Океанология. Часть I. Физические явления и процессы в океане - Безруков Ю.Ф.. Океанология. Часть I. Физические явления и процессы в океане - Б. Министерство науки и образования Украины Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского
 Скачать 14.3 Mb.
|
ПредисловиеНастоящая книга посвящается изучению Мирового океана. В литературе встречаются разные названия науки, занимающейся изучением морей и океанов: океанология, океанография, мореведение, физика моря. Автор назвал учебник «Океанология», подчеркивая этим комплекс наук, изучающих Мировой океан на современном этапе. В этот комплекс входят направления, связанные не только с фундаментальными науками (физика, химия, биология океана), но также и географией океана, поскольку при всем разнообразии происходящих в Мировом океане процессов он представляет собой единый географический объект. Поэтому задачей курса океанологии является формирование у студентов представлений о Мировом океане как едином целом, его строении, взаимосвязи процессов, происходящих в нем, взаимодействии океана с другими оболочками Земли и, прежде всего, с атмосферой. В основу настоящего учебника положены лекции, которые автор в течение ряда лет читает на кафедре физической географии и океанологии географического факультета Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Весь комплекс наук об океане невозможно осветить в одной книге. В учебнике основное внимание уделено разделам физической и динамической океанологии, что соответствует утвержденной учебной программе. Поскольку физические процессы, развивающиеся в океане, существенно зависят от плотности воды, а плотность - от солености, рассматриваются некоторые вопросы химии океана. Связь океанических процессов с атмосферными приводит к необходимости показать взаимодействие океана и атмосферы и посвятить несколько разделов книги феномену Эль Ниньо/Ла Нинья и глобальному потеплению климата. Некоторые физические процессы являются прямым следствием воздействия атмосферы - они также рассматриваются в учебнике (колебания уровня, волнение, дрейфовые течения) Выбирая графические иллюстрации и определяя их количество, автор исходил из соображений важности рисунков, поскольку многие из них несут большую смысловую нагрузку и во многих случаях не только иллюстрируют текст, но иногда и заменяют его. Автор понимает все трудности, с которыми связано написание такой книги. Она должна быть написана на должной математической основе, без которой невозможно понимание некоторых динамических процессов в океане (приливы, морские течения) и в то же время не должна быть перегружена излишними формулами и уравнениями, тем более математическая подготовка студентов оставляет желать лучшего. Поэтому в учебнике приведены только самые необходимые математические уравнения. Учитывая трудности, связанные с написанием подобного рода книг, автор заранее приносит свои извинения за возможные шероховатости в изложении отдельных вопросов и будет весьма признателен всем, кто даст свои замечания и предложения по предлагаемому изданию. Автор выражает глубокую благодарность ассистену кафедры физической географии и океанологии Е.А.Кудрянь за помощь в составлении компьютерных рисунков и оформлении рукописи. Введение1. Предмет и задачи океанологииЭкономика, политика, наука и культура человечества связаны с Мировым океаном. С древнейших времён океан и его моря использовались для установления связей между народами. Это создало предпосылки для Великих географических открытий, а также для освоения отдалённых территорий. Этому способствовал технический прогресс в транспортных средствах. По океанским путям в настоящее время осуществляется около 4/5 мирового грузооборота. Мировой океан - богатейший источник продуктов питания, содержащих белковые вещества. Он служит также источником энергетических, химических и минеральных ресурсов. Роль Мирового океана в жизни человечества быстро возрастает. Проблема использования океана в различных отраслях экономики (судоходство, рыболовство, рациональная эксплуатация ресурсов океана, освоение шельфа, прокладка межконтинентальных кабелей, опреснение воды, охрана и предотвращение загрязнения морской среды и др.) носит глобальный характер и связана с решением важных экономических, политических и правовых вопросов. Все это требует знания процессов, происходящих в Мировом океане. Совокупность научных дисциплин о физических, химических, геологических и биологических процессах в Мировом океане называется океанологией (от греческого Ōkeanós - великая река, обтекающая Землю, и logos - слово, учение) или океанографией. Целесообразность объединения