Лекция по океанологии №3

Водные массы океанов
•
Водная масса - сравнительно большой объем
воды, формирующийся в определенном
районе
Мирового
океана
–
очаге,
обладающий
комплексом
физических,
химических, биологических характеристик и
распространяющийся как единое целое
Параметры водных масс:
•
•
•
•
•
•
•
Температура
Соленость
Плотность
Содержание кислорода
Биогенные вещества – кремний, азот, фосфор
Оптические характеристики (прозрачность)
Радиоуглерод С-14, фреоны и др.
0
0
28
-500
16
38
-500
36.2
14
35.8
12
-1000
10
35.5
-1000
35.3
8
35.1
6
-1500
4
34.98
-1500
34.94
3.6
34.9
3.2
-2000
2.8
34.88
-2000
34.84
2.4
2
A
-2500
1
34.8
Б
-2500
34.4
34
-2
-3000
32
-3000
-4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-4000
-1000
0
0
-500
-500
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
9
7.9
7.7
27.98
27.94
-1000
27.9
7.4
-1000
7.2
27.86
7
27.82
-1500
27.78
6.8
-1500
6.6
27.74
6.2
27.7
-2000
27.5
6
-2000
5.8
27.3
5.4
27
-2500
26.6
В
-3000
-4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-4000
22
20
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
6
4
2
0
-1000
-1500
-2000
-2500
Д
-3000
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
4.4
3.2
2.8
-3000
-500
-3500
Г
25
0
-4000
5
-2500
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
Распределение
температуры (А),
солености (Б),
аномалии
плотности 0 (В),
растворенного
кислорода, мл/л (Г),
концентрации
силикатов(Д),
микромоль/кг
на разрезе по
60ºс.ш. в
Атлантическом
океане
Водные массы Атлантики
в поле солености
SALINITY [PSS78]
Поверхностные
0
1000
Антарктическая промежуточная
DEPTH [M]
м
Глубина,
2000
Северо-Атлантическая глубинная
3000
Антарктическая донная
Ocean Data View
4000
5000
6000
40°S
юг
20°S
EQ
широта
20°N
40°N
60°N
север
Рис. Осредненные T,S-кривые океанов и бассейнов
T,S – кривые океанов
22,0
Температура, С°
17,0
- Север Атлантики
- Север Тихого
- Сев. Лед. океан
- Индийский океан
- Южная Атлантика
- Южный Тихий
- Южный океан
17,0
12,0
Температура, *С
12,0
22,0
7,0
2,0
-3,0
33,8
7,0
2,0
-3,0
33,8
34,3
34,8
34,3
NA
35,3
33,8
33,8
Соленость, епс
Соленость, ‰
NP
A
I
SA
SP
S
35,8
33,8
“новые” воды
“старые” воды
~2000 лет
Возраст придонных вод океана
по радиоуглероду С-14
Структура водных масс:
•
•
•
•
Поверхностные (до глубины ~ 300 м)
Промежуточные (300 – 1500 м)
Глубинные (1500 – 4000 м)
Придонные (глубже 4000 м)
Перенос водных масс в океанах
¼ град. численная модель распределения фреонов
Интегральная концентрация фреонов в слое ниже 2 км
1980
Sen Gupta, 2006
Интегральная концентрация фреонов в слое ниже 2 км
2000
Интегральная концентрация фреонов в слое ниже 2 км
2020
Интегральная концентрация фреонов в слое ниже 2 км
2040
Формирование средиземноморской водной массы в
Атлантике
Средиземноморская вода на разрезе 36 с.ш. в
Атлантике
Океанологические
измерения
Информация
об океане
Прямые
наблюдения
Дистанционные
наблюдения
Дистанционные
наблюдения и численное
моделирование, как
правило, нуждаются в
результатах прямых
измерений
Численное
моделирование
Специализированные научные суда
Гломар Челленджер
Витязь
Как исследуют течения и водные массы
океанов
Опускаемое устройство – зонд и розетта с батометрами
Акустические
профилографы скорости
течений (ADCP)
Существуют также буксируемый и заякоренный
варианты
Встроенный
(судовой)
Погружаемый
Буи нейтральной плавучести
- Измеряет температуру по
траектории движения
-Измеряет соленость
-Спутниковая связь
-4-5 лет жизни
-10-дневный цикл
Проект ARGO
Тыс. наблюдений
CTD
Другие
АRGO
Утята в океане:
1992-2007
Морские млекопитающие с измерителями
Профили температуры на
севере Тихого океана от
7 морских слонов
Измерения и изменчивость в океане
Изменчивость
Вековая
Судовые повторяемые
разрезы
Сезонная
Суточная
Заякоренные
временные серии
Межгодовая
Судовые
повторяемые
станции
Десятилетняя
Поплавки
нейтральной
плавучести,
буи типа ARGO
Спутниковые данные
Масштаб
Местный
Региональный
(500 км)
Океаны
Мировой океан
Что измеряется со спутников
Высота поверхности
Течения
Альтиметры
Батиметрия
Гравиметрия
Скорость ветра
Скаттерометры
Направление ветра
Температура поверхности
ИК-диапазон
Соленость на поверхности
Радиометрия Хлорофилл
Видимый диапазон
Глубина
}
}
Океан и изменения климата
Морская вода и атмосферный воздух
параметр
Плотность
Удельная
теплоемкость
Морская вода
1025 кг/м3
Воздух
1.2 кг/м3
4.2103 Дж/(кг K) 1103 Дж/(кг K)
Отношение масс Атм. : Океан 1: 262
Отношение теплоемкостей – 1: 1096.
