СПРАВОЧНИК по экологии

Изучение физических и биологических аспектов океана

Океанография (соединение греческие слова ὠκεανός, означающие «океан » и γράφω, означающие «писать »), также известные как океанология, изучают физические и биологические аспекты океана. Это важный Науки о Земле, который охватывает широкий круг тем, включая экосистему динамику; океанские течения, волны и геофизическая гидродинамика ; тектоника плит и геология морского дна; и потоки различных химических веществ и физических свойств в океане и через его границы. Эти разнообразные темы отражают множество дисциплин, которые океанологи объединяют для дальнейшего изучения мирового океана и понимания процессов в: астрономии, биологии, химии, климатология, география, геология, гидрология, метеорология и физика. Палеоокеанография изучает историю океанов в геологическом прошлом. океанолог – это человек, изучающий множество вопросов, связанных с океанами, включая морскую геологию, физику, химию и биологию.

Изучение физических условий и физических процессов в океане

Мировой океан батиметрия.

Физическая океанография – это изучение физических условий и физических процессов в океане, особенно движения и физических свойств океанических вод.

Физическая океанография – одна из нескольких поддоменов, на которые делится океанография. Другие включают биологическую, химическую и геологическую океанографию.

Физическая океанография может быть подразделена на описательную и динамическую физическую океанографию.

Описательная физическая океанография стремится исследовать океан с помощью наблюдений и сложных численных моделей, которые описывают движения флюидов как можно точнее.

Динамическая физическая океанография фокусируется в первую очередь на процессах, управляющих движением жидкостей, с упором на теоретические исследования и численные модели. Они являются частью обширной области геофизической гидродинамики (GFD), которая используется совместно с метеорологией. GFD – это подполе Гидродинамика, описывающее потоки, возникающие в пространственных и временных масштабах, на которые сильно влияет сила Кориолиса.

Ссылки

• Хэмблин, Джейкоб Дарвин (2005) Океанографы и холодная война: ученики морской науки. Вашингтонский университет Press. ISBN 978-0-295-98482-7
• Стил, Дж., К. Турекиан и С. Торп. (2001). Энциклопедия наук об океане. Сан-Диего: Academic Press. (6 томов) ISBN 0-12-227430-X
• Свердруп, Кейт А., Даксбери, Алин К., Даксбери, Элисон Б. (2006). Основы океанографии, McGraw-Hill, ISBN 0-07-282678-9
• Ланг, Майкл А., Ян Г. Макинтайр и Клаус Рютцлер, ред. Материалы Смитсоновского симпозиума по морским наукам. Вклад Смитсоновского института в морские науки, № 38. Вашингтон, округ Колумбия: Scholarly Press Смитсоновского института (2009)
• Болинг Го, Дайвен Хуанг. Бесконечные динамические системы в науках об атмосфере и океане, 2014, World Scientific Publishing, ISBN 978-981-4590-37-2 . Образец главы

Тепловой поток

Тепловой поток океана – это турбулентная и сложная система, в которой для измерения скорости используются такие методы измерения атмосферы, как вихревая ковариация теплопередачи, выраженной в единицах петаватт. Тепловой поток – это поток энергии на единицу площади в единицу времени. Большая часть накопления тепла на Земле находится в ее морях, а меньшие доли теплопередачи в таких процессах, как испарение, излучение, диффузия или поглощение морским дном. Большая часть потока тепла в океане происходит через адвекцию или движение океанских течений. Например, считается, что большая часть движения теплой воды в южной части Атлантического океана берет свое начало в Индийском океане. Другой пример адвекции – неэкваториальный нагрев Тихого океана, который является результатом подземных процессов, связанных с атмосферными антиклиналями. Недавние наблюдения за потеплением придонной воды Антарктики в Южном океане вызывают озабоченность у ученых-океанологов, поскольку изменения в придонной воде повлияют на течения, питательные вещества и биоту в других местах. Международная осведомленность о глобальном потеплении сосредоточила научные исследования на этой теме с момента создания в 1988 г. Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Улучшенные наблюдения за океаном, приборы, теория и финансирование увеличили объем научных отчетов по региональным и глобальным проблемам, связанным с жарой.

Изменение уровня моря

мареографы и спутниковая альтиметрия предполагают повышение уровня моря на 1,5–3 мм / год за последние 100 лет.

IPCC предсказывает, что к 2081-2100 гг. глобальное потепление приведет к повышению уровня моря с 260 до 820 мм.

