В чем проявляется взаимодействие океана и окружающей. Определения и понятия

Существовали времена в древнейшей истории планеты, когда всю поверхность Земли покрывали В этих бесконечных пространствах когда-то зарождалась первая жизнь в виде одноклеточных существ. Затем из воды выделились материки (правда, в глубокой древности они имели совсем не такой вид, как сегодня). Взаимодействие океана с атмосферой и сушей обусловило выход жизненных форм из водной среды, их развитие и многообразие. А в итоге - появление на Земле высших млекопитающих и человека.

Значение мирового океана

В жизнедеятельности всей планеты как единого организма океанические массы выполняют важнейшие задачи. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей определяется некоторыми физическими свойствами воды, которой свойственно поглощать гораздо большее количество тепла, чем суше. Вода нагревается медленнее, но зато длительное время способна удерживать тепло. Таким образом, более двух третей всего тепла, полученного от Солнца, поглощается водными массами. А всего лишь в десяти сантиметрах воды на поверхности содержится намного больше тепла, чем в атмосферных слоях. Не случайно мировой океан называют аккумулятором тепловой энергии в планетарном масштабе. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей выражается в первую очередь в том, что он поставляет в воздух влагу, которая затем в виде осадков питает сушу Земли. Так достигается глобальный без которого жизнь на планете была бы под большим вопросом (по крайней мере, на наземной ее части).

Солевой обмен

Взаимодействие океана и атмосферы оказывает влияние на «обмен веществ» в планетарном масштабе. В чем же он состоит? Давайте рассмотрим поподробнее. Итак, мы выяснили, что мировой океан насыщает атмосферу влагой и затем напитывает осадками участки суши. Но одновременно с этой влагой (в ходе испарений и разбрызгивания при помощи ветров) в воздухе оказываются соли, которыми полна океанская вода. Превращенные в аэрозоли (мельчайшие частицы, взвешенные в атмосфере), эти соли входят в состав осадков, выпадающих на землю.

Обмен влагой и теплом

Взаимодействие океана с атмосферой и сушей можно описать следующей схемой. Холодные нагреваются над теплыми слоями океана, а теплый воздух, наоборот, охлаждается над холодными. Запасенное океаном тепло (и влага) уходит в ближние Над поверхностью мирового океана формируются особые морские воздушные массы. Они кардинально отличаются от континентальных повышенной влажностью и разбросом температурного режима. Данные особенности температур (их различие) способствуют возникновению разницы в атмосферном давлении и способствуют перемещению воздушных масс с океана на материки. Именно поэтому на побережье всегда особый, мягкий, «морской» климат.

Ветры и течения

Яркий пример взаимодействия - муссоны, особые сезонные ветра. Они формируются на границе воды и суши и сильно влияют на климатические условия материков.

Течения в мировом океане (к примеру, Гольфстрим), как результат взаимодействия, также выполняют одну из важнейших задач. Они носят огромнейшие количества тепла (больше, чем передается по воздуху) от экваториальных до умеренных и даже полярных широт, обеспечивая энергоснабжение и своеобразное «отопление» Земли.

Гидросфера: взаимодействие океана и атмосферы

Гидросфера - водная оболочка планеты. Она включает в себя все виды вод на Земле: мировой океан, подземные, поверхностные континентальные. Их общий объем достигает более полутора миллионов кубических километров с массой, превышающей массу атмосферы в сотни раз. Из них океанические воды занимают большую часть - свыше 95%. Принято считать, что в гидросфере впервые появилась и начала развиваться жизнь. И только в палеозое животные и растения стали выбираться на сушу.

Жизнь в океане

Взаимодействие океана с атмосферой и сушей обуславливает многообразие жизненных форм в мировом океане. В нем рождается и развивается великое многообразие живых существ: от мельчайших микроорганизмов до самых больших млекопитающих на планете - гигантских китов. Океан - кладезь пищевых запасов для всего человечества. Здесь ведется промысел млекопитающих, лов рыб, сбор водорослей и планктона. А из морских даров получают не только пищу, но и лекарства от болезней.

Взаимодействие океана и атмосферы определяет погоду и климат различных областей земного шара, тепловой и динамический режим Мирового океана. Практическое значение решения этой проблемы очевидно - оно открывает пути для разработки более совершенного долгосрочного прогноза погоды, прогноза изменения климата, прогноза режима Мирового океана. Сейчас эта проблема стала одной из важнейших проблем.

