Открытое образование — Земля — планета океанов

Select the required university:

———

Закрыть

• About
• Format
• Requirements
• Course program
• Education results
• Education directions

About

Курс призван предоставить слушателям возможность понять, что представляют собой океаны и моря, занимающие 71% поверхности Земли; какие процессы происходят в океанах и как они влияют на другие геосферы (прежде всего атмосферу). Слушатели узнают о таких катастрофических явлениях, как цунами, тайфуны, штормы, аномальные течения. В ходе лекций будут рассмотрены особенности осадконакопления, биосфера океанов, льды, рельеф океанского дна и его значение для геологии, а также полезные ископаемые.

Format

Форма обучения заочная (дистанционная).
Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видеолекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов. Важным элементом изучения дисциплины является написание творческих работ в формате сочинения-рассуждения по заданным темам, которое должно содержать полные развернутые ответы, подкреплённые примерами из лекций и/или личного опыта, знаний или наблюдений.

В открытом доступе вы можете ознакомиться с видеолекциями первых двух недель, остальные материалы станут доступны после оплаты курса. 

Requirements

Курс требует подготовки в объеме средней школы по географии и биологии.

Course program

Тема 1. Происхождение воды на Земле
Тема 2. История открытия Мирового океана
Тема 3. Состав и свойства океанской воды
Тема 4. Общая циркуляция вод океанов
Тема 5. Волновые движения в океанах
Тема 6. Стихийные бедствия в океанах
Тема 7. Рельеф дна океанов
Тема 8. Биология океана, морские экосистемы и биологические ресурсы
Тема 9. Осадконакопление в океанах
Тема 10. Гидротермальные постройки и полезные ископаемые
Тема 11. Перспективы изучения океанов и главные проблемы океанологии

Education results

В результате изучения данного курса слушатели должны:
— обладать знаниями о различных аспектах океанологии в широком смысле данного понятия
— знать возможные сценарии происхождения воды на Земле и образования океанов
— понимать связь атмосферных процессов и поведения воды в океанах
— иметь представление о рельефе океанского дна и его происхождении
— понимать особенности осадконакопления и происхождения полезных ископаемых
— обладать знаниями о возможном влиянии океана на процессы глобального потепления

Education directions

05. 00.00 Науки о земле

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Короновский Николай Владимирович

Доктор геолого-минералогических наук, профессор
Position: заведующий кафедрой динамической геологии геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Certificate

A participant certificate is usually issued upon reaching 60 % of the overall rating, subject to the delivery of works before a hard deadline. The honors certificate is usually issued upon reaching 90 % of the overall rating, subject to the delivery of the work before the soft deadline.

Similar courses

15 February 2021 — 31 December 2023 г.

Безопасность жизнедеятельности

СПбГУ

15 February 2021 — 31 December 2023 г.

Всеобщая история. Часть 1

СПбГУ

15 February 2021 — 31 December 2023 г.

История России

СПбГУ

К сожалению, мы не гарантируем корректную работу сайта в вашем браузере. Рекомендуем заменить его на один из предложенных.

Также советуем ознакомиться с полным списком рекомендаций.

Google Chrome

Mozilla Firefox

Apple Safari

Вода старше Солнца: как далекая звезда указала на происхождение земных океанов

Ученые десятилетиями спорят, откуда на Земле взялась вода. Теперь исследования звезды в созвездии Ориона показали, что немалая часть земной влаги образовалась еще до рождения Солнца и в практически неизменном виде упала на нашу планету из космоса. Что это означает — в колонке научного обозревателя Forbes Анатолия Глянцева

Океаны как минимум частично наполнены растаявшими кометами, а эти кометы законсервировали в себе воду, которая старше не только Земли, но и Солнца. К такому выводу подталкивает изучение водяного пара вокруг молодой звезды, у которой прямо сейчас образуются планеты.

