща воды. В реальных условиях из-за тёплых течений и высокой теплоёмкости воды в достаточно глубоких морях (за пределами шельфа) образование льда принципиально невозможно. Это не относится к малосолёным морям, где термическая конвекция происходит по пресноводному типу. Из российских морей к последним относятся полностью Чёрное, Азовское, Каспийское, Балтийское, Белое, южные части Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского, а также закрытые бухты и заливы некоторых других районов.

Тем не менее, как мы знаем, лёд образуется. Причина этого — наличие распреснён- ного поверхностного слоя. Фактически, конвективное перемешивание охватывает только этот опреснённый слой, имеющий форму линзы. Плотность воды в этой линзе существенно меньше, чем глубже: изменение плотности воды в результате изменения температуры на 5°С (от 0 до +5°С) эквивалентно изменению плотности в результате изменения солёности на 0,534%о (Tomczak, 2000). Поэтому на нижней границе распреснённой линзы образуется очень резкий пикноклин, делающий невозможной вертикальную циркуляцию. Фактически, конвективное перемешивание охватывает только этот опреснённый поверхностный слой. Распространение плавучих льдов весьма хорошо совпадает с границей этой распреснённой линзы (рис.

Согласно одной из гипотез (Захаров, 1978), образование ледового покрова Северного полушария связано с формированием распреснённой линзы. Происходило это следующим образом. Как и в Южном полушарии, увеличение градиента температуры в конце кайнозоя привело к возрастанию роли полярных районов как конденсаторов влаги, что привело также к увеличению стока высокоширотных рек. Всё возрастающий объём пресной воды начал поступать в Северный Ледовитый океан и постепенно он превысил её потери с испарением и образовалась распреснённая линза. В настоящее время испарение в Северном Ледовитом океане можно считать ничтожным, тогда как пресный сток лишь немногим меньше, чем в Индийском океане. Как только возникла распреснённая линза, образование ледового покрова в Северном Ледовитом океане стало неизбежным и была запущена существующая сейчас автоколебательная система, для которой характерно периодическое оледенение материков. Механизм её функционирования следующий. Появившаяся и растущая опреснённая поверхностная водная масса прекращает поступление в атмосферу тепла, приносимого тёплыми течениями. Это приводит к дальнейшему охлаждению Северного полушария, дальнейшему росту градиента, материкового стока и опреснённой линзы — т. е. система работает с положительной обратной связью. В результате на севере Европы и Америки формируются ледники. По мере разрастания ледовых щитов, над ними формируются антициклоны, всё сильнее отклоняющие к югу идущие с океанов (в Европе — из Атлантики) циклоны, несущие воду. Это приводит к уменьшению осадков и материкового стока. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению распреснённой линзы и увеличению притока тепла в Северный Ледовитый океан, вызывающего разрушение ледниковых щитов Европы и Северной Америки. Затем цикл повторяется.

Исходя из изложенной гипотезы, интересные и неожиданные последствия будет иметь осуществление время от времени предлагаемого поворота Северных рек. В результате переброски части их стока из бассейна Северного Ледовитого океана в бессточный среднеазиатский бассейн, пресный сток в Северный Ледовитый океан уменьшится, соответственно уменьшится и опреснённая линза.

Возникновение Антарктического ледника имеет иные причины, хотя и здесь также имеет место образование распреснённой линзы. Антарктида расположена в районе полюса не менее 100 млн. лет, однако оледенение там развилось гораздо позднее — примерно 25 млн. лет назад. Похолодание же началось значительно раньше. Существовавшая в мезозое и начале кайнозоя система течений от экватора к полюсу обеспечивала низкий температурный градиент экватор - полюс. Возрастание этого градиента обусловлено возникновением циркумантарктического течения, идущего по 40-50° ю. ш. вокруг Антарктиды. Это течение изолирует Антарктиду делая невозможным перенос тепла течениями от экватора. Становление циркумантарктического течения происходило постепенно, по мере установления географической изоляции Антарктиды в результате дрейфа материков. Первоначально Антарктида составляла единый материк с Австралией и Южной Америкой. Примерно 50-55 млн. лет назад произошло отделение Австралии от Антарктиды (рис. 1.20). Около 38 млн. лет назад углубился пролив к югу от Тасмании, а около 25 млн. лет назад образовался глубоководный пролив Дрейка между Антарктидой и Южной Америкой. Этот момент и является временем рождения циркумантарктического течения (окончательно оно сформировалось только 12-15 млн. лет назад). С этого момента существовавшие и ранее горные ледники Антарктиды превратились в единый покровный ледниковый щит — началось оледенение Антарктиды. Увеличение градиента температуры в конце кайнозоя привело к возрастанию роли полярных районов как конденсаторов влаги, а

Рис. 1.20. Становление циркумантарктического течения.

лед снижает температуру соседних районов, т.

В обоих случаях (в Северном и Южном полушарии), оледенение возникло из-за ослабления переноса тепла течениями от экватора к полюсу. Обязательным условием этого является расположение материков в приполярных районах.

В заключение разговора о температуре вернемся ещё раз к карте поверхностных температур (рис. 1.2). Даже на столь схематичной карте видно, что расстояние между изотермами неодинаково. В некоторых районах изотермы сгущены. Особенно резкие градиенты свойственны районам контакта теплых и холодных течений, например у северо-западного побережья Атлантики. В других районах расстояние между изотермами больше среднего. То же наблюдается и на вертикальных разрезах — сравнительно однородные слои сменяются слоями пикноклинов. Иными словами, выделяются районы, условия внутри которых меняются плавно и незначительно. Эти районы разделены зонами резких градиентов. В первом и грубом приближении можно сказать, что в каждом из таких районов формируется своя биота, а зоны резких градиентов соответствуют границам между ними.