Распределение солености и плотности на глубинах океанов и морей.

Океаны. Все материалы, собранные от начала океанографических исследований по вопросу о распределении солености и плотности на глубинах, далеко еще не достаточны для составления ясного и удовлетворяющего современным требованиям понятия о вертикальном распределении этих элементов в океанах. Причиной тому служат два обстоятельства: наблюдения, на глубинах могут производить только специально снаряженные экспедиции, а таковых немного сравнительно с общим числом судов, плавающих в океанах и производящих наблюдения на поверхности, что делается без остановки судна. Второй причиной недостаточности имеющихся материалов является их разновременность и неодинаковость применявшихся способов исследования, выработанных только за последние десять лет. Насколько возможно судить на основании имеющихся данных, вертикальное распределение солености в океанах имеет заметные колебания только в верхнем слое до 1000 м; ниже эти изменения солености становятся очень невелики. До 1000 м встречаются заметные изменения в вертикальном распределении солености, а глубже они сглаживаются. Около экватора лежит тонкий слой малой солености, меньше 35,0%, несколько сдвинутый к северу. В пассатных полосах к северу и к югу от экватора лежат области с большими соленостями, выше 36,0%; в северном полушарии эта область и шире по меридиану и глубже, и солености в ней выше. Между 40 и 30° с. ш- на глубинах от 800 до 1100 м замечается отдельная область повышенной солености, 36,0% и больше; она есть последствие подводного течения вод большой солености, вытекающих из Средиземного моря через Гибралтарский пролив (Planet проходил очень близко от пролива). В южном полушарии на разрезе видна обширная область малой солености (34,5% и меньше), выходящая на поверхность между 40 и 50° ю. ш. Она на глубинах между 600 и 800 м распространяется на север далее экватора; это указывает, что на глубинах существует в этом месте медленное передвижение вод с юга на север. Моря. Вертикальное распределение солености в морях находится в зависимости от ее величины на поверхности их и от характера подводного соединения моря с близлежащими частями океанов. На глубинах морей обыкновенно распределение солености равномернее в горизонтальном направлении, нежели на поверхности, и чем море глубже, тем с удалением от поверхности и распределение солености однообразнее. В морях в большей части случаев соленость и плотность с глубиной увеличиваются, иногда очень незначительно, иногда более заметно. Для примера достаточно указать на некоторые европейские моря. Средиземное море совершенно отделено на глубинах от Атлантического океана (в Гибралтарском проливе 360 м) и обладает на поверхности большей соленостью, нежели в Атлантическом океане на широте Гибралтарского пролива. Следовательно, зимой, когда температуры на поверхности моря ниже, нежели в соответствующих широтах Атлантического океана, поверхностные воды моря при своей большой солености и понижении температуры приобретают большую плотность и опускаются в глубину моря. Потому Средиземное море имеет свои глубины заполненными водой значительной солености. В самой восточной части моря, где соленость на поверхности выше 39%, с глубиной она немного убывает (до 38,7%). Плотность здесь возрастает с глубиной от 1,02615 на поверхности до 1,02908 в придонном слое. В средней и в западной частях моря, где на поверхности соленость колеблется от 37 до 38%о, она увеличивается с глубиной до 38,4— 38,6%о. Плотность же изменяется здесь с глубиной следующим образом: от 1,02568 на поверхности до 1,02905 в придонном слое. Мраморное море на поверхности имеет соленость от 25,0 до 20,0%, с глубиной она везде увеличивается; на 25 м соленость уже 30%, а начиная со 100-метровой глубины и до дна соленость возрастает от 38 до 38,8%, т. е. на больших глубинах она такая же, как и в части Средиземного моря, примыкающей к Дарданеллам. Плотность на поверхности моря около 1,01329, а в придонных слоях она больше — около 1,02884. Отсюда видно, что вся глубокая котловина Мраморного моря заполнена тяжелой водой, пришедшей из Средиземного моря по дну Дарданелльского пролива (70—80 м глубины), а поверхностный, мало соленый и мало плотный слой воды образуется вследствие распреснения его водой поверхностного течения, идущего через Босфор из Черного моря. Черное море отличается подобным же вертикальным распределением солености. Начиная от 17—18%о на поверхности, соленость увеличивается до 20% на глубине 100 м и отсюда до дна (2200 м) медленно возрастает до 22,5%. Плотность от 1,0080 на поверхности увеличивается с глубиной и в придонном слое доходит до 1,0173, Весь нижний более соленый, плотный и мощный слой образован водой нижнего течения, идущего по дну