Вселенная как океан

Вода — вероятно, самое распространенное химическое соединение во Вселенной. И это неудивительно в мире, где 77% вещества (по массе) приходится на водород, 21% на химически инертный гелий, а на третьем месте кислород (0,85%). Ведь вода — это и есть соединение водорода и кислорода.

Вода в виде льда или пара (газа) есть на всех планетах Солнечной системы. Спутники больших планет, от Юпитера до Нептуна, тоже во многом сложены водяным льдом. За орбитой Нептуна простирается гигантский пояс ледяных тел. Из него приходят кометы, состоящие изо льда, замерзших газов и небольшой примеси твердых пород. Их часто сравнивают с комками грязного снега. Водяной пар есть даже на Солнце, правда, лишь в самых прохладных его частях.

Вездесущее вещество обнаружено и в межзвездной среде. Астрономы полагают, что водяной лед образуется в медленных химических реакциях на поверхности межзвездных пылинок. 

Материал по теме

Акт творения

Межзвездное вещество неоднородно: где-то это почти полная пустота, а где-то сравнительно плотное облако. Самые плотные сгустки обладают и самым мощным тяготением. Это притяжение стягивает окружающее вещество, отчего облако становится еще плотнее: замкнутый круг, своего рода цепная реакция. В конце концов центральный сгусток становится таким плотным, что в нем начинаются термоядерные реакции. Другими словами, он превращается в звезду. Новорожденное светило окружают остатки родительского облака — диск газа и пыли, в котором со временем формируются планеты. Такие диски называются протопланетными.

Планеты в общем и целом образуются так же, как звезды: гравитация стягивает вещество протопланетного диска во все более крупные комки. Но в этот процесс вмешиваются лучи только что возникшего светила. Они спекают пылинки в гранулы, а большую часть газов и воды оттесняют подальше от звезды.

Кроме того, растущие комки пыли часто сталкиваются и разогреваются этими столкновениями. Иногда в «ДТП» попадают и уже практически сформировавшиеся планеты. Считается, например, что Луна образовалась в результате гигантского столкновения новорожденной Земли с планетой Тейя. Перед этим катаклизмом на Земле было в десятки, а то и сотни раз больше воды и других легких соединений, чем сегодня. Но катастрофа сорвала с нашей планеты атмосферу, расплавила поверхность и выбросила в космос почти всю исходную воду.

Недра тоже не остаются неизменными.

Как только планета набирает массу, она начинает перерабатывать саму себя. Самые тяжелые элементы устремляются в центр (поэтому у Земли железное ядро), а легкие выдавливаются на поверхность. Трение между этими потоками вещества разогревает планету изнутри.

Словом, рождение планетной системы — это бурлящий котел, в котором огромные массы материи преобразуются до неузнаваемости. И судьба воды в этом круговороте — трудный вопрос.

Материал по теме

Из-под земли и с неба

Откуда взялась вода, наполняющая реки и океаны? В конечном итоге — из межзвездного вещества, материала, сформировавшего Солнечную систему. Но на каком этапе «творения» эта вода попала на Землю и какие метаморфозы претерпела по пути? 

Несомненно, как минимум часть сегодняшних океанов — это то, что осталось от внушительных водных запасов Земли после столкновения с Тейей. Эту воду принесла с собой еще протопланетная пыль, из которой образовалась планета. Сразу после космической катастрофы поверхность Земли представляла собой море расплавленной магмы, из которой выделялись вулканические газы — по большей части водяной пар. Так что у Земли сразу же начала формироваться новая атмосфера взамен потерянной. Высоко над поверхностью пар конденсировался в облака, обдававшие расплавленный базальт мощными ливнями. Со временем кора планеты затвердела, и дожди наполнили первые океаны. За минувшие с тех пор 4,5 млрд лет вулканы никогда не прекращали извергаться насовсем, и каждое извержение вносило свою лепту в обводнение земного шара.

