«Исследования вод Мирового океана. Профессия океанолог. Соленость и температура океанических вод. Океанические течения» — тема урока 2 по географии в 6 классе, предусмотренная Федеральной рабочей программой основного общего образования. На уроке школьники узнают, как исследуют океан, чем занимается океанолог, от чего зависят солёность и температура морской воды, почему возникают течения и как они влияют на природу Земли и жизнь людей.
Мировой океан занимает большую часть поверхности планеты, но остаётся изученным неравномерно. Спутники ежедневно наблюдают его поверхность, исследовательские суда измеряют свойства воды, автоматические буи работают вдали от берегов, а глубоководные аппараты опускаются туда, где человек не может находиться без защиты. Полученные данные помогают составлять прогнозы погоды, следить за климатом, искать безопасные морские маршруты и оценивать состояние океанических экосистем.
Мировой океан как единая система
Мировой океан — непрерывное водное пространство Земли, окружающее материки и острова. Границы между отдельными океанами проведены условно: вода, тепло, соли и живые организмы перемещаются из одного бассейна в другой.
В океане происходят процессы разного масштаба. Волны могут существовать секунды и минуты, приливы регулярно повторяются, течения переносят воду на тысячи километров, а глубокая циркуляция охватывает всю планету и развивается десятилетиями и столетиями. Чтобы понять эту систему, учёные одновременно измеряют температуру, солёность, плотность, глубину, скорость течений, высоту волн, состав воды и состояние организмов.
| Характеристика | Краткое значение |
|---|---|
| Площадь Мирового океана | Около 361 млн км² |
| Доля поверхности Земли | Около 71 % |
| Средняя глубина | Примерно 3,7 км |
| Средняя солёность | Около 35 ‰ |
| Главный источник энергии поверхностных процессов | Солнечное излучение |
| Основные причины течений | Ветер, различия плотности, вращение Земли, очертания берегов и рельеф дна |
Почему океан трудно исследовать
Океан огромен, а условия в нём быстро меняются. Одно судно может подробно изучить только узкую полосу. Штормы мешают измерениям, морская вода вызывает коррозию приборов, а на большой глубине действует колоссальное давление.
Солнечный свет проникает лишь в верхнюю часть водной толщи. Глубже царит темнота, температура обычно низкая, а связь с аппаратом осложнена. Радиоволны плохо проходят через воду, поэтому для подводной связи и определения расстояний часто используют звук.
Данные необходимо получать в разные сезоны и на разных глубинах. Одно измерение температуры не описывает океан: показатели меняются утром и вечером, зимой и летом, у поверхности и у дна. Поэтому океанология опирается на длительные наблюдения и совместную работу многих стран.
Как люди изучали океан
Первые знания накапливали мореплаватели и рыбаки. Они отмечали направление ветров и течений, глубины возле берегов, время приливов, опасные рифы и участки скопления рыбы. Наблюдения передавались между поколениями и наносились на морские карты.
Долгое время глубину измеряли лотом — грузом на размеченной верёвке или тросе. При касании дна определяли длину опущенного участка. Способ подходил для мелководья, но на больших глубинах был медленным и неточным.
В XIX веке начались комплексные научные экспедиции. Исследователи стали систематически измерять температуру, брать пробы воды и донного грунта, описывать морских животных. Экспедиция британского судна «Челленджер» 1872–1876 годов считается одним из важнейших этапов становления современной океанографии. Учёные прошли почти по всем океанам и собрали огромный объём сведений о глубинах, составе воды и жизни в море.
В XX веке появились эхолоты, подводные лодки, батискафы, электронные датчики и искусственные спутники. Сегодня измерения передаются автоматически, а цифровые модели объединяют миллионы наблюдений.
Современные методы исследования океана
Исследовательские суда
Научное судно служит плавучей лабораторией. На нём размещают приборы для отбора воды и грунта, химического анализа, измерения течений и наблюдения за организмами. С борта опускают аппаратуру на тросах, запускают буи и автономные роботы.