Океан и атмосфера соприкасаются на пространстве, составляющем около 71% поверхности планеты. На всем этом пространстве между газовой и жидкой оболочками Земли происходит непрерывное взаимодействие в разнообразных процессах. Только приливные явления, из всех происходящих в Мировом океане процессов, могут рассматриваться независимо в океане и атмосфере.

Все процессы в океане и атмосфере возбуждаются единым источником энергии - солнечным излучением - и представляют собой различные части единого механизма, в котором происходит трансформация тепловой энергии Солнца в другие виды энергии.

Тепловое и динамическое взаимодействие, обмен влагой являются основными процессами во взаимодействии океана и атмосферы. Именно эти процессы имеются в виду, когда рассматривается проблема взаимодействия океана и атмосферы. В нее входит и взаимодействие атмосферы с поверхностью материков, без которого крупномасштабное взаимодействие было бы не полным.

В тепловом отношении океан более активен, так как обладает большим запасом тепла, а атмосфера более активна в динамическом - в силу большей подвижности и больших запасов кинетической энергии.

В ряде отдельных процессов можно видеть преобладание определенно направленного воздействия атмосферы на океан или океана на атмосферу. Однако в целом процессы взаимодействия в системе океан-атмосфера происходят с активной обратной связью . Поэтому причины и следствия в цепи взаимодействия могут меняться местами, и в большинстве случаев невозможно указать, находятся причины в атмосфере или в океане.

В результате теплового и динамического взаимодействия газообразной и жидкой оболочек Земли создается основной фон жизни океана и атмосферы, на котором развиваются все остальные физические, а также химические, биологические и геологические процессы, поглощающие несравненно меньшую часть приходящей на Землю солнечной энергии.

Воздействие атмосферы на океан проявляется в основном в передаче ему количества движения. Под действием касательного напряжения и пульсаций дав­ления турбулизированного ветрового потока в океане возникают дрейфовые течения, ветровое волнение, внутренние волны. Энергией циркуляции атмосферы, т.е. режимом преобладающих ветров над океанами, обусловлены главные черты системы общей циркуляции вод океана, ветрового волнения, уровенной поверхности. Кроме того, колебания атмосферного давления, особенно при прохождении циклонов, создают в океане градиентные течения, долгопериодные внутренние волны, сгонно-нагонные изменения уровня.

Воздействие океана на атмосферу проявляется главным образом в передаче ей тепла и влаги. Существенную роль при этом играет скрытая теплота, содержащаяся в водяном паре и реализуемая атмосферой в районах конденсации. Тепло океана передается в атмосферу процессами испарения, турбулентного теп­лооомена и длинноволнового излучения с поверхности океана.

Благодаря большой тепловой инерции деятельного слоя океана его тепловое состояние более стабильно и меняется во времени медленнее, чем тепловое состояние атмосферы. Поэтому крупномасштабные движения в атмосфере стремятся приспособиться к тепловому состоянию океана.

Распределение величин результирующего теплообмена океана с атмосфе­рой определяет районы наибольшего поступления тепловой энергии в атмосферу, а следовательно, определяет и районы наибольшей термодинамической активности в атмосфере. Такими районами являются, в частности, системы течений Гольфстрим и Куросио.

Важную роль регулятора в процессах взаимодействия океана с атмосферой играет облачность. В облачности при конденсации выделяется скрытая теплота испарения, но в тоже время она экранирует прямую солнечную радиацию. Поэтому распределение облачности создает неравномерность в прогреве верхних слоев океана. Длительные аномалии в количестве облаков над данным районом океана способствуют образованию аномалий теплосодержания деятельного слоя. При этом изменяется испарение, турбулентный и лучистый теплообмен океана с атмосферой, что соответствующим образом изменяет облачность и другие характеристики атмосферы. Таким образом, облачность осуществляет обратную связь в процессах воздействия океана на атмосферу и может придавать этим процессам колебательный характер.

В районах частой повторяемости штормов резко увеличиваются турбулентные по­токи тепла и влаги, в результате чего эти области являются очагами интенсивного взаимодействия океана и aтмосферы.

Морской лед также играет роль своеобразного регулятора в теплопередаче от океана в атмосферу в полярных областях, уменьшая теплообмен между океаном и атмосферой.

Мы знаем, что атмосфера сильно влияет на поведение океана. Воздушные течения создают водные течения.

