Вода и воздух полярных районов

Океан – вода и дно

О том, как выглядит поверхность материков, мы знаем, а вот что прячется на дне океана? Его образует земная кора океанического типа, сравнительно тонкая, простая и молодая. В рельефе дна Северного Ледовитого океана чередуются подводные хребты Ломоносова, Менделеева, Альфа, Гаккёля; эти и другие поднятия делят Арктический бассейн на глубокие котловины – Нансена, Амундсена, Макарова, Подводников, Канадскую и другие. Самое крупное из поднятий – хребет Ломоносова. Он возвышается над ложем котловин больше чем на 3,5 тысячи метров. Минимальная глубина океана над ним – 954 метра.

Северный Ледовитый океан – самый маленький из океанов, его площадь (14,75 миллиона квадратных километров) составляет всего около 4% от площади Мирового океана. Почти вся его акватория лежит за Полярным кругом и покрыта льдами. Поэтому, собственно, и выделили его в отдельный океан. Не будь льдов, он считался бы скорее всего частью Атлантики.

Он не только невелик, но и мелок. Средняя глубина Северного Ледовитого океана (1 225 м) меньше глубины других океанов. Почти 3/4 его находится в пределах подводных окраин материков – шельфа (от английского shelf – полка, уступ). Они относительно мелководны» имеют почти ровную поверхность и незначительные уклоны. Ширина шельфа местами достигает почти 1,5 тысяч километров (районы Новосибирских островов, Канадского Арктического архипелага). Отчасти поэтому здесь так много островов: на мелководье подводному поднятию легче стать островом, чем на большой глубине. А максимальная глубина океана – 5 527 м – в точке с координатами 79°11’с.ш., 20°42"в.д.

Рельеф дна Арктического бассейна 1 – Канадская котловина,2 – котловина Макарова, 3 – хребет Менделеева,4 – котловина Подводников, 5 – котловина Амундсена, 6 – хребет Ломоносова, 7 – хребет Гаккеля,8 – котловина Нансена

Кроме, широкого шельфа, на дне океана есть крутой материковый склон – громадный обрыв, где шельф заканчивается и начинается дно Арктического бассейна – центральной глубоководной области океана. Оно не ровное: здесь есть гигантские подводные хребты.

Так выглядит та гигантская чаша, в которой собрались воды Северного Ледовитого океана.

Объем этих вод – чуть больше 18 миллионов кубических километров. Ледовитый – самыд маленький из океанов Земли. Основную массу воды приносят сюда из Атлантики Северо–Атлантическое, Западно–Шпицбергеновское и другие течения.. Теплые атлантические воды поднимают температуру воздуха в окрестностях Северного полюса на 8–10°С по сравнению с расположенными на 200 километров южнее Новосибирскими островами.

Еще примерно 30 тысяч кубических километров воды приходит в Северный Ледовитый океан из Тихого (через Берингов пролив). Около 5 тысяч кубических километров приносят реки, впадающие в океан. Реки большие (например, Обь и Енисей), а воды пресные. И попадает их в океан втрое больше, чем в р ругие. Пресные воды замерзают при температуре 0°С, соленая вода морей замерзает при более низкой температуре. Поэтому реки ускоряют процесс образования льдов, а течения выносят льды, переполняющие котловину океана, за его пределы.

Поскольку вода поступает в океан из различных источников, ее температура и соленость – разные в разных частях океана. Случаются поэтому резкие контрасты температуры и солености вод в верхних слоях. Теплые и более соленые атлантические воды сталкиваются с холодными и менее солеными арктическими. В местах такого столкновения появляются гидрологические фронты – вытянутые зоны на границах водных масс, имеющих разные температуры и солености.

На этих фронтах происходят резкие изменения погоды, часты туманы. Здесь же появляются большие скопления питательных веществ, а потому – планктона, рыбы и морского зверя. Здешние фронты – самые протяженные и устойчивые во всем Мировом океане.

Озоновые дыры

Наблюдения за составом воздуха проводятся давно, уже не первое десятилетие. И по мере того, как появляются новые способы и методы наблюдений, мы узнаем все больше нового, интересного и часто – важного. В частности, наблюдения со спутников показали, что с конца 1970–х годов над Антарктидой происходит постоянно нарастающее утончение озонового слоя. Потери происходят обычно весной, потом частично восстанавливаются, но составляют за сентябрь–октябрь около 70%! Большая часть озона теряется на высотах от 12 до 30 километров. Эти потери и назвали озоновой дырой. .

По поводу причин ее возникновения шли жаркие споры. Может быть, воздушные течения в атмосфере приводят к тому, что озон уносится вверх и в стороны? Похоже, что дело не в этом: по наблюдениям за многими составными частями воздуха удалось определить, что воздух ведет себя не так; наоборот, он приходит сверху, где озона много.

Изображение озоновой дыры

Может, соединения азота вступали с озоном в химические реакции и разрушали его, присоединяя к себе? Тоже, видимо, нет – таких соединений становится меньше вместе с озоном, а должно было бы становиться больше.

