Взаимодействие океана и атмосферы можно анализировать по двум направлениям:
Энергетического обмена;
Вещественного обмена.
Энергетическое взаимодействие океана и атмосферы многообразно. Главным является их взаимодействие как противоположно устроенных термических систем.
Атмосфера, как термическая система, получает тепловую энергию главным образом путем подогрева снизу, от земной поверхности. Земная поверхность в целом поглощает около 80% солнечной энергии. Всего лишь около 20% тепловой солнечной энергии поглощается непосредственно воздухом и облаками. Почти все тепло, получаемое нижними слоями атмосферы, является скрытым теплом конденсации, заложенным в водяном паре. При этом более половины этого тепла поступает из тропических районов. Большая же часть атмосферы имеет низкую температуру и не поглощает тепловую энергию, а излучает ее в космическое пространство.
Океан, как тепловая система, устроен противоположным образом. Верхний слой океана является мощным поглотителем тепловой энергии. Поверхность океана поглощает 99,6% поступающего на нее тепла и отражает всего лишь 0,4%. Для суши показатель поглощения составляет всего 55-69%. Причем суша занимает менее 1/3 площади земной поверхности. Следовательно, поверхностный слой океанской воды представляет собой главный аккумулятор тепла на Земле. В нижележащих слоях воды, напротив, происходит рассеивание тепловой энергии. Поскольку теплоемкость воздуха гораздо ниже, чем воды, при контакте воздуха с водной поверхностью происходит отдача тепла в атмосферу и понижение температуры поверхностного слоя океана.
Скрытая энергия, поступившая в атмосферу с водяными парами, частично преобразуется в механическую энергию. Она обеспечивает перемещение воздушных масс. Механизм этого преобразования малоэффективен. Лишь 1-2% тепловой энергии переходит в механическую. Остальная часть тепла расходуется на покрытие потерь радиации в мировое пространство. Но и этого количества энергии оказывается достаточно, чтобы привести в движение огромные массы воздуха и обеспечить горизонтальную циркуляцию в поверхностном слое океана.
Взаимодействие гидросферы с атмосферой сопровождается также и обменом веществами. Важнейшим веществом, поставляемым океаном в атмосферу, являются водяные пары (500 тыс. км3 в год по Калинину). Поступление водяного пара происходит из:
гигантских вертикальных кучево-дождевых облаков в экваториальной зоне океана. Эти облака засасывают водяные пары и скрытую в них энергию в атмосферу на высоту 10-15 км;
пассатных кучевых облаков тропических зон. Причем эти облака создают влажный конвективный слой, мощностью до 3 км, постепенно углубляющийся вдоль воздушного потока.
Огромные массы водяных паров поступают в атмосферу также из других климатических зон океана, а также в результате механического испарения. В процессе механического испарения происходит унос водяной пыли при сильных ветрах в нижние слои воздуха.
При механическом испарении в атмосферу поступают также соли. Вынос солей в атмосферу в молекулярно-дисперсном состоянии происходит и при нормальном испарении. Концентрация метаморфизированных до молекулярно-дисперсного состояния солей в поверхностном слое воды может достигать 0,5 мг на 1 л испаряющейся воды. Таким путем в атмосферу поступают ионы Na, Mg, Са, K, Сl, СО3, SO4. В дальнейшем вместе с дождевыми водами они возвращаются в океан или поступают на сушу.
Атмосфера, в свою очередь, является главным поставщиком для океана углекислоты, азота и кислорода. Холодные воды служат лучшими растворителями углекислоты. Поэтому максимальное содержание углекислого газа приурочено к придонным слоям воды в высоких широтах. В поверхностном слое воды происходит интенсивное потребление углекислого газа фотосинтезирующими организмами. С глубиной содержание растворенного углекислого газа нарастает примерно до глубины 200 м и затем до дна остается почти без изменений. Меньшая часть углекислого газа поступает в результате окислительных процессов при разложении органической материи, а также при подводных вулканических извержениях.
При преобладании процесса изъятия углекислоты из атмосферы, все же происходит и отдача некоторого ее количества из океана в воздушную оболочку. Интенсивно поглощаясь холодными водами в высоких широтах, углекислый газ в экваториальных и тропических широтах выделяется из воды в атмосферу. В умеренных зонах зимой происходит интенсивное поглощение СО2 водами океана, а летом, при прогревании поверхностного слоя воды, СО2 отдается в атмосферу. Концентрация или дефицит углекислого газа в океанских поверхностных водах существенно влияет на всю гидрохимическую обстановку.