Один из главных приборов — комплекс CTD. Английские буквы обозначают электропроводность, температуру и глубину. По электропроводности рассчитывают солёность, давление показывает глубину, а термометр фиксирует температуру. Датчики устанавливают внутри металлической рамы вместе с цилиндрами для отбора воды с выбранных горизонтов.
Эхолот и гидролокатор
Эхолот посылает звуковой импульс ко дну и принимает отражённый сигнал. Зная скорость звука в воде и время его движения, прибор вычисляет глубину. Многолучевой эхолот отправляет веер сигналов и позволяет строить подробную карту рельефа дна.
Гидролокаторы обнаруживают подводные объекты, косяки рыб и неоднородности в толще воды. Точность зависит от температуры, солёности и давления, потому что эти свойства меняют скорость распространения звука.
Автоматические буи и дрейфующие приборы
Закреплённые буи работают в одной точке и измеряют волнение, ветер, температуру и другие показатели. Дрейфующие буи перемещаются вместе с водой и помогают определить направление поверхностных течений.
Особое значение имеют автономные поплавки международной системы Argo. Они погружаются примерно до двух километров, затем поднимаются, измеряя температуру и солёность. На поверхности прибор передаёт данные через спутник и начинает новый цикл. Тысячи таких поплавков позволяют наблюдать большие районы океана.
Спутниковые наблюдения
Спутники быстро обследуют всю поверхность океана. Они измеряют температуру верхнего слоя, высоту морской поверхности, цвет воды, площадь морского льда, скорость ветра и уровень моря. По небольшим различиям высоты поверхности можно судить о течениях и вихрях.
Спутник не видит всю глубокую толщу и не определяет каждое вещество напрямую. Поэтому космические сведения сопоставляют с данными буёв, судов и береговых станций.
Подводные аппараты и океанические глайдеры
Обитаемые аппараты перевозят исследователей, но требуют сложной системы безопасности. Дистанционно управляемые роботы соединены с судном кабелем: оператор получает изображение, направляет аппарат и управляет манипуляторами.
Автономные подводные аппараты работают по программе без постоянного кабеля. Глайдеры меняют плавучесть, медленно погружаются и поднимаются, превращая вертикальное движение в поступательное. Они расходуют мало энергии и долго собирают данные.
Кто такой океанолог
Океанолог — специалист, изучающий природные процессы в Мировом океане. В русском языке термин «океанология» обозначает комплекс наук об океане. Слово «океанография» иногда используют как близкое по смыслу, а иногда — для описания и картографирования океанических характеристик.
Океанолог не просто путешествует на научном судне. Большая часть работы связана с подготовкой наблюдений, настройкой приборов, проверкой качества данных, расчётами, созданием карт и моделей. Экспедиция даёт исходные измерения, а их обработка может продолжаться месяцами.
Что изучают океанологи
- Физическая океанология исследует течения, волны, приливы, температуру, солёность, плотность и обмен теплом.
- Химическая океанология изучает соли, газы, питательные вещества, загрязнители и химические реакции в воде.
- Морская геология рассматривает строение дна, осадки, подводные вулканы и движение литосферных плит.
- Биологическая океанология исследует организмы, пищевые связи и условия существования морских экосистем.
- Морская метеорология изучает обмен теплом и влагой между океаном и атмосферой.
Где работает океанолог
Океанологи работают в научных институтах, университетах, гидрометеорологических службах, морских экспедициях, природоохранных организациях и компаниях, связанных с морским транспортом. Одни специалисты проводят измерения в море, другие анализируют спутниковые снимки, программируют модели или исследуют пробы в лаборатории.
Профессия требует знаний географии, физики, химии, биологии, математики и информатики. Для экспедиционной работы важны аккуратность, умение действовать в команде и соблюдение правил безопасности.