Босфора (60 м) из Мраморного моря. Азовское море, согласно недавним исследованиям, еще не опубликованным, имеет на глубинах воду большей солености, чем на поверхности, где соленость около 12%, а с глубиной она постепенно увеличивается и доходит в придонном слое до 16%. Северное море везде в придонном слое заполнено водой солености не менее 34,6%. Между Англией и Голландией соленость придонного слоя доходит до 35,1%, а вдоль берегов Скандинавии, где проходит глубокий канал, огибающий с юга Норвегию и заходящий в Скагеррак, придонные слои обладают соленостью до 35,1—35,2%. В Каттегате, начиная с некоторой глубины и до дна, проходит узкая полоса воды солености 34,0%, она заходит к югу до половины длины пролива. Отсюда-то, как далее указано, и проникает время от времени более соленая вода в глубокие слои Балтийского моря. Балтийское море везде на глубинах обладает более соленой водой, нежели на поверхности. С океанографической точки зрения бассейн моря начинается, собственно говоря, только от линии о. Сьелланд — о. Рюген, между которыми существует полоса малых глубин, обособливающая часть моря, лежащую к западу от вышеупомянутой линии и образующую так называемый Арконский бассейн. В собственно Балтийском море, там, где находятся более глубокие котловины его (Борнхольмская, Гогландская, Аландская и Ботническая), наблюдается три различных слоя воды: верхний — распресненный, мощностью около 40—60 м и нижний, гораздо более соленый, между ними происходит постоянное смешение, и таким путем постепенно образуется промежуточный слой воды меньшей солености, чем придонная тяжелая вода, но большей, чем вода поверхностного слоя. Придонная вода питается притоком соленых тяжелых вод из Каттегата; они занимают наибольшие глубины во всех котловинах моря и образуют там до некоторой степени застаивающуюся воду. Постепенно, при каждом новом приливе тяжелой воды извне (главным образом зимой), верхние слои глубинного слоя, несколько распреснившиеся от смешения с поверхностным слоем, приподнимаются, и таким образом возникает промежуточный слой, который так же, как и поверхностный, постепенно уходит из моря поверхностным течением в Каттегат и далее в Северное море. Причина, обуславливающая перемежающийся характер проникновения соленых вод из глубинного слоя в Каттегате в Балтийское море, обнаружена недавно наблюдениями Международной Комиссии по изучению моря. Оказалось, что амплитуды приливов в нижнем слое воды Каттегата в три раза больше, нежели в верхнем распресненном слое, где они около 20 см. Нижнее течение в Каттегате несет более соленую воду через Бельты в Арконский бассейн, когда во время прилива уровень соленых глубоких вод стоит выше. Нижнее течение имеет наибольшую скорость в придонном слое и ясно выраженную годовую периодичность — сильнее зимой (наибольшая скорость в декабре), нежели летом, обратно поверхностному течению, которое имеет наибольшую скорость летом (май—август). Соленая вода через Бельты заполняет прежде всего глубины Арконского бассейна, н уже отсюда (после переполнения его глубоких частей) она переходит в Борнхольмскую котловину и затем, после ее переполнения,—в Готландскую. Очевидно, чем дальше от Бельтов, тем обмен вод глубоких слоев будет происходить медленнее и в более длинные промежутки времени. В более мелководных местах моря не существует придонного слоя соленой и тяжелой воды. Поверхностный слой имеет на всем протяжении моря до Финского залива толщину от 40 до 60 м и соленость от 6 до 8%; промежуточный же слой — от 8 до 10%, а глубинный, мощностью в глубоких местах до 100 м, имеет воду большей солености на западе (т. е. ближе к источнику возобновления ее); так к востоку от о. Борнхольм соленость придонной воды 16%, а (В Готландской впадине уже 12%. В Финском заливе в придонном слое при входе соленость около 9— 10% и затем постепенно убывает к востоку. На меридиане Гогланда она от 6,5 до 7%, а у Толбухина маяка на дне около 3—5%. В Ботническом заливе с юга до Кваркена придонные слои имеют соленость от 5 до 6%; к северу же от Кваркена соленость убывает до 5 и 2%. В Белом море на глубинах соленость больше, нежели на поверхности; в глубокой части моря (последняя тянется по широте от Кандалакшской губы к восточному берегу моря) соленость на поверхности колеблется между 24 и 26%. Ниже же слоя в 50 м соленость везде в глубокой части моря более 28%, а глубже 200 м она больше 30%, что для Белого моря представляет довольно значительную величину. В Каспийском море соленость с глубиной возрастает, хотя и в очень Незначительных размерах, а именно всего на несколько десятых долей промили. В придонных слоях глубокой северной котловины (к северу от параллели Баку) соленость около 12,85% (на поверхности 12,70%); в южной же глубокой котловине соленость около 12,95%.