Внешние ссылки

• Лаборатория реактивного движения НАСА – Центр распределенного активного архива физической океанографии (PO.DAAC). Центр обработки данных, отвечающий за архивирование и распространение данных о физическом состоянии океана.
• Скриппс. Океанографический институт. Один из старейших, крупнейших и важнейших центров исследований, образования и общественных услуг в области наук об океане и Земле.
• Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI). Один из крупнейших в мире крупнейшие частные некоммерческие исследовательские, инженерные и образовательные организации.
• Британский центр океанографических данных. Источник океанографических данных и информации.
• Навигатор океанографических и погодных данных NOAA. Постройте и загрузите океан data.
• Freeview Video «Путешествие на дно глубокого моря» Oceanog Программа raphy от Vega Science Trust и BBC / Открытый университет.
• Атлас испанской океанографии от InvestigAdHoc.
• Глоссарий физической океанографии и смежных дисциплин Стивена К. Баума, факультет океанографии Техасского университета AM
• Barcelona-Ocean.com. Вдохновляющее образование в области морских наук
• CFOO: Sea Atlas . Источник океанографических данных в реальном времени (мониторинг буев) и обучающих материалов для южноафриканских побережий.
• Океанография на в наше время на BBC

Быстрые колебания

Залив Фанди – это залив, расположенный на Атлантическом побережье Северной Америки, на северо-восточном конце Залив Мэн между провинциямиНью-Брансуик и Новой Шотландией.

Подъем и падение уровня Мирового океана из-за приливных воздействий является ключевым фактором влияние на прибрежные районы. Океанские приливы на планете Земля создаются гравитационными эффектами Солнца и Луны. Приливы, производимые этими двумя телами, примерно сопоставимы по величине, но орбитальное движение Луны приводит к приливным паттернам, которые меняются в течение месяца.

Приливы и отливы создают циклическое течение вдоль побережья, и сила этого течения может быть весьма значительной вдоль узких эстуариев. Прибывающие приливы также могут образовывать приливную скважину вдоль реки или узкого залива, поскольку течение воды против течения приводит к появлению волны на поверхности.

Приливный резонанс возникает в заливе Фанди с момента, когда большая волна проходит от устья залива до противоположный конец, затем отражение и возвращение к устью залива совпадает с приливным ритмом, вызывающим самые высокие в мире приливы.

Поскольку поверхностный прилив колеблется по рельефу, например, на подводных горах или хребтах, он генерирует внутренние волны с приливной частотой, которые известны как внутренние приливы.

Цунами

Серия поверхностных волн может возникать из-за крупномасштабного смещения океанской воды. Они могут быть вызваны подводными оползнями, деформациями морского дна из-за землетрясений или ударом большого метеорита.

. Волны могут распространяться со скоростью до до нескольких сотен км / час по поверхности океана, но в середине океана они едва заметны при длинах волн, охватывающих сотни километров.

Цунами, первоначально называвшиеся приливными волнами, были переименованы, потому что они не связаны с приливами. Они рассматриваются как волны на мелководье или волны в воде глубиной менее 1/20 их длины волны. Цунами имеют очень большие периоды, высокую скорость и большую высоту волн.

Эти волны в первую очередь воздействуют на прибрежную береговую линию, поскольку большие объемы океанской воды циклически перемещаются вглубь суши, а затем уходят в море. Это может привести к значительным изменениям в районах береговой линии, где волны ударяются с достаточной энергией.

Цунами, произошедшее в заливе Литуйя, Аляска, 9 июля 1958 года, достигло 520 м (1710 футов) в высоту и стало самым большим цунами из когда-либо измеренных, почти на 90 м (300 футов) выше чем Sears Tower в Чикаго и примерно на 110 м (360 футов) выше, чем бывший Всемирный торговый центр в Нью-Йорке.

Поверхностные волны

Ветер генерирует поверхностные волны океана, которые оказывают большое влияние на морские сооружения, суда, прибрежные эрозию и отложения, а также гавани. После генерации ветром поверхностные волны океана могут распространяться (как зыбь ) на большие расстояния.

Температура, соленость и плотность

WOA поверхностная плотность

Поскольку подавляющая часть объема Мирового океана – глубоководная, средняя температура морской воды низкая; примерно 75% объема океана имеет температуру от 0 ° до 5 ° C (Pinet 1996). Такой же процент приходится на диапазон солености 34–35 ppt (3,4–3,5%) (Pinet 1996). Однако есть еще немало вариаций. Температура поверхности может колебаться от ниже нуля около полюсов до 35 ° C в ограниченных тропических морях, а соленость может варьироваться от 10 до 41 ppt (1,0–4,1%).

Вертикальную структуру температуры можно разделить на три основных слоя: поверхностный смешанный слой, где градиенты низкие, термоклин, где градиенты высокие, и плохо стратифицированная бездна.

С точки зрения температуры слои океана сильно зависят от широты и ; термоклин ярко выражен в тропиках, но отсутствует в полярных водах (Marshak 2001). галоклин обычно находится у поверхности, где испарение увеличивает соленость в тропиках, или талая вода разбавляет его в полярных регионах. Эти колебания солености и температуры с глубиной изменяют плотность морской воды, создавая пикноклин.

• Уэй, Джон Х. «Гипсографическая кривая». Архивировано с оригинального 30 марта 2007 г. Проверено 10 января 2006 г.
• Океанография НАСА
• Движение океана и поверхностные течения
• Мир океана (цифровая книга)
• Национальное управление океанографии и атмосферы
• Университет-Национальная система океанографических лабораторий
• Тихоокеанский центр катастроф
• Тихоокеанский музей цунами Хило, Гавайи
• Наука об опасностях цунами (журнал)
• NEMO академическое программное обеспечение для океанографии

Циркуляция

Зависящая от плотности термохалинная циркуляция

Энергия для циркуляции океана (и для циркуляции атмосферы) поступает от солнечное излучение и гравитационная энергия солнца и луны. Количество солнечного света, поглощаемого поверхностью, сильно зависит от широты, оно больше на экваторе, чем на полюсах, и это вызывает движение жидкости как в атмосфере, так и в океане, которое действует для перераспределения тепла от экватора к полюсам, тем самым снижая температуру. градиенты, которые существовали бы в отсутствие движения жидкости. Возможно, три четверти этого тепла уносится с атмосферой; остальное уносится в океане.