При средней глубине океана 3700 м теплоемкость
всей атмосферы равна теплоемкости трехметрового
слоя океана!
Изменения, наблюдаемые в
климатической системе
Потепление
климатической
системы однозначно, и начиная
с 1950-х многие изменения
являются беспрецедентными
на масштабе от десятелетий до
тысячелетий. Атмосфера и
океан нагрелись, количество
снега и льда уменьшилось,
уровень
моря
поднялся,
концентрация
парниковых
газов увеличилась.
Аномалии глобального теплозапаса (1021 Дж)
Океан
Суша+ АТМОСФЕРА
Зонально осредненные тренды в верхних 2000 м в Мировом океане
(2000 г. относительно 1950 г)
Соленость
юг
север
Плотность
юг
север
Температура
юг
север
IPCC, 2013
Глобальные средние изменения
уровня моря по отношению к
уровню за 1900-1905гг
Спутник
Термическое расширение
Тренды в уровне океана,
мм/год (2003 - 1993)
Венеция: ступени церкви Иоанна и Павла
Картина Б.Белотто (1741)
Изменения уровня за 261 год – 77 ±10 см
(Camuffo, Sturaro, 2003)
Концентрации СО2 на Гаваях (красн.) и на Южном полюсе (черн.)
Парциальное давление растворенного углекислого газа на
поверхности океана (син.) и pH (зелен.) океанской воды
Океан поглощает
30% антропогенной
двуокиси углерода
Поток CO2 из атмосферы в океан (г С/ (м2 год)
из океана в атмосферу из атмосферы в океан
Takahashi, 2009
Подкисление океана
Морские ежи: совместный эффект pH и
температуры (Byrne, 2015):
подкисление уменьшает размеры, потепление
компенсирует этот эффект
Морской лед
Аномалии площади
льда в Арктическом
бассейне в марте и
сентябре(NOAA, 2015)
Площадь льда в
морях в сентябре
(2-ой Оценочный
доклад…, 2014)
4 моделируемых сценария выбросов
Средние результаты ансамбля
моделей для сценариев RCP2.6 и
RCP8.5 в 2081– 2100
(a) изменение среднегодовой
температуры поверхности
(b) среднее изменение в процентах
изменений в среднегодовом
количестве осадков
(c) средняя площадь распространения
морского льда в Арктике
(d) изменения в поверхностном pH в
океане.
Изменения в диаграмах (a), (b) и (d)
показаны относительно 1986–2005.
Уровень океана
Ресурсы Мирового океана, их
использование и охрана
МИРОВОЙ ОКЕАН - это...
1.37 миллиардов куб.км воды,
4.8·1016 т солей,
4.2 миллиардов куб.км газов,
32.5 млрд. тонн морских животных с годовой
продуктивностью 56 млрд.т,
1.7 млрд. тонн фитопланктона и водорослей с годовой
продуктивностью 550 млрд.т
Для справки:
масса людей - 0.28 млрд.тонн,
весь урожай с полей - 1.5 млрд.т/год
Виды ресурсов:
•Биологические – прежде всего, шельфовые
районы (продуктивность в 15 раз выше, чем в
среднем для Мирового океана)
•Минеральные, прежде всего углеводороды
(более 65% мировых запасов), железомарганцевые конкреции, соль
•Энергетические (энергия приливов, волнового
прибоя, термический контраст течений,
термоядерная энергия «тяжелой воды» - трития
•Рекреационные
«Тяжелая» вода
МЕТАН Газогидратов
Экономическая выгода от использования
ресурсов океана (на 2002 г.)
Рыболовство - 90 млн.т в год - 50 млрд.$
Добыча нефти со дна (37% мировой добычи) - 150млрд.$
Добыча газа со дна (30% мировой добычи) - 30 млрд.$
Индустрия, связанная с морем – более 800 млрд.$
Торговый флот мира (водоизмещение 3,5млрд.т) -150
млрд.$
Эксплуатация курортов - 300 млрд.$
К 2020 году 75% населения Земли будет жить в 60километровой полосе вдоль побережий и в эстуариях.
Грузопотоки в океане
Страны, располающие крупным флотом в 2014 г. (в тыс. т)
73% всего мирового национального тоннажа под иностранным флагом
(Либерия, Панама, Маршалловы о-ва, Гонконг, Сингапур)
Россия – 19-е место, 20,3 млн. т (70% - под иностранным флагом)
Продуктивность океана
(концентрация хлорофилла)
Сравнение продуктивности районов
Апвеллинг Континентальный
шельф
Первичная
продукция
г С/кв.м в год
Продукция
рыбы
г С/кв.м в год
Открытый
океан
Экономические зоны океана
Конвенция по морскому праву (1982 г.) – введение
200-мильной экономической зоны
Производство рыбной
продукции, млн. т
Лов
Аквакультура
Вылов по странам
Российская добыча нефти и газа
Нефтеносные
провинции
Планируемая добыча
газ
нефть
Добыча
углеводородов
в Арктике
25% мировых
запасов
Планируемая эксплуатация
Штокмановского месторождения
(глубина 340 м)
Спасибо за внимание!