С другой стороны, в новорожденной Солнечной системе было огромное количество комет — куда больше, чем сейчас. Сегодня их мало именно потому, что почти все ледяные тела, имевшие неосторожность зайти во владения планет, уже упали на них, в том числе и на Землю. Эти «комки грязного снега» могли стать значимым источником воды в земных океанах.

Как отличить кометную воду от исконно земной? Удивительно, но способ есть. Он основан на соотношении изотопов.

Материал по теме

Изотопами по воде писано

Изотопы — это разновидности одного химического элемента, отличающиеся числом нейтронов в атомном ядре. Почти во всех атомах водорода нейтронов нет вообще. Ядро такого атома — это одиночный протон. Этот самый распространенный изотоп водорода называется протием. Но иногда встречается и дейтерий — водород, в ядре которого один нейтрон. Масса нейтрона примерно равна массе протона, так что дейтерий вдвое тяжелее протия. Вода, в которой оба атома водорода представлены дейтерием (D

2O), называется тяжелой. Однако дейтерий очень редок, так что гораздо чаще тяжелой воды встречается полутяжелая (HDO), где на дейтерий приходится только один атом водорода.

Полутяжелая вода несколько отличается от обычной физическими и химическими свойствами. Поэтому по доле HDO в воде можно судить о ее происхождении и истории. Считается, что больше всего дейтерия должно быть в первозданном льде, возникшем в межзвездном пространстве. Чем больше приключений испытывает вода, тем меньше в ней сохраняется и без того редких молекул HDO.

Когда на заре истории лед протопланетного диска слипался в кометы, это уже была некоторая переработка. Но все же ее не сравнить с метаморфозами и катаклизмами, выпавшими на долю больших планет. Следовательно, в кометной воде дейтерия должно быть больше, чем в исконно земной.

Вода в планетообразующем диске вокруг звезды V883 Орионис (Фото L. Calçada·ESO)

Доля HDO в современных океанах хорошо известна: около 0,03%. Выполнить столь тонкие измерения для комет значительно труднее, ведь комету не возьмешь с собой в лабораторию. По разным данным, содержание полутяжелой воды в хвостатых гостьях колеблется от тех же 0,03% до 0,1%. Это приводит к разным оценкам доли кометной воды в океане: от незначительной до преобладающей. Более или менее уверенно можно сказать, что вода из-под крана состоит из растаявших древних комет на десятки процентов. Десять этих процентов, тридцать или пятьдесят — предмет дискуссий, в которых вряд ли скоро будет поставлена точка.

Остается еще один интересный вопрос. Мы упомянули, что возникновение кометы — это «некоторая» переработка первозданного межзвездного льда. Насколько она существенна? Недавнее исследование показывает, что не очень: кометы сохраняют первичную воду в почти нетронутом состоянии.

Материал по теме

Заглянуть в звездные ясли

Со времен образования Солнца минули миллиарды лет. У нас нет образцов первозданного досолнечного льда, чтобы  сравнить его с кометным. Но во Вселенной и сегодня хватает протопланетных дисков. Например, в 1300 световых годах от Земли у формирующейся звезды V883 Ориона.

Обычно наблюдать воду в таких дисках крайне трудно. Лед почти ничего не излучает, а пар существует лишь очень близко к звезде, и его излучение сливается со звездным. К счастью для исследователей, диск V883 Ориона необычно теплый. Радиотелескоп ALMA обнаружил излучение паров воды на дистанциях до 160 астрономических единиц от светила (одна единица равна расстоянию от Земли до Солнца). Воды в этом диске, даже только в виде пара, как минимум в 1200 раз больше, чем в океанах Земли. Чувствительный телескоп различил в ее излучении вклад молекулы HDO.

Оказалось, что доля полутяжелой воды в водных запасах V883 Ориона весьма велика: от 0,16% до 0,29%. Это вполне сравнимо с оценками для комет Солнечной системы и много выше, чем в земных океанах. При этом диск V883 Ориона слишком молод, чтобы в нем завершилось формирование комет. Из этого авторы заключают, что кометы сохраняют лед протопланетного диска (а значит, и межзвездный) в почти неизменном виде. Другими словами, падающие на древнюю Землю кометы принесли с собой первозданный досолнечный лед. Выпивая стакан воды, удивительно думать, что она помнит мир без Солнца.

