Океан (от греч. Ωκεανός, Okeanys, от имени древнегреческого божества Океана) - крупнейший водный объект, составляющая часть Мирового океана, расположенный среди материков, обладающий системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями. Площадь поверхности мирового океана, в состав которого входят океаны и моря, составляет около 71 процента поверхности Земли (порядка 361 миллиона квадратных километров). Рельеф дна океанов Земли в целом сложен и разнообразен.
Континенты и большие архипелаги разделяют мировой океан на пять больших частей (океанов):
Большие регионы океанов известны как моря, заливы, проливы и т. п. Учение о земных океанах называется океанологией.
В Северном полушарии вода занимает 61% поверхности, в Южном около 81%. Севернее 81° северной широты в Северном Ледовитом океане и приблизительно между 56° и 63° южной широты воды Мирового океана покрывают земной шар непрерывным слоем. По особенностям распределения воды и суши земной шар делится на океаническое и материковое полушария. В океаническом полушарии воды Мирового океана занимают 91% площади, в материковом 53%. По физическим и химическим свойствам и качественному химическому составу воды Мирового океана представляют собой единое целое, но по количественным показателям гидрологического и гидрохимического режима отличаются большим разнообразием. Как часть гидросферы Мировой океан находится в непрерывном взаимодействии с Атмосферой и Земной корой. Океаническая вода представляет собой раствор солей со средней концентрацией около 35 г/л. Состав солевой массы регулируется растворимостью, сносом осадков с материков, процессами обмена с атмосферой и донными осадками, а также жизнедеятельностью морских организмов. В геохимической истории Мирового океана многие исследователи различают начальную, переходную и современную стадии развития. С гипотетической начальной стадией, охватывающей догеологический этап (свыше 3,5 млрд. лет назад), связан вынос из недр Земли основной массы воды и кислых продуктов дегазации, которые затем нейтрализовались, взаимодействуя с породами ложа океана. Длительность переходной стадии составила около 2 млрд. лет (3,5-1,7 млрд. лет назад); в этот период возникла и развилась жизнь, появился за счёт фотосинтеза кислород и постепенно увеличивалось его содержание. Современная стадия, начавшаяся около 1,7 млрд. лет назад, характеризуется почти неизменным составом вод океана, стационарным режимом с кратковременными и ограниченными колебаниями солёности вод в эпохи соленакопления.
По физико-географическим особенностям, находящим своё выражение в гидрологическом режиме, в Мировом океане выделяются отдельные океаны, моря, заливы, бухты и проливы. В основе наиболее распространённого современного подразделения Мирового океана лежит представление о морфологических, гидрологических и гидрохимических особенностях его акваторий, в большей или меньшей степени изолированной материками и островами. Внешние границы Мирового океана отчётливо выражены береговыми линиями суши; внутренние границы между отдельными океанами, морями (их частями) носят условный характер. Руководствуясь спецификой физико-географических условий, некоторые исследователи выделяют также Южный океан с границей по линии субтропической или субантарктической конвергенции или по широтным отрезкам срединно-океанических хребтов.
Мировой океан представляет собой огромный аккумулятор солнечного тепла и влаги. Благодаря ему на Земле сглаживаются резкие колебания температуры и увлажняются отдалённые районы суши, что создаёт благоприятные условия для развития жизни. Мировой океан - богатейший источник продуктов питания, содержащих белковые вещества. Он служит также источником энергетических, химических и минеральных ресурсов, которые частично уже используются человеком. С древнейших времён Мировой океан и его моря служили транспортное путями для установления связей между народами. Это создало предпосылки для Великих географических открытий, а также для освоения отдалённых территорий. На океанские пути приходится около 4/5 мирового грузооборота. Роль Мирового океана в жизни человечества быстро возрастает. Проблема использования Мирового океана в различных отраслях экономики стран мира (судоходство, рыболовство, рациональная эксплуатация минеральных ресурсов, освоение шельфа, прокладка межконтинентальных кабелей, опреснение воды, а также охрана и предотвращение загрязнения морской среды и др.) носит глобальный характер и связана с разрешением важных экономических, политических и правовых вопросов.
Происхождение Мирового океана
Происхождение Мирового океана является предметом идущих уже сотни лет споров.
Считается, что в архее океан был горячим. Благодаря высокому парциальному давлению углекислого газа в атмосфере, достигавшему 5 бар, его воды были насыщены угольной кислотой Н2СО3 и характеризовались кислой реакцией (рН ≈ 3−5). В этой воде было растворено большое количество различных металлов, в особенности железа в форме хлорида FeCl2.
Деятельность фотосинтезирующих бактерий привела к появлению в атмосфере кислорода. Он поглощался океаном и расходовался на окисление растворенного в воде железа.