Зачем нужна работа океанолога
Наблюдения помогают прогнозировать штормы и распространение загрязнений, уточнять морские карты, оценивать рыбные ресурсы и следить за изменением климата. Температура и течения влияют на атмосферу, поэтому океанические данные повышают точность погодных прогнозов.
Что такое солёность океанической воды
Солёность показывает содержание растворённых солей в воде. В школьной географии её традиционно выражают в промилле — тысячных долях. Средняя солёность океана около 35 ‰. Это означает, что в одном килограмме воды в среднем содержится приблизительно 35 граммов растворённых солей.
Главную долю составляет хлорид натрия, знакомый как поваренная соль. Также присутствуют соли магния, кальция, калия и другие вещества. Соотношение основных солей в открытом океане довольно устойчиво, хотя общая их концентрация различается.
Соли поступают с речным стоком, подземными водами, атмосферной пылью и гидротермальными источниками на дне. Реки растворяют минералы горных пород и несут вещества в океан. Часть солей извлекают организмы, часть осаждается на дно, но общий запас остаётся огромным.
От чего зависит солёность
Главное значение имеет соотношение испарения и поступления пресной воды. При сильном испарении вода уходит в атмосферу, а соли остаются, поэтому солёность растёт. Дожди, речной сток и таяние льда разбавляют морскую воду.
В тропических и субтропических широтах много солнечного тепла и в некоторых областях мало осадков. Здесь поверхностная солёность часто выше средней. У экватора испарение велико, но обильные дожди снижают концентрацию солей. В полярных районах таяние льда опресняет верхний слой, а образование морского льда, наоборот, оставляет большую часть соли в воде.
У устьев крупных рек образуются зоны пониженной солёности. В почти замкнутых морях показатель зависит от связи с океаном, количества рек и климата. В Балтийском море вода значительно менее солёная, чем в открытом океане, потому что сюда впадает много рек, а водообмен через узкие проливы ограничен. В Красном море жарко, испарение велико, рек почти нет, поэтому солёность повышена.
| Процесс | Изменение солёности поверхностной воды |
|---|---|
| Сильное испарение | Повышает |
| Обильные осадки | Понижают |
| Речной сток | Понижает |
| Таяние морского льда | Понижает |
| Образование морского льда | Повышает солёность окружающей воды |
| Обмен с открытым океаном | Выравнивает различия |
Как измеряют солёность
Раньше пробу выпаривали и взвешивали оставшиеся соли. Современные приборы определяют электропроводность: чем больше в воде растворённых ионов, тем лучше она проводит электрический ток. Результат зависит и от температуры, поэтому датчик одновременно измеряет несколько параметров.
В океанологии часто используют практическую солёность, которую рассчитывают по электропроводности. Для школьного объяснения достаточно промилле, но в научных данных можно встретить значение без единицы или запись в граммах на килограмм.
Температура океанических вод
Температура поверхности прежде всего зависит от широты и количества солнечной энергии. В экваториальных и тропических районах вода обычно тёплая, а к полюсам становится холоднее. Однако распределение нарушают течения, ветры, облачность, глубина и сезон.
Океан нагревается сверху. Свет и тепло в основном поглощаются в верхнем слое, а перемешивание распространяет энергию глубже. Во время шторма волны и турбулентность усиливают перемешивание. При спокойной погоде поверхность может быстро прогреться.
В умеренных широтах летом верхняя вода теплеет, а зимой остывает и перемешивается. В тропиках сезонные различия меньше. Возле берегов температура меняется быстрее, особенно на мелководье.
Как температура меняется с глубиной
В верхнем перемешанном слое температура сравнительно однородна. Ниже часто располагается термоклин — слой быстрого падения температуры с глубиной. Ещё ниже находится холодная глубокая вода, свойства которой меняются медленно.
В тропических широтах термоклин может сохраняться круглый год. В умеренных районах летом возникает сезонный термоклин, а зимние штормы разрушают его. В полярных морях вся толща уже холодная, поэтому распределение устроено иначе.