Атмосфера нагревается снизу, что приводит к конвекции, наиболее сильным выражением которой является циркуляция Хэдли. Напротив, океан нагревается сверху, что подавляет конвекцию. Вместо этого глубоководные океанические воды образуются в полярных регионах, где холодные соленые воды опускаются в довольно ограниченных областях. Это начало термохалинной циркуляции.

Океанические течения в значительной степени вызваны напряжением приземного ветра; следовательно, крупномасштабная атмосферная циркуляция важна для понимания циркуляции океана. Циркуляция Хэдли приводит к восточным ветрам в тропиках и западным ветрам в средних широтах. Это приводит к медленному направленному к экватору потоку на большей части субтропического океанского бассейна (баланс Свердрупа ). Возвратный поток возникает в интенсивном узком направленном к полюсу западном пограничном течении. Как и атмосфера, океан гораздо шире, чем глубина, и поэтому горизонтальное движение в целом намного быстрее, чем вертикальное. В южном полушарии есть непрерывный пояс океана, и, следовательно, западные ветры средних широт вызывают сильное антарктическое циркумполярное течение. В северном полушарии массивы суши препятствуют этому, и циркуляция океана разбита на более мелкие круговороты в бассейнах Атлантики и Тихого океана.

Эффект Кориолиса

Эффект Кориолиса приводит к отклонению потоков жидкости (вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии). Это оказывает огромное влияние на течение Мирового океана. В частности, это означает, что поток идет вокруг систем высокого и низкого давления, что позволяет им сохраняться в течение длительных периодов времени. В результате крошечные колебания давления могут создавать измеримые токи. Например, уклон в одну миллионную часть высоты поверхности моря приведет к течению 10 см / с в средних широтах. Тот факт, что эффект Кориолиса является наибольшим на полюсах и слабым на экваторе, приводит к резким, относительно устойчивым течениям на западной границе, которые отсутствуют на восточных границах. Также см. Эффекты вторичной циркуляции.

Транспорт Экмана

Транспорт Экмана приводит к чистому переносу поверхностной воды на 90 градусов вправо от ветра в Северном полушарии и на 90 градусов влево от ветра в Южном полушарии.. Когда ветер дует через поверхность океана, он «захватывает» тонкий слой воды на поверхности. В свою очередь, этот тонкий слой воды передает энергию движения тонкому слою воды под ним и так далее. Однако из-за эффекта Кориолиса направление движения слоев воды медленно перемещается все дальше и дальше вправо по мере того, как они становятся глубже в Северном полушарии, и влево в Южном полушарии. В большинстве случаев самый нижний слой воды, подверженный воздействию ветра, находится на глубине 100-150 м и движется примерно на 180 градусов, что полностью противоположно направлению ветра. В целом чистый перенос воды будет составлять 90 градусов от исходного направления ветра.

Циркуляция Ленгмюра

Циркуляция Ленгмюра приводит к появлению тонких видимых полос, называемых валками на поверхности океана, параллельными направлению, в котором дует ветер. Если ветер дует более 3 м с, он может создавать параллельные валки, чередующиеся восходящие и нисходящие потоки на расстоянии примерно 5–300 м друг от друга. Эти валки образованы соседними яйцевидными ячейками с водой (простирающимися до глубины около 6 м (20 футов)), чередующимися по часовой стрелке и против часовой стрелки. В зонах конвергенции накапливается мусор, пена и водоросли, а в зонах расхождения планктон улавливается и выносится на поверхность. Если в зоне дивергенции много планктона, рыб часто привлекает их кормление.

Интерфейс океана и атмосферы

Ураган Изабель к востоку от Багамских островов 15 сентября 2003 г.

На границе раздела океан-атмосфера океан и атмосфера обмениваются потоками тепла, влаги и количества движения.

Важными элементами тепла на поверхности являются поток явного тепла , поток скрытого тепла, входящее солнечное излучение и баланс длинноволнового (инфракрасного ) излучения. В общем, тропические океаны будут иметь тенденцию демонстрировать чистый прирост тепла, а полярные океаны – чистую потерю в результате чистой передачи энергии в океанах к полюсам.

Большая теплоемкость океанов смягчает климат районов, прилегающих к океанам, что приводит к морскому климату в таких местах. Это может быть результатом накопления тепла летом и его сброса зимой; или переноса тепла из более теплых мест: особенно ярким примером этого является Западная Европа, которая нагревается, по крайней мере, частично за счет североатлантического дрейфа.

быть порядка метров в секунду; океанские течения порядка сантиметров в секунду. Следовательно, с точки зрения атмосферы океан можно считать практически неподвижным; с точки зрения океана, атмосфера создает сильное ветровое напряжение на его поверхности, и это вызывает крупномасштабные течения в океане.