Существует гипотеза, что начиная с силурийского периода палеозоя и вплоть до мезозоя суперконтинент Пангею окружал древний океан Панталасса, который покрывал около половины земного шара.
Гидрология
Основные гидрологические характеристики Мирового океана - температура, солёность и скорости течения. Средняя температура вод составляет 3,8°С, максимальная температура свыше 34°С (в августе в Персидском заливе), минимальная - около - 2°С (подо льдом в полярных районах). Среднегодовое поле температуры на поверхности океана изменяется согласно географической зональности (отклонения связаны с главными океанскими течениями) и испытывает сезонные колебания (до глубины 200-400 м.) с наименьшими амплитудами в экваториальной зоне и наибольшими в субтропиках.
Солёность открытого океана в основном меняется в пределах от 31 до 38% (в приповерхностном слое океана). Изменения солёности в меньшей мере, чем температуры, связаны с зональностью, сезонные колебания солёности довольно слабы.
В главных чертах общая горизонтальная циркуляция на поверхности Тихого, Атлантического и Индийского океанов представляет собой систему громадных круговоротов с горизонтальными скоростями 5-10 см/с. Центры круговоротов, как правило, расположены у западных берегов океанов; западные ветви круговоротов - интенсивные течения (типа Гольфстрим и Куросио с горизонтальными скоростями 0,5-1 м/с). Циркуляция на поверхности океана обнаруживает много сходных черт с полем ветра над поверхностью Мирового океана (исключение - межпассатные противотечения). В общем, с ростом глубины скорости течений уменьшаются (кроме подповерхностного экваториального противотечения) и картина течений в верхнем (толщиной 1500 м.) слое в основных чертах подобна картине течений на поверхности. Циркуляция глубинных вод утрачивает связь с полем ветра, и в основном направление течений изменяется (по сравнению с поверхностными) на противоположное. В Антарктике наблюдается мощное циркумполярное течение с горизонтальными скоростями на поверхности порядка 5-10 см/с, по-видимому, простирающееся до самого дна. На фоне общей циркуляции практически повсеместно существуют синоптические вихри; отдельные течения испытывают существенные сезонные колебания (например, в Индийском океане).
Рельеф и геологическое строение дна
Систематическое изучение дна мирового океана началось с появлением эхолота. Большая часть дна океанов представляет собой ровные поверхности, так называемые абиссальные равнины. Их средняя глубина - 5 км. В центральных частях всех океанов расположены линейные поднятия на 1-2 км. - срединно-океанические хребты, которые связаны в единую сеть. Хребты разделены трансформными разломами на сегменты, проявляющиеся в рельефе низкими возвышенностями, перпендикулярными хребтам.
На абиссальных равнинах расположено множество одиночных гор, часть из которых выступает над поверхностью воды в виде островов. Большинство этих гор - потухшие или действующие вулканы. Под тяжестью горы океаническая кора прогибается и гора медленно погружается в воду. На ней образуется коралловый риф, который надстраивает вершину, в результате формируется кольцевидный коралловый остров - атолл.
Если окраина континента пассивная, то между ним и океаном расположен шельф - подводная часть континента, и континентальный склон, плавно переходящий в абиссальную равнину. Перед зонами субдукции, там, где океаническая кора погружается под континенты, расположены глубоководные желоба - самые глубокие части океанов.
Дно океанов на гипсометрической кривой, отражающей обобщённый профиль поверхности Земли, занимает нижнюю ступень на глубине около 4 км. Океаническая ступень составляет не менее 60% земной поверхности. Существование двух ступеней связано с резким отличием более плотной океанической земной коры от менее плотной континентальной.
В центральной части дна океанов протягиваются Срединно-океанические хребты, склоны которых, понижаясь, переходят в абиссальные океанические котловины.
Срединные хребты образуют единую систему длиной 60 000 км. Ширина хребтов около 1000 км., относительные превышения над абиссальными котловинами 2,5-3 км. Гребни срединных хребтов находятся на глубине в среднем 2700 м. В осевой части хребтов часто прослеживается осевая рифтовая долина глубиной 1,5 км и шириной 20-30 км. Абиссальные котловины имеют размеры в тысячи километров в поперечнике, глубиной 5-6 км. От континентов котловины отделены пассивными и активными континентальными окраинами. Вдоль окраин до глубины 200 м протягивается шельф шириной от нескольких десятков до первых сотен километров. В сторону океана он обрывается крутым уступом - континентальным склоном. Высота уступа 2-4 км, шириной 30-40 км, уклон от 3-7 до 20-30° (в среднем 10°). Континентальный склон часто изборождён сетью подводных каньонов. От подошвы склона в сторону абиссальных котловин опускается континентальное подножие шириной 200-300 км. Пассивные окраины прослеживаются вдоль границ континентальной и океанической земной коры и характеризуются отсутствием сейсмичности и вулканизма. Они сложены мощными (5-7 км.) осадочными толщами, состоящими из материала, принесённого с континента. Характерны барьерные рифы и залежи солей. Континентальное подножие представляет собой аккумулятивное образование, возникшее на месте шлейфа турбидитных осадков, принесённых с континента. С течением времени по мере увеличения осадочного материала пассивные окраины продвигаются в сторону океана, наращивая площадь шельфа. Активные окраины высоко сейсмичны. К ним приурочены глубоководные желоба (глубина 8-11 км.), которые отделяют океаническое ложе от вулканических островных дуг или окраинно-континентальных вулканических поясов.