На больших глубинах температура большей части океанической воды находится примерно в пределах от 0 до 3 °C. Исключение создают гидротермальные источники: рядом с выходом глубинного тепла вода очень горячая, но быстро смешивается с холодной окружающей водой.
При какой температуре замерзает морская вода
Растворённые соли понижают температуру замерзания. Океаническая вода средней солёности начинает замерзать примерно при −1,9 °C, а не при 0 °C, как чистая пресная вода.
При образовании кристаллов льда большая часть соли остаётся в окружающей воде. Она становится солонее и плотнее, может опускаться и участвовать в глубинной циркуляции. Молодой морской лёд всё же содержит рассол в порах, а с возрастом часть соли из него уходит.
Связь температуры, солёности и плотности
Плотность показывает массу вещества в единице объёма. Холодная морская вода обычно плотнее тёплой, а солёная — плотнее менее солёной. Поэтому охлаждение и увеличение солёности способствуют погружению воды.
Если тёплый лёгкий слой лежит над холодным плотным, толща устойчива и перемешивается медленно. Если поверхность сильно охлаждается и тяжелеет, вода опускается, а на её место поднимается другая. Такие движения участвуют в образовании глубоких водных масс.
Водная масса — большой объём океанической воды с характерными температурой и солёностью, сформировавшийся в определённом районе. По этим признакам океанологи прослеживают путь воды далеко от места образования.
Что такое океанические течения
Океаническое течение — направленное перемещение больших масс воды на значительные расстояния. Течения напоминают реки лишь условно: они не имеют твёрдых берегов, могут быть очень широкими и постепенно смешиваются с окружающей водой.
На картах тёплые течения обычно показывают красными стрелками, холодные — синими. Тёплым называют течение, которое переносит воду теплее окружающей для данной широты, холодным — воду холоднее окружающей. Название определяется не абсолютной температурой, а сравнением.
Почему возникают течения
Постоянные ветры
Пассаты и западные ветры длительно действуют на поверхность океана и увлекают верхний слой. Так формируются крупные системы поверхностных течений. Сезонные муссоны способны менять направление потоков, особенно в северной части Индийского океана.
Вращение Земли
Из-за вращения Земли движущаяся вода отклоняется. В Северном полушарии — вправо относительно направления движения, в Южном — влево. Это проявление силы Кориолиса. У экватора отклонение слабее, к полюсам сильнее.
Очертания материков и рельеф дна
Берега преграждают путь потоку и заставляют его поворачивать. Проливы сужают движение и могут ускорять воду. Глубинные течения огибают подводные хребты, проходят через впадины и пороги.
Различия плотности
Неодинаковые температура и солёность создают разную плотность. Холодная солёная вода опускается, а менее плотная поднимается или растекается над ней. Так возникает термохалинная циркуляция: thermo означает «тепло», haline — «солёность».
Крупнейшие поверхностные течения
Гольфстрим переносит тёплую воду из района Мексиканского залива вдоль восточного побережья Северной Америки. Далее поток продолжается в системе Северо-Атлантического течения и отдаёт тепло атмосфере.
Лабрадорское течение несёт холодную воду на юг вдоль берегов Лабрадора и Ньюфаундленда. В районе встречи с тёплыми водами часто возникают туманы, а смешение способствует развитию богатых рыбой районов.
Куросио — тёплое течение у восточных берегов Тайваня и Японии. Его иногда сравнивают с Гольфстримом Тихого океана. Холодное Оясио движется с севера и встречается с Куросио, создавая контраст температур и благоприятные условия для морской жизни.
Перуанское течение, или течение Гумбольдта, направляется к экватору вдоль западного побережья Южной Америки. Оно холодное и связано с подъёмом глубинных вод. Эти воды богаты питательными веществами, поэтому район отличается высокой рыбопродуктивностью.