10 крупнейших океанов и морей на Земле

FacebookTwitterRedditPinterest

Поверхность Земли состоит примерно на 71% из воды, а остальную часть покрывают континенты и острова.

Чтобы понять, насколько обширны водоемы, вы можете рассмотреть размеры различных океанов и морей. Какой из них самый большой, насколько они глубоки и насколько важны для устойчивости планеты?

В этой статье рассматриваются десять крупнейших океанов и морей мира, включая Тихий океан, Средиземное море, Атлантический океан, Карибское море и Индийский океан.

Вы также узнаете их самую глубокую точку, доступную морскую жизнь, их экономические цели и многое другое.

Содержание

Рейтинг 10 крупнейших океанов и морей

Ниже приведен список того, как мы ранжировали самые обширные океаны и моря в мире, включая их площадь, среднюю глубину и самую глубокую точку.

Тихий океан

Площадь: 165 250 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Бездна Челленджера (36 070 футов)

Бассейн Тихого океана занимает примерно 1/3 поверхности Земли, составляя около 46% водной поверхности в мире.

Таким образом, это самый большой океан в мире. Его средняя глубина составляет 4 280 м, а самая глубокая точка — Бездна Челленджера, которая опускается до 10 994 м (36 070 футов).

Тихий океан омывает континенты Северной и Южной Америки, Азии и Австралии.

Фердинанд Магеллан, португальский исследователь, назвал этот массивный водоем «Тихий океан» в 1520 году, что означает «мирный».

Тихий океан — древнейший из всех существующих океанов. По данным Национальной океанической службы, древнейшей породе в этом океане около 200 миллионов лет.

В бассейне океана находится около 25 000 островов и более 228 450 видов, включая акул-молотков, морских слонов, косаток, пингвинов и морских слизней. Тихий океан имеет многочисленные судоходные пути, соединяющие граничащие континенты, океаны и моря.

Атлантический океан

Район: 106 460 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Глубина Милуоки (27 493 фута)

Бассейн Атлантического океана является вторым по величине океаном в мире, покрывая около 20% поверхности Земли.

Океан граничит с различными странами Америки, Европы и Африки. Средняя глубина Атлантики составляет 3646 м, а самая глубокая часть — Милуоки-Впадина, которая опускается примерно до 8380 м.

Атлантический океан получил свое название от «Море Атласа» из греческой мифологии. Ему примерно 135 миллионов лет, он сформировался в меловой период.

В этом океане лежит страшный Бермудский треугольник («Треугольник дьявола»). Этот Треугольник таинственным образом привел к исчезновению многих кораблей и самолетов. Панамский канал соединяет Атлантический океан с Тихим океаном.

В Атлантике много морей, островов, заливов и бухт. Он насчитывает более 17 500 видов, включая акул, ламантинов, морских черепах и горбатых китов.

Индийский океан

Площадь: 70, 560 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Зондский желоб (23 920 футов)

Бассейн Индийского океана составляет около 19,8% воды планеты и занимает третье место после Атлантического и Тихого океанов. Граничит с несколькими странами Восточной Африки, Азии и западной Австралии.

Средняя глубина этого океана составляет 3741 м, что глубже Атлантического океана. Его самая глубокая точка — Зондская впадина, спускающаяся примерно до 7290 м.

Индийский океан со средней температурой 77°F является самым теплым океаном в мире. Этот океан относительно спокоен и предлагает значительные морские пути для транспортировки таких материалов, как масло, рис, сахар и шелк.

Однако разрушительное цунами 2004 года привело к гибели более 200 000 человек и массовому уничтожению имущества.

В Индийском океане находится несколько островов, в том числе Мадагаскар (4-й по величине остров в мире). Он предлагает подходящую среду обитания для более чем 9000 видов, включая дюгоней, китов, морских змей, акул и черепах.

