"Природа", №1-6, 1924 год, стр. 87-92

Современные представления о вертикальной циркуляции Атлантического океана и их значение для понимания изменений климата земного шара.

А. А. Григорьев.

Соленоводные водоемы в отличие от пресноводных должны обладать весьма сложной вертикальной циркуляцией воды. Причины циркуляции общеизвестны: это различия в плотности водяных масс. Если в пресноводных водоемах плотность воды зависит исключительно от температуры, то в соленоводных дело чрезвычайно усложняется, так как здесь плотность воды зависит и от температуры и от солености, почему более теплые воды могут при достаточной концентрации солей оказаться плотнее холодных и oбpaтно. Тем сложнее должна быть вертикальная циркуляция в таком соленоводном бассейне, как Атлантический океан, простирающийся через все климатические пояса земли с их громадными температурными контрастами.

Однако, господствовавшие в начале нашего столетия воззрения на этот предмет рисовали эту циркуляцию сравнительно простой. По Шотту (1902 г.) и Крюммелю (1907 г.) дело сводилось к тому, что теплые и соленые воды тропиков при посредстве поверхностных течений направляются в высокие широты и, попав в холодные полярные бассейны, здесь опускаются и смешиваются с водами этих последних. Напротив холодные полярные воды медленно двигаются главным образом по дну в сторону экватора, чтобы подняться, как у этого последнего, так и в тропиках у западных окраин континентов там, где пассаты усиленно сдувают океанскую воду на запад, создавая на восточной окраине океана известный недобор воды. Таким образом по обе стороны экватора вертикальная циркуляция в океане происходит более или менее самостоятельно и, следовательно, по крайней мере на глубине, воды обоих полушарий почти не смешиваются.

Работы многочисленвых океанографических экспедиций, исследовавших Атлантический океан за последние двадцать лет, внесли в эти представления коренные изменения. С несомненностью были констатированы три факта первостепенной важности. Во-первых, что на глубине 600—1200 м. между 40° ю. ш. и 20° с. ш. находится слой холодной малосоленой воды, несомненно южного происхождения; следовательно воды южного полушария довольно далеко заходят на известных глубинах в северное полушарие. Во-вторых, что на глубине 1500—8000 м. в южном полушарии имеется слой более теплой и соленой воды, несомненно северного происхождения следовательно воды северного полушария на значительных глубинах проникают в южное, достигая здесь довольно высоких широт. Наконец, в третьих, что в умеренных широтах южного полушария сравнительно теплые и соленые воды северного происхождения подымаются на поверхность океана¹.

Эти факты дали мысль двум молодым немецким ученым Мерцу и Вюсту²) составить новый гидрологический профиль Атлантического океана по центральному (30-му) меридиану, пользуясь наблюдениями, как новейших экспедиций, так и более старых, получающих теперь совершенно новое освещение. В результате работы, они пришли между прочим к выводу, что плотность морской воды лишь в поверхностных слоях (до 1000 м. глубины) зависит от температуры более чем от солености; ниже до 2000 м. оба фактора равноценны, а на глубине от 2000 до 4000 м. по крайней мере между 30° с. ш. и 30° ю. ш. преобладающее значение имеет соленость.

Вместе с тем на основании полученного ими гидрологического профиля они создали новую схему вертикальной циркуляции Атлантического океана, которая в общем сводится к следующему. В экваториальном поясе штилей сильно нагретые и сравнительно малосоленые поверхностные воды по поверхности направляются в стороны тропиков, где воды холоднее и солонее, а эти последние на небольшой глубине 75—150 м. направляются в сторону экватора и там поднимаются. Таким образом здесь на очень узком пространстве приблизительно между экратором и 5-ым градусом широты справа и слева от экватора, получается по небольшому замкнутому вертикальному кольцу циркуляции. Вся остальная циркуляция представляет грандиозный обмен воды между северной и южной половинами океана.

Повидимому, имеется два основных стимула, вызывающих этот обмен. Во-первых это то, что пассаты южного полушария, большую часть года дующие через экватор, заставляют и южное поверхностное пассатное течение широким потоком устремляться в северное полушарие, где оно присоединяется к северному пассатному течению и таким образом увеличивает собою запас воды северной половины Атлантического океана в частности в субтропических широтах (в районе Атлантического течения и к югу от него).