Бенгельское течение переносит холодную воду вдоль юго-западной Африки. Оно также связано с подъёмом глубинных вод. Холодная поверхность уменьшает испарение и влияет на сухость прибрежного климата.
Течение Западных Ветров окружает Антарктиду и соединяет Атлантический, Индийский и Тихий океаны. Ему почти не мешают материки, поэтому оно образует мощный кольцевой поток.
Тёплые и холодные течения на климатической карте
Тёплые течения повышают температуру воздуха над водой, усиливают испарение и могут приносить к берегам больше влаги. Холодные течения охлаждают нижние слои воздуха, уменьшают испарение и иногда способствуют образованию туманов.
Воздействие зависит от направления ветров, рельефа и положения берега. Нельзя объяснить климат территории одним течением, но оно является важной частью общей системы.
На одинаковой широте западные берега Европы зимой мягче некоторых районов восточной Канады. Одной из причин служит перенос тепла в Северной Атлантике и преобладание западных ветров. У западных берегов Южной Америки и Африки холодные течения связаны с прохладным и сухим воздухом.
Подъём глубинных вод
Апвеллинг — подъём холодной глубинной воды к поверхности. Он возникает, когда ветер отгоняет поверхностную воду от берега или когда потоки расходятся. На её место поднимается вода из глубины.
Глубинная вода содержит минеральные питательные вещества, образовавшиеся при разложении органических остатков. У поверхности достаточно света, поэтому после подъёма веществ быстро развивается фитопланктон. Он служит началом пищевых цепей, и районы апвеллинга богаты рыбой.
Обратный процесс называют даунвеллингом: поверхностная вода сходится и погружается. Так кислород переносится в более глубокие слои.
Глубинная циркуляция Мирового океана
В высоких широтах Атлантики и возле Антарктиды вода сильно охлаждается. При образовании льда окружающая вода становится солонее и плотнее. Тяжёлая вода опускается и распространяется по океанским впадинам.
В других районах глубокие воды медленно поднимаются, смешиваются и возвращаются в поверхностные течения. Общую систему иногда называют глобальным океаническим конвейером. Это упрощённый образ: в реальности существует множество ветвей, вихрей и зон смешения.
Глубинная циркуляция переносит тепло, кислород, углерод и питательные вещества. Полный путь воды может занимать сотни лет, поэтому океан хранит память о прошлых климатических условиях.
Как течения влияют на живые организмы
Течения переносят личинки, планктон, питательные вещества и кислород. Они соединяют удалённые экосистемы, но могут переносить загрязнения и чужеродные виды.
На границах течений вода перемешивается, а условия часто благоприятны для планктона и рыб. Морские животные используют течения во время миграций, экономя энергию. Изменение температуры способно смещать районы нереста и кормления.
Значение течений для человека
Мореплаватели с давних времён учитывали течения при выборе маршрута. Попутный поток ускоряет судно и уменьшает расход топлива, встречный — замедляет. Современная навигация использует карты и оперативные прогнозы течений.
Течения определяют распространение нефтяных пятен, плавающего мусора и других загрязнителей. При аварии океанологи рассчитывают вероятный путь загрязнения, чтобы защитить берега и организовать работы.
Температура поверхности океана влияет на образование тропических циклонов. Для их развития нужна обширная область очень тёплой воды и другие подходящие условия в атмосфере. Наблюдения за океаном помогают метеорологам оценивать запас энергии для шторма.
Как составляют карты температуры, солёности и течений
Учёные собирают измерения с судов, буёв, поплавков, береговых станций и спутников. Каждой точке соответствуют координаты, время, глубина и показания приборов. После проверки сведения наносят на карту.
Линии равной температуры называют изотермами, линии равной солёности — изогалинами. Направление течений показывают стрелками, а цветом или толщиной можно передать скорость. Вертикальные разрезы изображают изменение свойств от поверхности ко дну.
Между точками наблюдений остаются промежутки. Компьютерная модель рассчитывает вероятные значения с учётом физических законов, но результат проверяют новыми измерениями. Чем больше качественных данных, тем точнее карта и прогноз.