физики, химии, геологии и биологии океана в единую науку определяется тем, что океанологи рассматривают океан как целостный планетарный объект, в котором происходят разнородные процессы с общей методологической основой их изучения, единством технических средств исследования Океанология базируется на данных судовых измерений - эхолотного промера глубин с определением места судна с помощью радио- и специальных навигационных спутников Земли; гидрологических станций, на которых на разных глубинах измеряется температура и берутся пробы воды для определения её солёности, химических и оптических характеристик; измерений поверхностных течений (по сносу судов и методом бутылочной почты) и течений на глубинах (вертушками, подвешиваемыми к заякоренным буям, и поплавками нейтральной плавучести с акустическим прослеживанием); визуальных оценок волнения и его измерения волнографами; специальных гидроакустических измерений; оценок цвета воды и измерения её прозрачности по глубине видимости погружаемого белого диска; характеристик льдов, проб грунтов, биологических образцов. Ряд измерений производится на береговых и островных станциях (уровень моря, приливы, волнение, температура и др.). Перспективными методами океанологических исследований являются непрерывные измерения автоматическими буйковыми станциями; измерения характеристик поверхности океана с помощью искусственных спутников Земли - её рельефа, температуры, ледовитости, волнения, цвета; непосредственное проникновение человека в пределы шельфа в подводных лабораториях и на океанские глубины в герметичных подводных аппаратах. Главные практические цели океанологии - обеспечение безопасности и повышение эффективности надводного и подводного мореплавания, использование биологических минеральных и энергетических ресурсов вод и дна океана, усовершенствование методов прогноза погоды. Составными частями океанологии являются. Физика океана (физическая океанография, физика моря) включает гидротермодинамику, акустику и оптику океана, исследование его радиоактивности (ядерную гидрофизику) и электромагнитного поля в нём. Крупнейшая проблема физики океана - выяснение закономерностей взаимодействия океана и атмосферы, образующих основу для теории климата, долгосрочного прогноза погоды и океанской изменчивости. Химия океана (химическая океанография) включает гидрохимию его вод и геохимию донных осадков. Основные проблемы - химический баланс океана (его химический обмен с континентами через речной сток, атмосферой и дном); идентификация различных водных масс; происхождение и геохимическая эволюция вод океана; извлечение ценных веществ из морской воды; химическое загрязнение океана (нефтью, ДДТ, ртутью, свинцом и др.), формирования месторождений полезных ископаемых. Геология океана включает все разделы геологии, геофизики и геохимии в применении к земной коре в области Мирового океана. Непосредственно изучаются рельеф океанского дна; состав и процессы образования современных осадков; структура слоев земной коры (методами сейсмического зондирования и непрерывного сейсмопрофилирования); тепловой поток через дно, гравитационные и магнитные аномалии и другие геофизические характеристики. Крупнейшие проблемы - исследование полезных ископаемых поверхности и недр океанского дна (нефти, газа, минеральных россыпей, железо-марганцево-полиметаллических конкреций, металлоносных осадков, фосфоритов и др.) и закономерностей формирования их месторождений; геологическая история океанов и глобальная тектоника Земли (формирование срединно-океанических хребтов, океанских плит и глубоководных желобов; раздвижение дна океана, дрейф континентов). Биология океана занимается изучением его живого населения - планктона, нектона, бентоса и микроорганизмов. Изучается их систематика, биология развития, экология, эволюционная история, пищевые взаимоотношения, структура и функционирование биологических сообществ, динамика популяций промысловых организмов, климатические различия в морских экосистемах и, в частности, прибрежных, океанических и эстуарных. Промысловая океанография исследует влияние океанологических факторов на численность и поведение морских промысловых организмов, разрабатывает океанологические основы промысловых прогнозов, выявляет наиболее биопродуктивные районы в океане. Крупнейшие проблемы биологии океана - оценка биомассы и годовой продукции важнейших видов морских организмов, управление биологической продуктивностью океана, искусственное создание ценных организмов (аквакультура). При этом необходимо помнить, что возможности любой экосистемы, даже такой огромной, как Мировой океан, имеют свои пределы. |