Под действием напряжения ветра ветер генерирует волны на поверхности океана ; более длинные волны имеют фазовую скорость, стремящуюся к скорости ветра. Импульс приземных ветров передается в поток энергии поверхностными волнами океана. Повышенная шероховатость поверхности океана из-за наличия волн меняет ветер у поверхности.

Океан может набрать влагу из дождя или потерять ее в результате испарения. Потеря испарения делает океан более соленым; например, и Персидский залив имеют сильные потери при испарении; образовавшийся шлейф плотной соленой воды можно проследить через Гибралтарский пролив в Атлантический океан. Одно время считалось, что испарение / осадки было основным двигателем океанских течений; теперь известно, что это лишь очень незначительный фактор.

Планетарные волны

A Волна Кельвина – это любая прогрессивная волна, которая проходит между двумя границами или противоположными силами (обычно между силой Кориолиса и береговая линия или экватор ). Есть два типа: прибрежные и экваториальные. Волны Кельвина вызываются гравитацией и недисперсными. Это означает, что волны Кельвина могут сохранять свою форму и направление в течение длительных периодов времени. Обычно они возникают из-за внезапного сдвига ветра, например, смены пассатов в начале Эль-Ниньо – Южное колебание.

Прибрежные волны Кельвина следуют береговой линии. и всегда будет распространяться в против часовой стрелки направлении в Северном полушарии (с береговой линией справа от направления движения) и по часовой стрелке в Южном полушарии.

Экваториальные волны Кельвина распространяются на восток в Северном и Южном полушариях, используя экватор в качестве a гид.

Известно, что волны Кельвина имеют очень высокую скорость, обычно около 2–3 метров в секунду. Они имеют длины волн тысяч километров и амплитуды в десятках метров.

Волны Россби, или планетарные волны – огромные медленные волны, генерируемые в тропосфере из-за разницы температур между океан и континенты. Их основная восстанавливающая сила – это изменение силы Кориолиса с широтой. Их волновые амплитуды обычно составляют десятки метров и очень большие длины волн. Обычно они встречаются в низких или средних широтах.

Существует два типа волн Россби: баротропная и бароклинная. Баротропные волны Россби имеют самые высокие скорости и не меняются по вертикали. Бароклинные волны Россби намного медленнее.

Особой отличительной чертой волн Россби является то, что фазовая скорость каждой отдельной волны всегда имеет западную составляющую, но групповая скорость может быть в любом направлении. Обычно более короткие волны Россби имеют групповую скорость, направленную на восток, а более длинные – групповую скорость на запад.

Изменчивость климата

Взаимодействие циркуляции океана, которая служит своего рода тепловым насосом, и биологических эффектов например, концентрация углекислого газа может привести к глобальным климатическим изменениям в масштабе времени в десятилетия. Известные климатические колебания, возникающие в результате этих взаимодействий, включают тихоокеанские десятилетние колебания, североатлантические колебания и арктические колебания. Океанический процесс термохалинной циркуляции является важным компонентом перераспределения тепла по земному шару, и изменения в этой циркуляции могут иметь серьезные последствия для климата.

Ла-Нинья – Эль-Ниньо

Это связанная атмосфера океана / волна, которая окружает Южный океан примерно каждые восемь лет. Поскольку это явление волны 2 (есть два пика и две впадины в круге широты ), в каждой фиксированной точке пространства виден сигнал с периодом в четыре года. Волна движется на восток в направлении Антарктического циркумполярного течения.

Океанические течения

Среди наиболее важных океанских течений :

Антарктическое циркумполярное течение

Океанское тело, окружающее Антарктика в настоящее время является единственным сплошным водоемом с широкой полосой открытой воды. Он соединяет между собой Атлантический, Тихий и Индийский океаны и обеспечивает непрерывный простирание преобладающим западным ветрам для значительного увеличения амплитуд волн. Принято считать, что эти преобладающие ветры в первую очередь ответственны за перенос циркумполярных течений. Сейчас считается, что этот ток изменяется со временем, возможно, колебательным образом.

Глубокий океан

В Норвежском море преобладает испарительное охлаждение, и тонущая водная масса Североатлантические глубокие воды (NADW), заполняет бассейн и разливается на юг через трещины в подводных порогах, которые соединяют Гренландию, Исландию и Великобританию. Затем он течет вдоль западной границы Атлантики, причем некоторая часть потока движется на восток вдоль экватора, а затем к полюсу в океанические бассейны. НАДВ увлекается циркумполярным течением и прослеживается в Индийском и Тихоокеанском бассейнах. Однако поток из бассейна Северного Ледовитого океана в Тихий океан блокируется узкими отмелями Берингова пролива.

Также см. морская геология об этом исследует геологию дна океана, включая тектонику плит, которые создают глубокие океанические желоба.