Ежегодно в виде известковых скелетов морских организмов на дно океана поступает около 2,5 ∙ 1014 г углерода. В результате в осадочных породах земной коры накоплено углерода на несколько порядков величин больше, чем его содержится в атмосфере и гидросфере. Так количество углерода в атмосфере оценивается величиной 6,3 ∙ 1017 г, в гидросфере 3,6 ∙ 1019 г. Концентрация углерода в земной коре в виде каустобиолитов оценивается величиной 6,4 ∙ 1021 г, а в виде известняков и доломитов 5 ∙ 1022 г. Подавляющая часть захороненных в земле каустобиолитов имеет органическое происхождение. Осаждение карбонатов идет преимущественно биологическим путем. Следовательно, их энергетический потенциал можно рассматривать как ресурсы преобразованной и законсервированной солнечной энергии, накопленные за миллиарды лет существования жизни на нашей планете. Вместе с тем накопление каустобиолитов и карбонатных пород в толще осадочного слоя земной коры, подстилающего океаны, представляет собой результат мощного крупномасштабного взаимодействия атмосферы, биосферы, водной оболочки и литосферы.
Основная масса азота, поступающего в морские воды, также имеет атмосферное происхождение. В 1 л воды в среднем содержится около 13 мг растворенного азота. Меньшая часть азота в океане высвобождается в результате разложения органической материи.
Непосредственным источником кислорода в океанической воде является также кислород атмосферы. Способность воды растворять кислород достаточно велика. В результате океан нормально аэрируется до самых больших глубин. Но воздух сам получает кислород, который высвобождающийся в процессе фотосинтеза, из поверхностного слоя океана. По мнению А. П. Виноградова этот процесс потребляет только около 2% поступающей солнечной энергии. Но этой энергии хватает, чтобы фотосинтез в поверхностном слое явился главным фактором обеспечения атмосферы кислородом.
Поверхностный слой воды перенасыщен кислородом, что видно по постоянному присутствию пузырьков газа на планктонных организмах. При дыхании растения потребляют около 15% продуцируемого ими кислорода, часть потребляют другие организмы, часть уходит из поверхностного слоя с погружающимися массами воды при вертикальном перемешивании, но большая часть кислорода отдается в атмосферу.
Количество выделяемого при фотосинтезе кислорода зависит непосредственно от интенсивности фотосинтеза. Поэтому области интенсивного фотосинтеза одновременно представляют собой области и перенасыщения кислородом и интенсивной отдачи его в атмосферу. В океанических областях с малой продуктивностью фитопланктона, напротив, происходит поглощение кислорода из атмосферы. При морском волнении, особенно при сильных штормах, отдача кислорода в атмосферу значительно усиливается.
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.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Роль океана в жизни планеты определяется удивительными свойствами воды. Вода в отличие от суши медленно нагревается, но долго удерживает тепло. Огромная площадь океана поглощает 2/3 тепла, поступающего на Землю от Солнца. Океан поставляет в атмосферу и влагу.
Роль взаимодействия океана с атмосферой. Поверхность океана активно взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней влагой и теплом. Холодный воздух нагревается над более теплой поверхностью океана и наоборот. Над поверхностью океана образуются особые воздушные массы – морские воздушные массы.
Огромную роль во взаимодействии океана с атмосферой играют течения. От экватора к полюсам они переносят значительно больше тепла, чем воздушные массы. Мощные течения (Гольфстрим и др.) несут теплую воду из тропических широт в умеренные и приполярные. Поэтому зимой они оказывают отепляющее воздействие на прибрежные части континентов. Например, в Северной Атлантике поверхность океана отдает атмосфере тепла больше, чем получает его там же от нагревания.
Круговорот воды. Велика и роль круговорота воды во взаимодействии океана и суши. Океан – главный источник поступления влаги в атмосферу. За год со всей поверхности океана испаряется слой воды толщиной около метра. Однако уровень океана не понижается, так как в него поступают осадки из атмосферы, стекают воды, приносимые реками. Таким образом, океан оказывает огромное влияние на природу материков благодаря движению воздушных масс и круговороту воды.
Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Роль океана в жизни планеты определяется замечательными свойствами воды, которая поглощает гораздо больше тепла, чем поверхность суши. Вода в отличие от суши медленно нагревается, но долго удерживает тепло. Огромная поверхность океана поглощает 2/3 тепла, поступающего на Землю от Солнца. В десятиметровом слое поверхностных океанических вод тепла содержится больше, чем во всей атмосфере. Поэтому океан называют накопителем тепла на планете. Он поставляет в атмосферу и влагу, питает осадками сушу. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Одновременно с влагой в процессе испарения и разбрызгивания воды под влиянием ветра в воздух попадают соли, растворенные в океане. Эти соли переходят в аэрозоли (мельчайшие взвешенные в воздухе частицы) и определяют солевой состав атмосферных осадков. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Роль воздушных масс во взаимодействии океана с атмосферой и материками особенно велика. Поверхность океана активно взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней теплом и влагой. Этот обмен происходит в результате нагревания холодного воздуха над теплой поверхностью океана и, наоборот, охлаждения теплого воздуха над более прохладными водами. При испарении воды с поверхности океана происходит ее охлаждение, а запасенное в испарившейся воде тепло передается нижнему слою атмосферы. Большой запас тепла в водах океана влияет на свойства воздушных масс. Над его поверхностью образуется особый подтип - морские воздушные массы, которые отличаются от континентальных (образующихся над сушей) большей влажностью и небольшими различиями температур между сезонами года. Температурные различия над поверхностью океана и суши создают разницу в атмосферном давлении, вызывают перемещение воздушных масс, которые переносят тепло (холод) и влагу с океана на материки. Поэтому на побережьях образуется особый океанический (морской) климат. Наиболее ярким примером взаимодействия океана с материками служат муссоны. Эти сезонные ветры образуются на границах больших массивов суши и океанов. (Объясните их происхождение и влияние на климат суши и прибрежных вод океана в разные сезоны года.) Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Огромную роль во взаимодействии океана с атмосферой и сушей играют течения. Они усиливают обмен теплом и влагой между океаном и сушей. От экватора к полюсам они переносят значительно больше тепла, чем воздушные массы. Мощные течения (Гольфстрим, Куросио и др.) несут теплую воду из тропических широт в умеренные и приполярные. Поэтому зимой, когда континенты охлаждены, нагретый теплыми течениями воздух переносит тепло на сушу. При этом повышается температура воздуха в прибрежных и даже достаточно удаленных от океана частях материков. Например, в Северной Атлантике поверхность океана отдает атмосфере тепла больше, чем получает его там же от нагревания солнечными лучами. Западные ветры переносят это тепло в Евразию. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Велика роль и круговорота воды во взаимодействии океана и суши. Океан - главный источник поступления влаги в атмосферу. Круговорот воды - это основа образования вод суши, увлажнения почвы, жизни различных организмов на суше. За год со всей поверхности океана испаряется слой воды толщиной около метра. Однако уровень океана не понижается, так как в него поступают осадки из атмосферы, стекают воды, приносимые реками. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей Таким образом, Мировой океан оказывает огромное влияние на природу материков благодаря движению воздушных масс и круговороту воды. Океан определяет облик планеты в целом.
«География 7 класс Тихий океан» - Дать оценку хозяйственной деятель-ности человека в океанах. Тихий океан. Познакомить учащихся физико- геогра-фическими особенностями океана. Организационный момент. ПРОВЕРКА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ найди соответсвия. Самый богатый по разнообразию орга- нического мира. Самый тёплый. С гидрологическими условиями.
«Названия океанов» - Внутренними. Моря и океаны. Сухопутный путь требовал много времени и был очень опасен. Северный Ледовитый океан. Мировой океан. Гидросфера. Третий по величине океан. Самые крупные водные пространства называются океанами. Урок естествознания. Для работы нам потребуется. Галеон Магеллана Виктория. Моря соединяются с океаном, а озера нет.
«Тихий океан география» - Очень богата фауна рыб. Названа по находящимся рядом Марианским островам. Бурые водоросли. Сивучи. Иваси. Ставрида. Полосатики. Минтай. Органический мир. В составе фитопланктона Тихого океана насчитывается почти 380 видов. Красные водоросли. Кашалот. Морские котики. Физическая география материков и океанов Яндекс картинки Коллекция картинок.
«Ледовитый океан» - Первые походы поморов. В Арктике ведут наблюдения за погодой. Хозяйственная деятельность. Общая характеристика океана. Рельеф. Объём –18,07 млн.км куб. Дрейф на льдине «Северный полюс-1». История исследования. Климат и воды. Наличие льдов -характерная особенность океана. Северный морской путь – важная транспортная магистраль России в Арктике.
«География «Атлантический океан»» - Рельеф дна океана. Атлантический океан. Экологические проблемы. Взаимодействие океана, атмосферы и суши. Температура и соленость океана. Трагедия «Титаника», который на полном ходу столкнулся с айсбергом. В каком из данных морей Атлантического океана добывают нефть. История исследования океана. Образуют ли течения кругооборот в Атлантическом океане.
«Океаны мира» - Баренцево море – самое продуктивное море Северного Ледовитого океана. Мировой океан. Рельеф Атлантического океана. Жидком - вода. Пресная. Пролив Дрейка – отделяет материки от Антарктиды. Вода в атмосфере. Специалисты из Стэнфордского университета недавно опубликовали тревожные данные. Гибралтарский пролив – соединяет Океан и Средиземное море.
Всего в теме 15 презентаций