Второй фактор лежит далеко на юге. Вследствие существующих очертаний суши в высоких широтах южного полушария, опоясывающее здесь земной шар антарктическое течение западных ветров приносит с собой с запада из Великого океана гораздо меньше воды, чем уносит из Атлантического в Индийский на востоке. Что это так, явствует уже из того, что ширина этого течения при входе в Атлантический океан всего 480 морских миль, а при входе в Индийский — 1200 морск. миль. К тому же оно отдает много воды ответвляющемуся от него в Атлантическом океане Бенгуэльскому течению, идущему на север вдоль Атлантического побережья Африки, тогда как Бразильское течение почти не смешивает своих вод с антарктическим. Таким образом в умеренных широтах южного полушария в Атлантическом океане приход воды оказывается менее расхода и получается значительный ее недобор. В результате описанных условий воды из района избытка в северном полушарии направляются на юг в район ее дефицита; при этом в северных субтропиках они опускаются в соответствии со своей плотностью на значительную глубину и здесь продвигаются на юг до умеренных широт южного полушария, где (около 50 ю. ш.) постепенно поднимаются на поверхность.

Здесь эти воды сильно остывают и, смешавшись с малосолеными антарктическими водами, сами делаются менее солеными. При этом плотность их оказывается промежуточной между плотностью вод поверхностного Бразильского течения (или вернее его восточного продолжения) и вод только что описанного глубоководного течения, идущего с севера. Поэтому поверхностные воды умеренных широт южного полушария уходят под первое, вклиниваясь между ним и глубоководным тепло-соленым течением северного происхождения; таким образом они образуют "антарктическое противотечение", распространяющееся на север до 20° и может быть даже и до, 30° с. ш., держась на глубине до 1200 м. У северных своих пределов оно смешивается с соседними слоями воды и таким образом в значительной части участвует в питании описанного выше глубоководного течения, направляющегося из северного полушария в южное.

Помимо всех этих передвижений масс воды, имеется еще холодное придонное течение, идущее из самых высоких широт каждого полушария в более низкие, направляясь по дну глубоких океанических впадин; под действием отклоняющего влияния вращения земли эти массы холодной воды прижимаются то к соседнему континенту, то к краю Атлантической гряды. Судьбу их Мерц и Вюст считают еще не выясненной, однако, полагают, что они должны подниматься (между прочим и в силу постепенного нагревания от литосферы) не только там, где это известно было ранее, но и в разных пунктах вдоль Атлантической гряды, смешивая при этом свои воды с вышележащими.

Несомненно, что и в эту cхему еще будут внесены существенные изменения и усложнения, так как и она не учитывает многие частности вертикальной циркуляции Атлантического океана. Как бы то ни было, но сейчас приходится считать, что между водными массами различных широт к югу и к северу от экватора в Атлантическом океане существует постоянный обмен. Отсюда в частности вытекает неизбежное следствие, что в какой бы части океана ни произошли те или иные изменения условий нагревания, они неизбежно отразятся через некоторое время на температуре всего океана, конечно, если размеры изменений и их территория достаточно велики. Больше того, эти изменения получат отражение и в Индийском океане, через воды антарктического течения, а затем тем же путем и в Великом океане. Другими словами, каждое изменение климатических условий (над океаном) в каком бы поясе оно ни произошло, каждое крупное поднятие и опускание литосферы, поскольку оно значительно меняет очертание морей, неизбежно рано или поздно отразится и на общей температуре сначала Атлантического океана, а затем и остальных. Температура же мирового океана является одним из основных факторов, совместно с температурой поверхности континентов, регулирующих интенсивность мировой циркуляции атмосферы, от которой в конечном счете зависит сила и характер ветров и выпадение осадков.

Таким образом, в лице океана мы имеем могучий фактор, превращающий местные явления, имеющие достаточно серьезные климатические последствия, в явления общего, мирового порядка, под воздействие которых попадает, как неорганическая, так и органическая природа на всем земном шаре.