Температура и соленость вод Мирового океана

Баланс тепла на поверхности океана

Расстояние от нашей планеты до Солнца около 150 млн. км, поэтому с учетом малых размеров Земли (диаметр меньше 13 тыс. км) на нее падает ничтожная доля солнечной энергии - всего около одной двухмиллиардной!

Однако в земных масштабах и эта часть солнечного тепла очень значительна. Подсчитано, что верхние слои атмосферы в одну секунду получают 1,78х10¹⁷ Дж тепловой энергии, что примерно эквивалентно количеству тепла, которое можно извлечь в результате сжигания 1 млрд. т условного топлива^*!

^* (1 т условного топлива соответствует 1 т нефти, или 1000 м³ природного газа, или 1420 кг угля.)

Это количество тепла создается тепловым потоком в 1400 ^Вт/_м². Однако вследствие вращения и шарообразной формы Земли в атмосферу проникает менее 25% солнечной энергии, всего около 1000 ^кДж/_см² в год из общего количества в 4200 ^кДж/_см² в год. Более того, часть этой энергии, проникающей в атмосферу, отражается облаками и поверхностью Земли. Отношение доли отраженной энергии ко всей поступившей называется альбедо, величину которого для Земли в целом оценивают в 28%. Таким образом, солнечная энергия достигает нижних слоев атмосферы в количестве около 720 ^кДж/_см² в год.

Здесь эта энергия, в основном (около 96 %) в виде тепла, перераспределяется следующим образом. Четверть солнечной энергии, или 250 ^кДж/_см² в год, поглощает атмосфера, а на долю земной поверхности приходятся остальные 470 ^кДж/_см² в год. В соответствии с соотношением площадей суши и моря основная доля этой энергии - в среднем около 334 ^кДж/_см² в год - достигает поверхности Мирового океана. Однако поглощение энергии происходит неравномерно и зависит от угла падения лучей Солнца. В тропических широтах с почти вертикальным падением солнечных лучей величина поглощаемого солнечного тепла максимальна и достигает 420-500 ^кДж/_см² в год. В высоких широтах удельное поглощение снижается до 20-40 ^кДж/_см² в год. Малые углы падения солнечных лучей, высокая отражательная способность снежно-ледовой поверхности, чистота и прозрачность атмосферы являются причинами того, что в Арктике и Антарктике образуются своеобразные "окна", через которые тепло рассеивается в околоземном пространстве. Поэтому в Антарктиде и расположен полюс холода, а термический экватор смещен примерно на 10 к северу относительно географического.

В среднем в полярных областях океан теряет тепловой энергии на 20-40 ^кДж/_см² в год больше, чем получает от Солнца. Практически область отрицательного баланса начинается с 40-45 южной широты и 50° северной широты. В Тихом океане, к востоку от Японских островов, зафиксирована область максимальной теплоотдачи, превышающая здесь 200 ^кДж/_см² в год, т. е. двух третей поступающего тепла.

В целом альбедо Мирового океана выше, чем для Земли в среднем, и составляет 49%. Оно изменяется от 80% в полярных областях (лед, снег) до 5-15% в обычном море. Из общего теплового потока в 350 ^Вт/_м² поверхности океана достигает всего 51%, или 176 ^Вт/_м².

В среднем Мировой океан термически уравновешен и отдает все поступающее на его поверхность тепло. Основная часть этого тепла в количестве 88 ^Вт/_м² расходуется на испарение воды, после чего эта энергия в виде теплоты конденсации поступает в атмосферу. Около 61 ^Вт/_м² поглощенной энергии возвращается обратно в виде теплового инфракрасного излучения, 14 ^Вт/_м² расходуется на турбулентный поток тепла в атмосферу и тепловое перемешивание верхних слоев Мирового океана, а остальные 13 ^Вт/_м² отражаются его поверхностью в атмосферу.

Энергия Солнца - главный, но не единственный источник тепла на планете. Другой, значительно менее интенсивный источник - это глубинное тепло недр Земли, где оно выделяется при распаде радиоактивных элементов. Глубинный тепловой поток оценивают в среднем для планеты в 48 ^мВт/_м², что примерно в 3000 раз слабее потока солнечного тепла. Правда, нельзя забывать, что приток глубинного тепла относительно стабилен во времени, в то время как поступление солнечной энергии на поверхность океана подвержено суточным и сезонным колебаниям. Поэтому низкая температура глубинных и придонных вод Мирового океана практически постоянна, а более высокая температура поверхностных вод колеблется в зависимости от сезона и времени суток.

По сравнению с воздухом морская вода обладает значительно более высокой теплоемкостью и поэтому способна аккумулировать значительные запасы тепловой энергии. В Тихом океане их величину оценивают в 1,62х10²² кДж, в Атлантическом океане - 0,77х10²² кДж, в Индийском - 0,69х10²² кДж. Суммарные запасы тепла Мирового океана, таким образом, можно оценить в 3,08х10²² кДж, что соответствует 25 годам полного поглощения всей поступающей на поверхность океана солнечной энергии без рассеяния в атмосфере и отражения.