Кислород в мировом океане

На первый взгляд может показаться, что толща мирового океана, занимающего около 70% поверхности нашей планеты, однородна, однако это далеко не так! Океанические воды различаются по множеству параметров, важнейшими из которых являются соленость и температура, так как именно они определяют плотность водных масс. Имеющиеся различия в плотности воды приводят к своеобразному "расслоению" океана - появлению в его толще хорошо обособленных водных горизонтов.

По Степанову (книга «Мировой океан: динамика и свойства вод», 1974) в вертикальной структуре толщи мирового океана выражены 4 слоя, называемых также зонами:

Границы между этими слоями размыты в различной степени и фактически представляют собой переходные слои, где происходит иногда интенсивное, а иногда и не очень, взаимодействие водных масс соседних структурных зон. Наиболее четко подобная граница выражена между поверхностной и промежуточной структурными зонами, границы между зонами, лежащими ниже, определяются сложнее.

Толщина структурных зон в разных частях океана разная.

Нижняя граница поверхностной структурной зоны отмечается в большинстве случаев на глубине 200-300 м, местами до 400 м; промежуточной - на глубине от 800 до 1800 м; глубинной - около 3000-4000 м. Придонная зона располагается от нижней границы глубинной зоны до дна океана.

Какое отношение это имеет к рыбам? Самое непосредственное, ведь в мировом океане по разным оценкам обитает около 16000 видов рыб. Глобально их распределение здесь связано в первую очередь с количеством растворенного в воде кислорода, содержание которого в океанской толще не равномерно. Оно варьирует от слоя к слою и зависит от целого ряда факторов.

Путей попадания кислорода в воду по большому счету всего лишь два: во-первых, кислород производят фотосинтезирующие водоросли (в первую очередь фитопланктон), во-вторых, кислород активно растворяется в воде при взаимодействии с атмосферой.

Указанные процессы происходят лишь в самом верхнем слое воды (глубина фотической зоны – слоя, куда свет проникает в количестве, необходимом для обеспечения фотосинтеза, - совсем небольшая – лишь в Саргассовом море она составляет 150-200 м, в остальных же морях, как правило, менее 40-50 м), из чего следует, что весь растворенный в океане кислород берется из поверхностной структурной зоны.

В самой же поверхностной структурной зоне основным фактором, влияющим на содержание кислорода, является температура воды, прямо пропорционально влияющая на растворимость кислорода - чем выше температура воды, тем хуже растворяется в ней кислород. Из этого следует правило: теплые приэкваториальные воды поверхностного слоя даже при максимальном насыщении содержат кислорода меньше, чем аналогичные холодные воды у полярных шапок. Именно поэтому количество растворенного кислорода в водах поверхностной структурной зоны определяется, главным образом, географическим положением вод и имеет выраженную широтную закономерность распределения – содержание кислорода постепенно возрастает по направлению от экватора (4,0-4,5 мл/л) к полюсам (7,5-8,0 мл/л).

На самих же полюсах происходят без сомнения наиболее важные в «жизни» океана процессы, влияющие на всю глобальную структуру и состав его вод. Холодные (и потому более плотные, а значит и более тяжелые) полярные водные массы, богатые кислородом, опускаются ко дну океана, а на их место приходят более теплые водные массы умеренных широт, где в свою очередь также охлаждаются и опускаются ко дну. Сформировавшиеся таким образом циркуляционные ячейки обеспечивают доставку растворенного кислорода в глубокие океанические горизонты, причем, чем глубже горизонт, тем сильнее на него влияние полярных вод.

Наиболее выражен подобный «язык затекания» полярных водных масс в Северной Атлантике, где с увеличением глубины количество кислорода изменяет незначительно – от 7,0-7,5 мл/л в промежуточной структурной зоне до 6,5-7,0 мл/л в придонной структурной зоне. Подобная ситуация наблюдается и в южных частях Атлантического, Индийского и Тихого океанов.

Как далеко от полюсов распространяется влияние таких «языков затекания»? Исследования показывают, что очень далеко, вплоть до экватора и дальше. В экваториальной Атлантике в водах нижних (глубинной и придонной) структурных зон кислорода больше, чем в водах верхних (приповерхностной и промежуточной) именно потому, что нижние зоны формируются под воздействием холодных полярных вод, в верхние лишь за счет процессов взаимодействия с атмосферой и фотосинтеза.

Интересен характер распределения кислорода на севере Тихого океана в районе Берингова пролива. Здесь, как видно на слайде, промежуточная, глубинная и придонная зоны крайне обеднены кислородом. Связано это с тем, что водные массы этих зон формируются в первую очередь за счет Антарктических, а не Арктических (как можно было бы ожидать) вод. Доступ арктических вод в этот район «заблокирован» небольшой шириной и глубинами Берингова пролива. Похожая картина наблюдается и на севере Индийского океана в районе Бенгальского залива – на состав его вод также преимущественное влияние оказывают глубинные воды, поступающие со стороны Антарктиды.

В завершение необходимо упомянуть, что в районах поднятия глубинных вод, например, на востоке Тихого океана в районе экватора, наблюдается необычная картина – приповерхностные воды здесь крайне бедны кислородом, так как формируются за счет глубинных вод.