Основы учения о водных массах

Уже на первых этапах изучения океана обращалось внимание на отличие характеристик воды в разных районах океана, даже близких друг к другу: воды теплые и холодные, соленые и опрес­ненные. Эти воды отличались также по цвету, богатству органиче­ской жизни и т. д. Австрийский ученый А. Дефант впервые (1929) употребил термин «водные массы», но рассматривал его узко, в аспекте решения задачи о смешивании двух или трех водных масс. Однако идея имела большое значение. Она развивалась по аналогии с учением о воздушных массах, разработанным в 1920-х го­дах норвежской школой метеорологов-синоптиков. Синоптическая метеорология рассматривает атмосферу как систему различных воз­душных масс — арктических и тропических, морских и континен­тальных и т.д., которые обладают определенными характеристика­ми: температурой, влажностью, прозрачностью и т. д. Все они на­ходятся в движении, соприкасаются, образуя циклоны, антицикло­ны, фронты, что в движении, во времени и воспринимается как синоптические процессы в атмосфере, как погода.

В океане протекают аналогичные процессы, но более сложные из-за существенной разницы в плотности сред, вязкости, скорости движения и т. д. В настоящее время понятие «водная масса» можно принять в формулировке А. Д. Добровольского (1947): «Водной массой следует называть некоторый, сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана — очаге, источнике этой водной массы, обладающий в течение дли­тельного времени почти постоянным и непрерывным распределе­нием физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс, и распространяющийся как одно, единое целое».

Каждая водная масса как понятие географическое характери­зуется определенным комплексом показателей — физических, хи­мических, биологических и даже геологических и связана с оп­ределенным течением. В комплекс показателей входят темпера­тура, соленость, цвет, прозрачность воды, содержание кислорода, сероводорода, биогенных веществ, некоторые химические коэф­фициенты, изотопный состав воды, минералогический и хими­ческий состав взвеси, видовой состав планктона, нектона, бен­тоса и т. д.

В каждой водной массе выделяется ее ядро с наиболее отчетли­во выраженными показателями (индексами) со значениями, близ­кими к таковым в очаге, районе формирования этой водной массы. От ядра к внешним границам водной массы значения показателей изменяются, но в определенных пределах, допустимых для данной водной массы. Изменение значений характеристик водной массы, ее трансформация происходят под влиянием трех причин: перехода из одной климатической зоны в другую, изменения внешних усло­вий в районе расположения водной массы и смешения с соседними водными массами. Первый вид носит название зональной трансфор­мации, так как он связан с перемещением по меридиану (теплые и холодные течения). Второй вид — сезонная трансформация — свя­зан не с переносом водной массы, а с сезонным изменением гид­рометеорологических характеристик на месте; вновь образующуюся водную массу тогда можно назвать разновидностью или модифика­цией первой (например, зимняя разновидность, летняя модифика­ция). Третий вид называется трансформацией смешения: вследствие перемешивания двух водных масс формируется третья с промежу­точными значениями характеристик. Трансформация смешения может идти постепенно, плавно, если между водными массами нет резкой границы, как, например, между водами Канарского течения и Саргассова моря. Но некоторые водные массы разграничены очень резко, как, например, Гольфстрим и Лабрадорское течение, кото­рые разделены «холодной стеной» с очень большими горизонталь­ными градиентами океанологических характеристик. Пограничная область двух масс называется фронтальной зоной, или фронтом, хотя точнее фронтом следует называть линию на поверхности моря или на некотором горизонте, которая образуется при пересечении последней с фронтальной поверхностью срединной части фрон­тальной зоны, где существуют наибольшие величины горизонталь­ных градиентов характеристик. В этом случае смешение происходит особенно интенсивно, проявляется эффект уплотнения при смеше­нии, возникают вертикальные движения, словом, этот случай вы­деляется в особый вид фронтальной трансформации.

Сочетание в пространстве водных масс, границ между ними (фронтов) образует гидрологическую структуру вод отдельных рай­онов океана. Структура отражает общие закономерности важней­ших океанологических процессов. Структура вод в вертикальном направлении характеризуется кривыми вертикального распределе­ния и Т, S-кривыми, Т, 0₂-кривыми и др., а в горизонтальном направлении — картами.

Для распознавания водных масс надо использовать комплекс раз­нообразных показателей. Но это далеко не всегда возможно. Кроме того, каждый из показателей обладает разной степенью консерватив­ности (изменчивости). Поэтому чаще всего пользуются одним-двумя основными показателями, а другие привлекают по мере возможности. Давно в качестве основных показателей берут температуру и соленость воды, кривые их вертикального распределения и карты горизонтально­го распределения. Но гораздо более убедительные результаты дает со­вместный анализ обоих показателей при помощи Т, ^-кривых. Такой метод предложил норвежский ученый Б. Хелланд-Хансен еще в 1916 г., советский ученый В. Б. Штокман развил его до теории Т, 5-кривых.