Западная граница

Идеализированный субтропический океанский бассейн, вызванный ветрами, вращающимися вокруг систем с высоким давлением (антициклонических), таких как Азорско-Бермудское возвышение, развивает круговорот циркуляции с медленной устойчивые потоки к экватору внутри. Как обсуждал Генри Стоммел, эти потоки уравновешиваются в районе западной границы, где развивается тонкий быстрый полюсный поток, называемый западным пограничным течением. Течение в реальном океане более сложное, но Гольфстрим, Агульхас и Куросио являются примерами таких течений. Они узкие (примерно 100 км в поперечнике) и быстрые (примерно 1,5 м / с).

Экваториальные западные граничные токи возникают в тропических и полярных регионах, например Восточно-Гренландское и Лабрадорское течения в Атлантическом океане и Оясио. Они вызваны циркуляцией ветров около низкого давления (циклонический).

Гольфстрим вместе с его северным продолжением, Североатлантическое течение, представляет собой мощное, теплое и быстрое течение Атлантического океана, берущее начало в Мексиканском заливе, выходит через Флоридский пролив и следует вдоль восточного побережья Соединенных Штатов и Ньюфаундленда на северо-восток, прежде чем пересечь Атлантический океан.

Течение Куросио – это океанское течение, обнаруженное в западной части Тихого океана у восточного побережья Тайваня и текущее на северо-восток мимо Японии, где он сливается с восточным дрейфом Северо-Тихоокеанского течения. Он аналогичен Гольфстриму в Атлантическом океане, переносящему теплые тропические воды на север в сторону полярного региона.

История

Карта Гольфстрима, составленная Бенджамином Франклином, 1769–1770. Любезно предоставлено библиотекой фотографий NOAA.

Ранняя история

Люди впервые получили знания о волнах и течениях морей и океанов в доисторические времена. Наблюдения за приливами были записаны Аристотелем и Страбоном в 384-322 гг. До н.э.. Раннее исследование океанов было в основном для картографии и в основном ограничивалось его поверхностями и животными, которых рыбаки разводили в сетях, хотя были проведены замеры глубины с помощью свинцовой лески.

Португальская кампания по Атлантическому судоходству – самый ранний пример систематического большого научного проекта, осуществлявшегося на протяжении многих десятилетий, по изучению течений и ветров Атлантики.

Работа Педро Нуньеса (1502-1578), одного из великих математиков, вспоминается в контексте навигации по определению локсодромной кривой: кратчайший курс между двумя точками на поверхность сферы, представленная на двумерной карте. Когда он опубликовал свой «Трактат о сфере» (1537 г.) (в основном это перевод с комментариями более ранней работы других авторов), он включил трактат о геометрических и астрономических методах навигации. В нем он четко заявляет, что португальское мореплавание не было авантюрным делом:

Его авторитет основывается на личном участии в обучении пилотов и старших моряки с 1527 года по королевскому назначению, наряду с его признанной компетенцией математика и астронома. Основная проблема при возвращении с юга Канарских островов (или к югу от Boujdour ) только на парусном транспорте связана с изменением режима ветров и течений: север Атлантический круговорот и экваториальное противотечение продвинутся на юг вдоль северо-западного выступа Африки, в то время как неуверенные ветры там, где северо-восточная торговля встречается с юго-восточной торговлей (депрессия), оставляют парусник на произвол судьбы. Вместе преобладающее течение и ветер делают продвижение на север очень трудным или невозможным. Именно для того, чтобы преодолеть эту проблему и очистить проход в Индию вокруг Африки как жизнеспособный морской торговый путь, португальцы разработали систематический план исследования. Обратным путем из регионов к югу от Канарских островов стал «volta do largo» или «volta do mar ». «Повторное открытие» Азорских островов в 1427 году является всего лишь отражением повышенной стратегической важности островов, которые сейчас находятся на обратном пути с западного побережья Африки (последовательно называемых «Вольта де Гине» и ‘вольта да Мина’); и ссылки на Саргассово море (также называемое в то время «Мар-да-Бага») к западу от Азорских островов в 1436 году, показывают западную протяженность обратного пути.. Это необходимо под парусами, чтобы использовать юго-восточные и северо-восточные ветры вдали от западного побережья Африки до северных широт, где западные ветры приведут моряков к западным берегам Европы.

