Какими путями дно воздействует на водную толщу?

Дно, как и другие границы океана,- преобразователь, накопитель и поставщик вещества и энергии. Возьмем самый простой поток энергии - глубинное, геотермическое тепло Земли. Удельный поток тепла от литосферы к океану невелик - лишь около 0,03% потока солнечного тепла. Однако есть существенное различие: геотермическое тепло не возвращается назад через нижнюю границу океана, а солнечное -возвращается через верхнюю, исключая примерно те же 0,03%, идущие на фотосинтез. Как ни мала энергетическая струйка геотермического тепла, она достаточна для того, чтобы привести придонную воду в движение, гарантировать ей вечное перемешивание. Причина в том, что теплопроводность горных пород в среднем в 10, а иногда в 20 раз выше молекулярной теплопроводности неподвижной воды. Геотермическая ступень, характеризующая повышение температуры пород с глубиной, равна 1⁰ на 30 - 40 м. Для того чтобы поток пересекал дно и неподвижную воду транзитом, без накопления в них тепла, геотермическая ступень в неподвижной воде должна составить 1⁰ на 3 - 4 м-Однако подобное повышение температуры ко дну невозможно: значительно раньше, чем оно могло бы быть достигнуто, произойдет конвекция - всплывание нагретых вод.

Средняя величина геотермического потока одинакова в океане и на материках 1,2x10^-6 кал/(сxсм²), или 3x10^-11Вт/м², однако в центральный рифтовой зоне срединно-океанических хребтов, шириной около 200 км, вынос подземного тепла в 8 раз больше и составляет 3x10² кал/(годxсм²}. Этого достаточно, чтобы нагреть на 0,01^°С слой воды 300 м.

Формулы, развитые А. И. Гинзбургом и К. Н. Федоровым [1978], позволяют (перенеся рассуждения с поверхностной пленки на донную) получить следующую картину возникновения конвекции. Конвекция имеет пульсирующий характер. У дна нагревается, нарастает и затем отрывается термическая пленка. Процесс зависит от скорости притока тепла. В рифтовой зоне пленка будет иметь превышение температуры ~0,01^°С, конечную толщину ~ 1 см, время между разрушениями ~19 мин. Таким образом, за год через механизм конвекции пройдет объем воды, соответствующий слою толщиной около 300 м. Вне рифтовой зоны пленка будет иметь меньшее превышение температуры (0,0016^°С), большую толщину (1,8 см) и время существования (53 мин). Объем воды, который может пройти через механизм конвекции за год, примерно соответствует сдою высотой 100 м.

Срединно-океанические хребты протянулись сплошной цепью на 60 - 80 тыс. км через Северный Ледовитый океан в Атлантический, затем в Индийский к Красному морю, затем между Австралией и Антарктидой в Тихий океан и, наконец, к берегам Огненной Земли и Аляски. Их ширина местами составляет 2 тыс. км. Концепция единой планетарной системы срединных хребтов (самой крупной на планете горной системы) сложилась к 1966 г. [Леонтьев, 1974]. Осевую зону хребтов усеивают узкие впадины - рифты, образовавшиеся при растяжении и разрывах земной коры. Активные части рифтовой зоны значительно обогащены элементами вулканического происхождения, в первую очередь железом и марганцем. Помимо интенсивного вулканизма хребты характеризуются как сейсмический пояс. Рифтовые зоны считаются местами образования новой океанической коры и разд-вижения старой. На континентах - это зачатки будущих океанов (Байкал, Красное море).

Подводные хребты оказывают существенное влияние на пути морской циркуляции на всех горизонтах, но особенно у дна, которое они разделяют на отдельные котловины. Наконец, на хребтах генерируются огромные внутренние волны - один из механизмов движения и перемешивания океанической толщи.

Между дном и водой идет непрерывный обмен выделенным и растворенным, а также взбешенным и осажденным веществом. В результате динамически равновесная концентрация взвеси имеет экспоненциальное распределение с возрастанием ко дну. Присутствие взвеси увеличивает плотность воды и создает плотностные придонные течения. Площадь их распространения огромна, а скорости, особенно в каньонах, далеко превосходят все морские движения.

Не вызывает сомнения интенсивность мелкомасштабных поверхностных явлений, химических и микробиологических процессов: ведь на каждый квадратный метр площади дна приходится, учитывая пористость донных осадков, 100 000 м² истинной поверхности. Действительно, диаметр частиц составляет в среднем 10^-5-10^-6 см, радиус пор 10^-7-10^-6 см, а истинная удельная поверхность 10 м² на 1 г осадка.

Естественно, что повышенная во всех отношениях активность донных процессов и аккумуляция на дне вертикального потока органических веществ создают благоприятные условия жизни, образующей новую важную ступень трансформации вещества и энергии.