Географическое распределение плотности морской воды по поверхности океанов. Плотностью морской воды, как выше указано, называется ее удельный вес при той температуре, какою она обладала в природе на месте ее нахождения, отнесенный к дистиллированной воде при температуре 4°. В разных местах океанов плотность на поверхности изменяется в пределах между 1,0275 и 1,0220. В тропических областях океанов встречается наименьшая плотность, а в высоких широтах она достигает наибольшей величины. Если сравнить карту распределения солености с таковой же распределения плотности морской воды, то окажется, что они совершенно непохожи одна на другую. Если же взглянуть на карту распределения температуры воды на поверхности, нетрудно заметить большое сходство между ней и картой распределения плотности. Отсюда видно, что на распределение плотности и вообще на плотность морской воды температура воды имеет большее влияние, нежели ее соленость. Потому и географическое распределение плотностей морской воды на поверхности океанов находится в зависимости от распределения температуры воды, а не солености.
Происхождение солей в океанах. Относительно происхождения солености океанов существует два предположения. Согласно одному, первичный океан был пресный и осолился постепенно, вследствие вноса в него речными водами различных солей, которые растворяются дождевыми водами, постепенно выщелачивающими породы, по поверхности коих они стекают. Имеются даже попытки вычисления продолжительности времени, какое было бы необходимо для достижения степени современной солености Мирового океана. Предположение это находит, между прочим, себе подтверждение в наблюдениях над озерами, среди которых почти все непроточные отличаются солеными водами, весьма, конечно, различного состава. Другое предположение считает, что Мировой океан был наполнен соленой водой от самого своего возникновения. Причем соли, находившиеся в растворе вод первичного океана, перешли в него при первых дождях из атмосферы и были внесены первыми водами, стекавшими с поверхности суши. Второе предположение заслуживает большего доверия, между прочим, еще и потому, что древнейшие дошедшие до нас морские организмы заставляют думать, что они существовали в соленых водах. Изучение состава отложении каменной соли, образовавшихся в отдаленные эпохи существования земли путем испарения бассейнов морской воды, показывает, что состав воды океанов, по-видимому, не претерпел изменений, только степень насыщенности была другая. Из определений состава пресных вод, теперь вливающихся в океан, и морских вод, о чем было сказано в главе о солености, ясно видно, что состав их весьма различен. В водах океанов преобладают хлористые соединения, а в пресных — карбонаты, которых мало в океане. Следовательно, простым подсчетом количества вносимых реками в океан солей нельзя объяснить ни современного состава морской воды, ни степени ее солености. Конечно, состав воды и степень солености первичного океана могли быть иные, нежели теперь; наконец, и то, и другое могло с течением времени изменяться и, конечно, продолжает изменяться и теперь, но столь медленно, что люди в течение исторического времени не могли этого подметить.