Такие крупнейшие течения в океане, как Гольфстрим и Куросио, возникают в результате действия ветра. Ветер создает морские волны, а морские волны - это одна из «прелестей» океана. Наличие облачности, температура воздуха и тот же ветер определяют прогревание или охлаждение океанской воды. Наоборот, океан влияет на атмосферу, оказывая на нее прежде всего тепловое воздействие. Поскольку теплоемкость воды во много раз больше, чем теплоемкость воздуха, достаточно, например, охладить 100-метровый слой воздуха на 7ю градуса, чтобы атмосфера прогрелась в среднем на 6°. Тепловое воздействие океана на воздух очень велико, и также велико влияние океана на атмосферу вследствие испарения влаги. Влага попадает в воздух главным образом из океанов. Из океанов в год испаряется 3,34X10 14 т воды, а с суши в 5 раз меньше. Почти вся влага попадает в воздух именно с океана, на испарение тратится около 1/3 поглощаемого Землей солнечного тепла. В результате такого взаимодействия формируются долгосрочные изменения погоды.

Так же формируется и климат Земли, и колебания климата. Например, потепление климата, наблюдавшееся в первую половину XX в., а сейчас, по-видимому, закончившееся, должно найти свое объяснение в процессах взаимодействия океана и атмосферы. Потепление климата является одной из наиболее актуальных проблем современной геофизики.

Взаимодействие океана и атмосферы можно разделить на две части: 1) мелкомасштабные процессы и 2) крупномасштабные процессы.

Мелкомасштабные процессы - это образование потоков тепла, влаги и количества движения на поверхности моря, разделяющей океан и атмосферу.

Очень большую роль в их формировании играют штормы, во время которых основная масса тепла и влаги переходит из океана в атмосферу. Не, учитывая штормы, только по средним климатическим данным невозможно вычислить, сколько же тепла и влаги переходит в атмосферу и каково крупномасштабное воздействие тепла и влаги, которые поступают из океана в атмосферу.

Очень много внимания уделял этим процессам академик В. В. Шулейкин. За последние годы интересная работа была выполнена американским ученым Дж. Бьеркнесом, который установил, что малый ледниковый период, имевший место в XVII-XIX вв., по-видимому, объяснялся тем, что в северо-восточной части Атлантики вода была аномально холодной, а в Саргассовом море аномально теплой. Наблюдалась ослабленная циркуляция атмосферы зимой. Вникая в механизм воздействия океана на атмосферу, можно найти ключ к объяснению колебаний климата, вначале с непродолжительными периодами - в полвека, затем - в несколько веков, и в конце концов мы подойдем к причинам возникновения ледниковых периодов.

Надо сказать, что в настоящее время предлагается много гипотез о возникновении ледниковых периодов, но науке еще предстоит решить эту проблему.

Чтобы лучше понять: как взаимодействуют между собой океан, суша и атмосфера, - необходимо:

• Сформулировать их понятия;
• Определить роль каждого из них для планеты в целом;
• Сформулировать принципы их взаимодействия.

Определения и понятия

Океан представляет собой самый крупный водный объект системы Земля. Вся поверхность, которая занята водой, составляет примерно 71% от общей площади планеты. Существует четыре крупных океана: Тихий (самый большой, его протяженность достигает нескольких тысяч километров), Атлантический (расположен вблизи субтропиков), Индийский (третий по величине океан), Северный Ледовитый (самый мелких из своего рода).

Суша представляет собой сухую и местами твердую поверхность Земли. Она занимает оставшуюся площадь планеты, которая не покрыта различными морями, океанами и озерами. Существует большое разнообразие среди рельефа и характеристик суши, это могут быть:

• пустыни;
• ледники;
• леса;
• города;
• горы и т.д.

Атмосфера же представляет собой оболочку, которая окружает всю планету. Она состоит из множества всевозможных газов.

Взаимодействие океана, атмосферы и суши

Самым ярким взаимодействием этих трех сред можно назвать круговорот воды в природе. Океан является носителем влаги, он поставляет ее в атмосферу, увлажняя и поддерживая ее состояние. Затем влага, которая попадает в атмосферу проходит определенный цикл преобразований и попадает на землю (сушу), в виде осадков. Таким образом, земная кора насыщается необходимым количеством воды. Затем излишнее количество воды испаряется и весь процесс проходит по кругу.

Также океан является отличным поглотителем солнечного тепла. Его вода значительно медленнее нагревается, но она также очень медленно и отдает тепло. Вода передает свою тепловую энергию Земле, в местах соприкосновения с поверхностью суши. Также вода прогревает и ближайшие слои атмосферы. Точно также океан служит отличным регулятором тепловых ветряных потоков. Если слои атмосферы очень холодные - океан нагревает их, если теплые - остужает. Затем эти воздушные массы аккуратно перемещаются на материк.