Секретность португальского мореплавания, предусматривающая смертную казнь за утечку карт и маршрутов, сконцентрировала все конфиденциальные записи в Королевских архивах, полностью уничтоженных Лиссабонским землетрясением 1775 года. Тем не менее, систематический характер португальской кампании по составлению карт течений и ветров Атлантики демонстрируется пониманием сезонных колебаний, когда экспедиции отправляются в плавание в разное время года, выбирая разные маршруты с учетом преобладающих сезонных ветров. Это происходит уже в конце 15-го и начале 16-го века: Бартоломеу Диас проследовал вдоль африканского побережья на юг в августе 1487 года, а Васко да Гама отправился по открытому морскому пути из широта Сьерра-Леоне, проведя 3 месяца в открытом море Южной Атлантики, чтобы извлечь выгоду из отклонения на юг юго-запада на бразильской стороне (и бразильского течения, идущего на юг) – Гама ушел в июле 1497 г.); и Педро Альварес Кабрал, вылетавший в марте 1500 г.) взял еще большую арку к западу от широты Кабо-Верде, таким образом избежав летнего муссона (который заблокировал бы маршрут, по которому Гама в то время отплыли). Более того, были систематические экспедиции, продвигавшиеся в западную часть Северной Атлантики (Тейве, 1454; Вогадо, 1462; Телес, 1474; Ульмо, 1486). Документы, относящиеся к снабжению судов и упорядочиванию таблиц склонения Солнца для южной Атлантики еще в 1493-1496 годах, все предполагают хорошо спланированную и систематическую деятельность, происходившую в течение десятилетнего периода между Бартоломеу Диас нахождение южной оконечности Африки и отъезд Гамы; кроме того, есть указания на то, что Бартоломеу Диаш еще путешествовал по этому району. Наиболее значительным следствием этого систематизированного знания было заключение Тордесильясского договора в 1494 году, в результате чего демаркационная линия была перемещена на 270 лиг к западу (со 100 до 370 лиг к западу от Азорских островов), что привело к тому, что теперь Бразилия вошла в зону господства Португалии. Знания, полученные в ходе исследования открытого моря, позволили хорошо задокументированные длительные периоды плавания без вида на сушу, не случайно, а в качестве заранее определенного запланированного маршрута; например, 30 дней для Бартоломеу Диаса с кульминацией Моссел-Бей, 3 месяца, которые Гама провел в Южной Атлантике, чтобы использовать Бразильское течение (южное), или 29 дней, которые Кабрал взял из Кабо-Верде до высадки в Монте-Паскоаль, Бразилия.

Хотя Хуан Понсе де Леон в 1513 году впервые идентифицировал Гольфстрим, и течение было хорошо известно морякам, Бенджамин Франклин сделал первое научное исследование этого и дало ему название. Франклин измерил температуру воды во время нескольких переходов через Атлантику и правильно объяснил причину Гольфстрима. Франклин и Тимоти Фолджеры напечатали первую карту Гольфстрима в 1769–1770 гг.

1799 карта течений в Атлантическом и Индийском океанах, Автор Джеймс Реннелл

Информация о течениях Тихого океана была собрана исследователями конца 18 века, включая Джеймса Кука и Луи Антуана де Бугенвиля.. Джеймс Реннелл написал первые научные учебники по океанографии, в которых подробно описаны текущие потоки Атлантического и Индийского океанов. Во время плавания вокруг мыса Доброй Надежды в 1777 году он нанес на карту «банки и течения в Лагуллас ». Он также был первым, кто понял природу прерывистого течения вблизи островов Силли (теперь известных как Реннелл-Течение).

Сэр Джеймс Кларк Росс взял первое современное зондирование в глубоком море в 1840 году, и Чарльз Дарвин опубликовал статью о рифах и образовании атоллов в результате второй плавание HMS Beagle в 1831–1836 гг. Роберт Фицрой опубликовал четырехтомный отчет о трех путешествиях Бигля. В 1841–1842 гг. Эдвард Форбс провел дноуглубительные работы в Эгейском море, которые положили начало морской экологии.

Первый суперинтендант Военно-морской обсерватории США (1842–1861), Мэтью Фонтейн Мори посвятил свое время изучению морской метеорологии, навигации и нанесение на карту преобладающих ветров и течений. Его учебник 1855 года «Физическая география моря» был одним из первых всесторонних океанографических исследований. Многие страны отправили Мори в военно-морскую обсерваторию океанографические наблюдения, где он и его коллеги оценили информацию и распространили результаты по всему миру.

Современная океанография

Несмотря на все это, человеческое знание океанов осталось ограничивается несколькими верхними слоями воды и небольшим участком дна, в основном на мелководье. О глубинах океана почти ничего не было известно. Усилия британского Королевского флота по нанесению на карту всех береговых линий мира в середине 19-го века укрепили смутное представление о том, что большая часть океана очень глубокая, хотя было известно немного больше.. По мере того, как исследования пробуждали и популярный, и научный интерес к полярным регионам и Африке, загадки неизведанных океанов тоже.

HMS Challenger предпринял первую глобальную морскую исследовательскую экспедицию в 1872 году.

Важным событием в основании современной океанографии стали 1872–1876 годы. Как первый настоящий океанографический круиз, эта экспедиция заложила основу для всей академической и исследовательской дисциплины. В ответ на рекомендацию Королевского общества, британское правительство объявило в 1871 году об экспедиции для исследования Мирового океана и проведения соответствующих научных исследований. Чарльз Вивилл Томпсон и сэр Джон Мюррей запустили. Челленджер, арендованный у Королевского флота, был модифицирован для научной работы и оборудован отдельными лабораториями для естественной истории и химии. Под научным руководством Томсона Челленджер преодолел почти 70000 морских миль (130 000 км), исследуя и исследуя. Во время кругосветного плавания было выполнено 492 глубоководных зондирования, 133 донных земснаряда, 151 открытый трал и 263 серийных измерения температуры воды. Было обнаружено около 4700 новых видов морских обитателей. Результатом стал Отчет о научных результатах исследовательского плавания H.M.S. Челленджер в 1873–76 гг. Мюррей, руководивший публикацией, назвал отчет «величайшим достижением в познании нашей планеты со времен знаменитых открытий пятнадцатого и шестнадцатого веков». Затем он основал академическую дисциплину океанографии в Эдинбургском университете, который оставался центром океанографических исследований вплоть до 20-го века. Мюррей был первым, кто изучил морские желоба и, в частности, Срединно-Атлантический хребет, и нанес на карту осадочные отложения в океанах. Он попытался составить карту мировых океанских течений на основе наблюдений за соленостью и температурой и был первым, кто правильно понял природу развития коралловых рифов.