[b]Морская вода, ее состав и его определение. Вода, находящаяся в океанах и морях, содержит в растворе всегда некоторое количество веществ, и, несмотря на то, что этих тел немного сравнительно с массой воды, они тем не менее изменяют се химические и физические свойства настолько, что она перестает, в сущности, быть водой, а становится водным раствором различных солей, который мы и называем, в отличие oт пресной воды, морской водой. Состав морской воды может быть определен только после ее изучения с помощью химического анализа качественного и количественного. Такое исследование большого количества образцов, взятых из разных мест на поверхности океанов, впервые было сделано датским химиком Форшхаммером в 60-х годах XIX столетия. Затем подобную же работу, но в большем размере и более современными приемами выполнил в 1878—1882 гг. английский химик Дитмар, обработавший 76 образцов морской воды, собранной в разных океанах и с различных глубин. Оба эти исследования, а также и другие подобные работы привели к следующему основному выводу, а именно: вдали от берегов везде в Мировом океане состав воды одинаков . В разных местах океанов изменяется общее количество веществ, находящихся в растворе в морской воде, но состав их остается неизменным, т. е. при изменении общего содержания солей в морской воде это происходит не за счет тех или других составных частей, а пропорционально уменьшаются или увеличиваются все соли, входящие в раствор. Вблизи берегов или в морях состав воды может быть несколько иным, вследствие влияния местных причин. Такое однообразие состава морской воды показывает, что естественное перемешивание воды в океане происходит весьма совершенным образом. Это явление имеет полную аналогию с однообразием состава атмосферы, наблюдаемым в ее нижних слоях, и вследствие столь же хорошего перемешивания ее ветрами. Исследования показали, что из числа всех химических элементов 32 встречаются в морской воде. Конечно, многие из них в весьма малых количествах. Вот главнейшие составные части морской воды, согласно определению Дитмара на основании анализов образцов воды трех океанов, собранных экспедицией. Мировой океан постоянно принимает большое количество пресной воды, стекающей в него береговыми потоками и реками. Приблизительно от 30 000 до 40 000 км3 пресной воды таким путем доставляется ежегодно в океан; предварительно протекая по суше, вся эта масса пресной воды растворяет понемногу в себе многие вещества, выщелачивая поверхность, по которой она течет. Хлористые соединения, преобладающие в воде океанов, встречаются в очень малом количестве в речной воде, в которой обычно преобладают карбонаты, почти отсутствующие в морской воде. Отсюда видно, что соли, преобладающие в воде океанов, не вносятся в нее реками, а, очевидно, иного происхождения. Большое количество карбонатов, вносимых речными водами в океан, не накопляется там, так как, по-видимому, расходуется морскими организмами, которые используют их на созидание скелетов, раковин, покровов и неподвижных построек (коралловые рифы, острова, берега). По отмирании организмов, как видно было из разбора отложений грунта дна океанов, эти карбонаты образуют там новые пласты отложений. Анализы состава океанической воды, собранной из разных мест, были повторены в последние годы в Международной лаборатории по изучению моря в Копенгагене М. Кнудсеном; они подтвердили высказанное выше положение о постоянстве и одинаковости состава морской воды в пределах точности определения и, вместе с тем, ясно показали существование правильной зависимости между содержанием в морской воде хлора, ее удельным весом и ее соленостью. Химический анализ какого-либо вещества требует тщательного взвешивания и других тонких наблюдений, которые невозможно производить на корабле, хотя бы и немного, но постоянно дрожащем, и где трудно держать какое-либо помещение при постоянной температуре. Поэтому определение состава морской воды приходится производить всегда на берегу, в лабораториях, и для этого привозить образцы воды из плавания. Понятие о солености, удельном весе и плотности морской воды. Определение состава морской воды, возможное только путем производства химического анализа, при том большом количестве веществ, какие входят в состав воды океанов, есть дело трудное и требующее большого количества времени и на судне невыполнимое. Между тем для многих вопросов океанографии и метеорологии важно и достаточно знать общее количество солей, растворенных в воде океанов, не расчленяя его на отдельные составные части. Как далее будет видно, такая задача гораздо легче, и для ее решения существует несколько способов. Общее количество солей, находящихся в растворе в морской воде, выраженное в долях на 1000 частей морской воды по весу, называется «ее соленостью. Физико-географические причины, управляющие распределением солености по поверхности океанов и морей. При испарении с поверхности какого-либо водного раствора испаряется только вода, а вещества, находящиеся в растворе, остаются в нем, поэтому крепость раствора при испарении увеличивается. Обратно, если к водному раствору каких-либо веществ приливать воду, то крепость раствора будет уменьшаться. Эти-то две причины и управляют в природе распределением величины солености по поверхности океанов и морей. Испарение увеличивает соленость, величина же испарения главным образом зависит от двух причин: температуры и ветра. Чем выше первая, тем испарение больше, чем сильнее и, главное, чем постояннее ветер, дующий над поверхностью воды, тем испарение больше, потому что воздух, получивший уже некоторое количество паров воды, уносится прочь, и на его место притекает более сухой воздух. Выпадение осадков и таяние льдов в открытом океане будет уменьшать соленость на поверхности. Вблизи же берегов и в морях соленость уменьшается вследствие впадения рек.