Со стороны океана параллельно глубоководным желобам часто протягиваются краевые валы с поднятием дна океана на 500 м. относительно прилежащих абиссальных котловин. На дне океанов возвышаются многочисленные подводные горы, иногда выступающие в виде островов. В ряде случаев они группируются в протяжённые горные цепи (т.н. асейсмические хребты) и изолированные возвышенности. В своём большинстве они имеют вулканическую природу. Ложе океанов рассечено глубокими ущельями, отвечающими трансформным разломам. Эти ущелья перпендикулярны срединным хребтам, вдоль них происходит смещение отрезков хребтов на десятки и сотни километров. Длина разломов часто достигает нескольких тысяч километров. Глубина разломных ущелий составляет 5-8 км. В их обрывах обнажаются полные разрезы океанической коры.
Два главных геологических комплекса слагают дно океанов: фундамент, представленный базальтами и родственными им магматическими породами, и залегающий на нём осадочный чехол. Поверхность океанического фундамента сильно расчленена на отдельные мелкие хребты и впадины с перепадом высот до 0,5 км. Разрез фундамента выдержан на всей площади океанов. Верхняя его часть (2-й слой) мощностью 2-3 км. состоит из базальтов (низкокалиевых океанических толеитов), залегающих в виде лавовых потоков, силлов и даек. Ниже располагаются габбро, пироксениты, серпентинизированные перидотиты нижнего, или 3-го слоя океанической коры мощностью 3-5 км. Суммарная мощность коры равна 6-8 км. Осадочный чехол состоит из пелагических, существенно органогенных илов, накапливающихся с очень малой скоростью (0,1-0,5 см., редко 1,0 см. в тысячу лет). Мощность осадков увеличивается от срединных хребтов, где она не превышает несколько десятков метров, к периферии океана, где она достигает 1000-3000 м., а у основания склона 5-18 км. (область т.н. лавинной седиментации). Осадки заполняют понижения фундамента, нивелируя первичный рельеф. Поэтому поверхность абиссальных котловин представляет собой плоскую аккумулятивную равнину. Там, где фундамент выходит на поверхность дна или приближен к ней (прежде всего в срединно-океанических хребтах), отчётливо проступает сильная расчленённость рельефа.
Все структуры океана очень молоды. Они возникли и развивались за последние 150-180 млн. лет. Возраст океанического фундамента омолаживается по мере движения от окраин океанов к оси хребтов. Одновременно в том же направлении сокращается мощность осадков, а возраст их подошвы, как и базальтов фундамента, омолаживается к оси срединных хребтов. В гребневой части хребтов осадки практически отсутствуют. По оси срединных хребтов протягивается очень узкая, шириной 4 км, зона современных излияний океанических базальтов (наращивания океанской коры). Здесь же выявлены многочисленные зияющие трещины (гьяры), обнаружена активная гидротермальная деятельность (температура до 350°С), сопровождающаяся отложением металлоносных слабосцементированных осадков и массивных сульфидов.
В оси срединных хребтов в результате раздвижения (спрединга) литосферных плит происходит формирование новой океанической коры. Скорость спрединга достигает от 2 до 18 см/год, площадь новообразованной океанской коры за год около 3 км2. Общее углубление ложа океанов по мере удаления от оси хребтов пропорционально корню квадратному из возраста ложа. По мере продвижения от срединных хребтов океанический фундамент постепенно остывает, утяжеляется, опускается и под активными окраинами погружается (субдукция) в мантию вдоль наклонных сейсмофокальных зон Заварицкого-Беньоффа.
Донные осадки
На дне Мирового океана накапливаются осадки терригенного, биогенного, хемогенного, вулканогенного и эдафогенного происхождения. Распределение осадков определяется климатической, вертикальной, циркумконтинентальной и тектонической зональностями. Большую часть поверхности дна океана занимают биогенные осадки (40%), на долю терригенных осадков приходится 20%, глубоководных пелагических глин - 26%. Остальную поверхность дна занимают смешанные осадки, содержащие от 30 до 50% биогенного материала. Терригенные осадки (свыше 70% терригенного материала), преимущественно алюмосиликатного состава, обломочные (гравийно-галечные, песчаные, алевритовые), обломочно-глинистые и глинистые (гемипелагические глины), распространены в морях и в примыкающих к континентам районах океана на любых глубинах. Мощные толщи терригенных осадков накапливаются у устьев крупных рек и на подножиях континентальных склонов, где формируются огромные глубоководные конусы выноса мощностью до 15-18 км. (конусы Ганга, Амазонки, Миссисипи и др.).