Почему океан наблюдают постоянно
Океан изменчив. Сезонное прогревание, шторм, таяние льда или изменение ветра способны быстро поменять условия. Редкая экспедиция даёт подробный снимок отдельного района, но не показывает весь ход событий.
Непрерывные системы наблюдений позволяют замечать долгосрочные изменения уровня моря, температуры и содержания тепла. Такие данные необходимы для оценки климата и проверки моделей.
Единые международные правила измерений делают результаты сопоставимыми. Если приборы откалиброваны по-разному или время указано неточно, объединить наблюдения трудно. Поэтому океанология требует строгой записи условий каждого измерения.
Основные понятия урока
| Понятие | Определение |
|---|---|
| Океанология | Комплекс наук о природных процессах в Мировом океане |
| Океанолог | Специалист, изучающий воды, дно, атмосферное взаимодействие и жизнь океана |
| Солёность | Содержание растворённых солей в воде |
| Промилле | Одна тысячная доля, обозначаемая знаком ‰ |
| Термоклин | Слой быстрого изменения температуры воды с глубиной |
| Океаническое течение | Направленное перемещение больших масс океанической воды |
| Апвеллинг | Подъём холодной глубинной воды к поверхности |
| Термохалинная циркуляция | Движение воды, связанное с различиями температуры, солёности и плотности |
Часто задаваемые вопросы
Чем океанолог отличается от моряка?
Моряк управляет судном или обслуживает его системы, а океанолог проводит научные наблюдения и анализирует природные процессы. Во время экспедиции они работают вместе.
Какова средняя солёность Мирового океана?
Средняя солёность составляет около 35 ‰, то есть примерно 35 граммов растворённых солей на один килограмм воды. В разных районах показатель отличается.
Почему океан солёный, если реки пресные?
Речная вода содержит небольшое количество растворённых веществ, принесённых с суши. В океане вода испаряется, а соли остаются и участвуют в длительном обмене между водой, дном и организмами.
Где океаническая вода самая тёплая?
Самые высокие поверхностные температуры обычно наблюдаются в тропических и экваториальных районах, но распределение меняют течения, сезоны и ветры.
Почему в глубине холодно?
Солнечная энергия нагревает главным образом поверхность. Значительная часть глубинной воды образуется в холодных высоких широтах, погружается и медленно распространяется по океану.
Чем тёплое течение отличается от холодного?
Тёплое течение приносит воду теплее окружающей для данной широты, холодное — холоднее. Даже «тёплая» вода в высоких широтах может быть прохладной по обычным ощущениям.
Можно ли увидеть течение со спутника?
Спутник фиксирует температуру поверхности, высоту воды, цвет и шероховатость. По этим признакам учёные определяют положение крупных течений и вихрей, но глубинные измерения дают поплавки и суда.
Что сильнее влияет на течения: ветер или солёность?
Поверхностную циркуляцию главным образом создают ветры и вращение Земли. Глубинное движение во многом связано с плотностью, которая зависит от температуры и солёности. Все причины действуют совместно.
Выводы
Мировой океан исследуют с помощью научных судов, эхолотов, буёв, спутников, поплавков и подводных аппаратов. Каждый способ даёт свою часть картины: спутник быстро наблюдает поверхность, судно подробно изучает выбранный район, а автоматический прибор долго работает без человека.
Океанолог изучает физические, химические, геологические и биологические процессы. Солёность воды зависит от испарения, осадков, речного стока, таяния и образования льда. Температура определяется солнечным нагревом, широтой, сезоном, глубиной и движением воды.
Океанические течения возникают под действием ветра, вращения Земли, различий плотности, берегов и рельефа дна. Они перераспределяют тепло и вещества, влияют на климат, живые организмы, судоходство и распространение загрязнений. Поэтому постоянные исследования океана необходимы для понимания природы всей планеты.