Южный океан

Площадь: 20 327 000

Самая глубокая точка: Факторианская глубина (24389 футов)

Бассейн Южного океана (Антарктический океан) окружает Антарктиду и простирается до частей Атлантического, Тихого и Индийского океанов.

Будучи четвертым по величине океаном планеты, Южный океан имеет среднюю глубину 3270 м. Его самая глубокая точка — Факторианская впадина, простирающаяся на 7 434 м ниже уровня моря.

Южный океан геологически является самым молодым океаном в мире. Он образовался около 34 миллионов лет назад, когда Южная Америка и Антарктида разделились.

Изменение климата, загрязнение, рыболовство и охота повлияли на хрупкую экосистему Антарктического океана. В то время как Южная

Океан является домом для более чем 9000 видов, большинство из которых находятся на грани исчезновения. Вы все еще можете найти таких существ, как тюлени, пингвины и киты.

Северный Ледовитый океан

Площадь: 14 060 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Бездна Моллой (18 208 футов) .

Северный Ледовитый океан находится в северной полярной области и граничит с Северной Америкой и Евразией. Его средняя глубина составляет 1038 м, а Глубина Моллой (самая глубокая точка) опускается примерно до 5550 м.

Северный Ледовитый океан образовался в меловой период, около 145-65 миллионов лет назад. Из-за изменения климата этот океан нагревается примерно в четыре раза быстрее, чем в других частях мира.

Это подвергает риску его уязвимую экосистему, включая людей, живущих поблизости.

Северный Ледовитый океан является домом для тысяч островов, включая Арктический архипелаг к северу от Канады. Несмотря на огромные льды в Северном Ледовитом океане, вы можете найти более 5500 видов животных, приспособленных к холодным средам обитания.

Коралловое море

Площадь: 4 791 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Бугенвиль (29 986 футов) острова и Новые Гебриды. Средняя глубина этого моря составляет 2 394 м, а самая глубокая точка на Бугенвиле находится на 9 140 м ниже уровня моря.

Название «Коралл» произошло от многочисленных коралловых рифов, включая крупнейший в мире, известный как Большой Барьерный риф. Геологи говорят, что Коралловое море начало формироваться 48-58 миллионов лет назад.

Море теплое, спокойное, иногда бывают циклоны. Его природная красота делает его популярным туристическим направлением. Коралловое море является домом для островов Кораллового моря и поддерживает более 7000 видов.

Аравийское море

Площадь: 3 862 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Глубина Уитли (19 028 футов) Оман, Пакистан и Иран.

С западной стороны находится Аденский залив, соединяющий это море с Красным морем. Средняя глубина Аравийского моря составляет 2734 м, а самая глубокая точка впадины Уитли опускается примерно до 5800 м.

Образование этого моря произошло примерно 50 миллионов лет назад. На протяжении всей истории Аравийское море служило важным водоемом для многочисленных морских портов и торговых путей.

В море находится несколько островов, в том числе острова Лакшадвип, остров Астола, Сокотра и Масира. Здесь проживает более 1769видов, включая китов, акул, сардин, тунца, морских черепах и ваху.

Южно-Китайское море

Площадь: 3 685 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Бассейн Китайского моря (16 456 футов)

Южно-Китайское море расположено между Южным Китаем, Индокитайскими островами, несколькими островами и Филиппинами. Его средняя глубина составляет 1212 м, а самая глубокая точка в бассейне Китайского моря опускается примерно до 5016 м.

Ниже Южно-Китайского моря находится затопленный континентальный шельф вблизи Филиппинских островов.

Это море начало формироваться от 45 до 17 миллионов лет назад, оставив V-образный бассейн.

За прошедшие годы такие реки, как Меконг, Жемчужная и Красная реки, накопили большие отложения, нефть и газы. Море имеет судоходные пути, по которым проходит около 33,33% мирового судоходства.