В приконтинентальных осадочных бассейнах осаждается до 93% вынесенного с континентов терригенного материала. Биогенные известковые (кальцитовые, арагонитовые) и кремнистые (опаловые) осадки образуются из скелетных остатков или раковин планктонных и бентосных организмов. Планктогенные известковые (свыше 70% CaCO3) и глинисто-известковые, или мергелевые (30-70% CaCO3), илы (фораминиферово-кокколитовые, птероподово-фораминиферовые) распространены в основном в пелагических областях океана на глубине, не превышающей критической глубины карбонатонакопления (в среднем 4,5 км.), глубже которой карбонат кальция растворяется. Бентогенные (кораллово-водорослевые, ракушечные, мшанковые и др.) осадки развиты на мелководьях. Планктоногенные кремнистые свыше 50% SiO2 биогенного происхождения и кремнисто-глинистые (10-50% SiO2) диатомовые или радиоляриевые илы образуются на абиссальных глубинах в широтных зонах повышенной биологической продуктивности поверхностных вод океана (умеренных и экваториальной), а также на шельфе в зонах прибрежных апвеллингов и в котловинах окраинных морей. Хемогенные (аутигенные) осадки представлены в открытом океане в основном железомарганцевыми конкрециями и корками, смектитовыми (монтмориллонитовыми) и цеолитово-смектитовыми пелагическими глинами, на мелководьях - известковыми оолитовыми, железистыми (глауконитовыми, шамозитовыми) типами осадков.
Вулканогенно-осадочные образования дна Мирового океана сложены либо обломочными продуктами наземных и подводных извержений (вулканокластические и смешанные туффитовые осадки), либо эксгаляционно-осадочными металлоносными (железисто-марганцовистыми, сульфидными) илами. Вулканокластические и туффитовые осадки широко распространены в районах островных дуг, где связаны с эксплозивным суб-аэральным вулканизмом. Металлоносные илы формируются в результате выпадения металлов, поступающих из подводных гидротермальных источников в срединно-океанических рифтах. Эдафогенные отложения образуются из продуктов тектонического дробления и подводного размыва коренных пород дна (базальтов, габброидов, серпентинитов и др.) и встречаются в зонах трансформных разломов, на дне рифтовых долин и в глубоководных желобах. Большие площади дна котловин на абиссальных глубинах (глубже критической глубины карбонатонакопления) в открытом океане в центрах субтропического антициклонического круговоротов покрыты полигенными пелагическими (красными) глинами, которые накапливаются крайне медленно, обычно менее 1 мм. в 1000 лет в условиях очень слабого поступления терригенного и биогенного осадочного материала. В их состав входит тонкодисперсный терригенный (в т.ч. эоловый) материал, продукты подводного выветривания вулканокластического материала и аутигенные минералы (смектиты, цеолиты, гидроокислы железа и марганца), а также обломки костей нектонных организмов и микрометеоритное вещество. Пелагические глины подразделяются на эвпелагические, обогащенные аутигенными минералами, и монопелагические ("переходные"), сложенные в основном терригенным материалом.
Климат
Океан играет огромную роль в формировании климата Земли. Под действием солнечной радиации вода испаряется и переносится на континенты, где выпадает в виде различных атмосферных осадков. Океанические течения переносят нагретые или охлаждённые воды в другие широты и в значительной мере ответственны за распределение тепла по планете.
Вода обладает огромной теплоёмкостью, поэтому температура океана меняется гораздо медленнее, чем температура воздуха или суши. Близкие к океану районы имеют меньшие суточные и сезонные колебания температуры.
Если факторы, вызывающие течения, постоянны, то образуется постоянное течение, а если они носят эпизодический характер, то формируется кратковременное, случайное течение. По преобладающему направлению течения делятся на меридиональные, несущие свои воды на север или на юг, и зональные, распространяющиеся широтно. Течения, температура воды в которых выше средней температуры для тех же широт, называют тёплыми, ниже - холодными, а течения, имеющие ту же температуру, что и окружающие его воды, - нейтральными.
На направление течений в Мировом океане оказывает влияние отклоняющая сила, вызванная вращением Земли, - сила Кориолиса. В Северном полушарии она отклоняет течения вправо, а в Южном - влево. Скорость течений в среднем не превышает 10 м/с, а в глубину они распространяются не более чем на 300 м.
Ссылки
Литература
Статья
Обсуждение