В конце 19 века другие западные народы также отправляли научные экспедиции (как и частные лица и учреждения). Первое специально построенное океанографическое судно «Альбатрос» было построено в 1882 году. В 1893 году Фритьоф Нансен позволил своему кораблю «Фрам» замерзнуть во льдах Арктики. Это позволило ему получать океанографические, метеорологические и астрономические данные в стационарном месте в течение длительного периода.

Океанские течения (1911)

В 1881 году географ Джон Франкон Уильямс опубликовал основополагающую книгу «География океанов». Между 1907 и 1911 годами Отто Крюммель опубликовал Handbuch der Ozeanographie, который оказал большое влияние на пробуждение общественного интереса к океанографии. Четырехмесячная экспедиция 1910 года в Северной Атлантике, возглавляемая Джоном Мюрреем и Йоханом Хьортом, была самым амбициозным исследовательским океанографическим и морским зоологическим проектом, когда-либо проводившимся до того момента, и возглавлялась к классической книге 1912 года «Глубины океана».

Первое акустическое измерение глубины моря было проведено в 1914 году. Между 1925 и 1927 годами экспедиция «Метеор» собрала 70 000 измерений глубины океана с помощью эхолота, исследуя Срединно-Атлантический хребет.

Свердруп, Джонсон и Флеминг опубликовали Океаны в 1942 году, что стало важной вехой. Море (в трех томах, охватывающих физическую океанографию, морскую воду и геологию) под редакцией М.Н. Хилл был опубликован в 1962 году, а энциклопедия океанографии Родса Фэйрбриджа была опубликована в 1966 году.

Великий глобальный разлом, пролегающий вдоль Срединно-Атлантического хребта, был открыт Морисом. Юинг и Брюс Хизен в 1953 году; В 1954 г. горный массив под Северным Ледовитым океаном был обнаружен Арктическим институтом СССР. Теория распространения морского дна была разработана в 1960 году Гарри Хаммондом Хессом. Программа океанического бурения началась в 1966 году. Глубоководные жерла были открыты в 1977 году Джеком Корлиссом и Робертом Баллардом в подводном аппарате DSV Alvin.

В 1950-х годах Огюст Пиккар изобрел батискаф и использовал батискаф Триест для исследования глубин океана. Атомная подводная лодка США Наутилус совершила первое путешествие подо льдом к Северному полюсу в 1958 году. В 1962 году FLIP (Floating Instrument Platform), 355-футовая (108 м) лонжеронный буй, был впервые развернут.

С 1970-х годов большое внимание уделялось применению крупномасштабных компьютеров в океанографии, чтобы позволить численные прогнозы состояния океана и как часть общего прогнозирования изменений окружающей среды. В Тихом океане была создана группа океанографических буев, позволяющая предсказывать явления Эль-Ниньо.

В 1990 году начался Эксперимент по циркуляции Мирового океана (WOCE), который продолжался до 2002 года. Картографические данные морского дна Geosat стали доступны в 1995 году.

В последние годы исследования продвинулись вперед. особые знания по закислению океана, теплосодержанию океана, океанским течениям, явлению Эль-Ниньо, картированию гидрата метана отложения, углеродный цикл, прибрежная эрозия, выветривание и обратная связь климата в отношении изменения климата взаимодействия.

Изучение океанов связано с пониманием глобальных климатических изменений, потенциального глобального потепления и связанных биосферных проблем. Атмосфера и океан связаны из-за испарения и осадков, а также теплового потока (и солнечной инсоляции ). Ветер стресс является основным фактором океанских течений, в то время как океан является стоком для атмосферного углекислого газа. Все эти факторы относятся к биогеохимической структуре океана.

Дальнейшее понимание Мирового океана позволяет ученым лучше определять погодные изменения, что, кроме того, способствует более надежному использованию ресурсов Земли.

Физическая обстановка

Перспективный вид морского дна Атлантического океана и Карибского моря. Пурпурное морское дно в центре изображения – это желоб Пуэрто-Рико.

Примерно 97% воды на планете находится в ее океанах, и океаны являются источником подавляющего большинства водяного пара, который конденсируется в атмосфере и выпадает в виде дождя или снега на континентах. Огромная теплоемкость океанов смягчает климат планеты, а поглощение ею различных газов влияет на состав атмосферы. Влияние океана распространяется даже на состав вулканических горных пород через морское дно метаморфизм, а также на вулканические газы и магмы, образовавшиеся в зонах субдукции .

С уровня моря океаны намного глубже, чем континенты высокие; исследование гипсографической кривой Земли показывает, что средняя высота суши Земли составляет всего 840 метров (2760 футов), в то время как средняя глубина океана составляет 3800 метров (12 500 футов). Хотя это кажущееся несоответствие велико как для суши, так и для моря, соответствующие экстремумы, такие как горы и траншеи, встречаются редко.