Наиболее же вероятно, что к разрушению озона причастен хлор. Сам по себе хлор – тяжелый и ядовитый газ зеленого цвета. Но, несмотря на ядовитость, он довольно широко используется людьми (для дезинфекции воды, например). Но с озоном взаимодействует не сам хлор, а его соединения, тоже газы, но искусственного происхождения. Они использовались (а кое–где продолжают использоваться) в холодильниках и аэрозольных баллончиках.

Попадая в атмосферу, они постепенно уходят в верхние ее слои. Там ультрафиолетовое излучение Солнца разрывает их на части, хлор высвобождается. Он–то и взаимодействует с озоном.

При этом на большой высоте (около 20 километров) образуются облака, имеющие длину до 100 километров. Они светятся, переливаясь подобно морским раковинам. За это исследователи назвали их перламутровыми. Кроме них в полярных районах Земли обнаружили и другие облака. Одни – состоящие не из чистой воды, а из азотной кислоты. А другие похожи на перламутровые, но не переливаются. Все вместе их стали называть полярными стратосферными облаками.

И оказалось, что все эти облака вместе с хлором участвуют в процессе утонынения озонового слоя. Поэтому дыры и появляются над полюсами – там хлору помогают облака.

Хотя и без облаков хлорсодержащих веществ выбрасывается в процессе деятельности людей столько, что их оказывается достаточно для образования дыр над крупными промышленными центрами, например такими, как Москва. Но нет худа без добра: та же промышленность выбрасывает в воздух тучи пыли, которые отражают солнечный свет и не дают ультрафиолету пробиться к Земле.

Что ожидает людей в связи с появлением озоновых дыр? Пока – ничего хорошего. Хлорсодержащие вещества в холодильниках и баллончиках стали заменять на безобидные, но сколько старых холодильников продолжает работать! А кроме того, такие же газы выделяются из пенопласта, из некоторых растворителей и других веществ. И хотя в 1987 году многие развитые страны договорились сократить производство таких веществ, пока их попадает в атмосферу более, чем достаточно. А каков будет результат? Неизвестно.

Парниковый эффект

Не один лишь озон обладает специфическими и зачастую важными свойствами. Таков и углекислый газ, хорошо знакомый нам по пузырькам в газированной воде.

Одно из его свойств заключается в том, что он с легкостью пропускает сквозь себя солнечный свет, но не пропускает тепла. Поэтому Солнце беспрепятственно освещает и нагревает поверхность Земли. Но когда нагревшаяся Земля начинает остывать (как любое другое горячее тело), углекислый газ не позволяет теплу уходить от нее в космос, и оно остается на планете.

Практически то же самое происходит в парниках (теплицах). Только роль углекислого газа здесь играет стекло или полиэтиленовая пленка, которыми закрыт парник. Сквозь них тоже проходит свет, нагревая грядки внутри теплицы. А вот остыть им трудно – тепло задерживается внутри. Поэтому действие углекислого газа и называют парниковым эффектом.

Сейчас в нашем воздухе очень немного углекислого газа – гораздо меньше, чем 1%. Но если бы его не было вообще, средняя температура на Земле была бы ниже примерно на 25°С. Температура на экваторе (там, где сейчас растут джунгли!) опустилась бы практически до 0°С. А в Подмосковье температура поднималась бы выше нуля только на несколько недель в середине лета – только мхи и лишайники способны выжить в таком климате.

Круговорот углекислого газа

А вот на Венере (похожей на Землю и размерами, и тем, что у нее есть атмосфера) углекислого газа много. И парниковый эффект очень силен. К тому же Венера ближе, чем Земля, к Солнцу, и солнечного света на нее попадает больше. В результате температура поверхности Венеры очень высокая – до 400°С. А уже при 100°С закипает вода! Понятно, что существам, похожим на земные, здесь не выжить (за исключением, может быть, некоторых микроорганизмов).

Таким образом, рост и таяние ледников могут оказаться связаны с количеством углекислого газа в воздухе. А оно и в самом деле меняется. Когда углекислого газа много и на Земле тепло, в морях начинают бурно размножаться мелкие морские организмы – им очень комфортно в теплом климате. И каждый такой организм строит свой скелет или панцирь, забирая для этого некоторые вещества из окружающей среды – морской воды. Особенно много, в этой воде растворенного углекислого газа. Чем больше организмов – тем больше углекислого газа они забирают. А когда они умирают, газ не выделяется обратно – он уже превращен ими в другое вещество, которое вместе с их останками падает на дно и превращается в известняк.

Углекислого газа в атмосфере становится меньше, на Земле холодает, начинается очередное оледенение. Обитатели теплых морей погибают, и потребление газа уменьшается. Постепенно его становится все больше, и на планете опять становится теплее. Оледенение сменяется межледниковьем. И все начинается сначала.

Откуда же попадает в атмосферу Земли углекислый газ? Его в очень больших количествах выбрасывают при извержениях вулканы.

Часть его приходит, вероятно, из глубоких недр, а часть захватывается вулканическими породами из тех самых известняков, которые образовались на дне морей и океанов. Таким образом, на нашей планете действует круговорот углекислого газа, и в зависимости от того, сколько его в данное время находится в воздухе, на Земле либо царствует холод, либо становится тепло. Иногда – даже гораздо теплее, чем в настоящее время.