Океанографические учреждения

Первая международная океанографическая организация была создана в 1902 году как Международный совет по исследованию моря. В 1903 году был основан Институт океанографии Скриппса, затем Океанографический институт Вудс-Холла в 1930 году, Институт морских наук Вирджинии в 1938 году, а затем Обсерватория Земли Ламонта-Доэрти в Колумбийском университете и Школа океанографии в Вашингтонском университете. В Великобритании Национальный центр океанографии (институт Совета по исследованиям окружающей среды ) является преемником Британского института океанографических наук. В Австралии, CSIRO по морским и атмосферным исследованиям (CMAR) является ведущим центром. В 1921 году Международное гидрографическое бюро (IHB) было сформировано в Монако.

Филиалы

Океанографические фронтальные системы на Южное полушарие

Изучение океанографии делится на следующие пять разделов:

Биологическая океанография

Биологическая океанография исследует экологию морских организмов в контексте физических, химических и геологических характеристик их океаническая среда и биология отдельных морских организмов.

Химическая океанография

Химическая океанография – это исследование химии океана. В то время как химическая океанография в первую очередь занимается изучением и пониманием свойств морской воды и ее изменений, химия океана фокусируется в первую очередь на геохимических циклах. Ниже приводится центральная тема, исследуемая химической океанографией.

Подкисление океана

Подкисление океана описывает уменьшение pH океана, вызванное антропогенным двуокисью углерода (CO. 2) выбросы в атмосферу. Морская вода является слегка щелочной и имела доиндустриальный pH около 8,2. В последнее время антропогенная деятельность постоянно увеличивала содержание углекислого газа в атмосфере; около 30-40% добавленного CO 2 поглощается океанами, образуя угольную кислоту и понижая pH (теперь ниже 8,1) за счет подкисления океана. Ожидается, что к 2100 году pH достигнет 7,7.

Важным элементом скелета морских животных является кальций, но карбонат кальция становится более растворимым под давлением, поэтому карбонатные оболочки и скелеты растворяются ниже глубины компенсации карбоната. Карбонат кальция становится более растворимым при более низком pH, поэтому закисление океана, вероятно, затронет морские организмы с известковыми раковинами, такие как устрицы, моллюски, морские ежи и кораллы, а глубина компенсации карбоната будет увеличиваться ближе к поверхности моря. Затронутые планктонные организмы будут включать птероподы, кокколитофориды и фораминиферы, все они важны в пищевой цепи. В тропических регионах кораллы, вероятно, серьезно пострадают, поскольку они теряют способность строить свой каркас из карбоната кальция, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на других свободных обитателях.

Текущие темпы изменения химического состава океана кажутся беспрецедентными в геологической истории Земли, поэтому неясно, насколько хорошо морские экосистемы будут адаптироваться к меняющимся условиям ближайшего будущего. Особое беспокойство вызывает то, каким образом сочетание подкисления с ожидаемыми дополнительными факторами стресса в виде более высоких температур и более низких уровней кислорода повлияет на моря.

Геологическая океанография

Геологическая океанография – это изучение геологии дна океана, включая тектонику плит и палеоокеанографию.

Физическую океанографию

Физическую океанографию изучает физические свойства океана, включая структура температура-соленость, перемешивание, поверхностные волны, внутренние волны, поверхностные приливы, внутренние приливы и течения. Ниже приведены основные темы, исследуемые физической океанографией.

Океанские течения

Воспроизвести медиаОкеаны изменения климата НАСА

Теплосодержание океана (OHC) относится к теплу, хранящемуся в океане. Изменения тепла океана играют важную роль в повышении уровня моря из-за теплового расширения. На потепление океана приходится 90% накопления энергии в результате глобального потепления в период с 1971 по 2010 год.

Палеоокеанография

Палеоокеанография – это исследование истории океанов в геологическом прошлом с точки зрения циркуляции, химии, биологии, геологии и закономерностей седиментации и биологической продуктивности. Палеоокеанографические исследования с использованием моделей окружающей среды и различных заместителей позволяют научному сообществу оценить роль океанических процессов в глобальном климате путем реконструкции климата прошлого в различные промежутки времени. Палеоокеанографические исследования также тесно связаны с палеоклиматологией.

Дополнительная литература

• Адриан Э. Гилл (1982). Динамика атмосферы и океана. Сан-Диего: Academic Press. ISBN 0-12-283520-4 .
• Самельсон, Р. М. (2011) Теория крупномасштабной циркуляции океана. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. DOI: 10.1017 / CBO9780511736605.
• Мори, Мэтью Ф. (1855). Физическая география морей и ее метеорология.
• Стюарт, Роберт Х. (2007). Введение в физическую океанографию (PDF). Колледж-Стейшн: Техасский университет AM. OCLC 169907785.
• Уибан, Кэрол Араки (1992). Прилив и течение: Рыбные пруды на Гавайях. Гонолулу: Гавайский университет Press. ISBN 0-8248-1396-0 .