В Южно-Китайском море насчитывается более 200 островов, некоторые из которых остаются затопленными. Здесь также обитает более 3000 видов рыб и 600 видов коралловых рифов.

Карибское море

Площадь: 2 754 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Кайманова впадина (25 216 футов)

Карибское море является частью западной части Атлантического океана, расположенной между Центральной Америкой, Мексикой, Большими Антильскими островами, Малыми Антильскими островами и Кубой.

Район Карибского моря, включая острова и прилегающие побережья, известен как «Карибский бассейн». Это море имеет среднюю глубину 2200 м, а самая глубокая точка Каймановой впадины опускается до 7686 м.

Образование Карибского моря датируется примерно 160 и 180 миллионами лет назад. Это море имеет богатую историю исследований, особенно Христофором Колумбом.

Транспортная и торговая деятельность в этом море привлекала пиратов в 1560-х годах.

Сегодня изобилие солнечного света в этом море привлекает множество туристов круглый год. Карибское море является домом для 22 островов и более 1400 видов морских млекопитающих, рыб и прибрежных мангровых зарослей.

Средиземное море

Площадь: 2 500 000 квадратных километров

Самая глубокая точка: Глубина Калипсо (17 280 футов)

Средиземное море покрывает 0,7% поверхности океана, что делает его одним из самых больших морей на планете. Он расположен между Западной и Восточной Европой, Анатолией, Северной Африкой и Левантом.

Его средняя глубина составляет 1500 м, а самая глубокая точка в бездне Калипсо спускается до 5267 м. Гибралтарский пролив (узкий водный путь) соединяет Средиземное море с Атлантическим океаном.

Средиземное море образовалось около 5,9 миллионов лет назад, когда оно отделилось от Атлантического океана. Это море было важным торговым путем для купцов в древние времена. Сегодня большое количество прибрежных популяций, загрязнение и интенсивный промысел являются основными проблемами в этом море.

Несколько островов усеивают Средиземное море, некоторые из них образовались в результате извержений вулканов. В Средиземноморье обитает более 17 000 морских видов, в том числе 712 видов рыб.

Часто задаваемые вопросы

Ниже приведены ответы на вопросы, которые вы можете задать о крупнейших морях и океанах мира.

Какая часть Земли покрыта водой?

Около 71% поверхности Земли покрыто водой. Континенты и острова составляют оставшиеся 29%.

Какое море самое маленькое?

Самое маленькое море на планете — Мраморное море, его общая площадь составляет 11 350 квадратных километров.

Какое море самое мелкое?

Самое мелкое море – Азовское море, расположенное в Восточной Европе. Его средняя глубина составляет 7 метров, а самая глубокая точка достигает всего 14 метров.

Заключительные мысли

Океаны и моря покрывают примерно 97% воды Земли. Из всех пяти океанов Тихий — самый большой. Она покрывает около 1/3 земного шара.

Вы обнаружили в этом списке факт о крупнейших океанах и морях, который вас удивил? Пожалуйста, оставьте комментарий ниже, и дайте знать, что стало для вас сюрпризом.

океаны моря

Изменчивость климата | Управление научной миссии

Океан оказывает значительное влияние на погоду и климат Земли. Океан покрывает 70% поверхности Земли. Этот огромный резервуар постоянно обменивается теплом, влагой и углеродом с атмосферой, определяя наши погодные условия и влияя на медленные, едва уловимые изменения нашего климата. Океаны влияют на климат, поглощая солнечную радиацию и выделяя тепло, необходимое для атмосферной циркуляции, выделяя аэрозоли, влияющие на облачный покров, выделяя большую часть воды, выпадающей на сушу в виде дождя, поглощая углекислый газ из атмосферы и сохраняя его для лет до миллионов лет. Океаны поглощают большую часть солнечной энергии, достигающей Земли, и благодаря высокой теплоемкости воды океаны могут медленно выделять тепло в течение многих месяцев или лет. Океаны хранят больше тепла в верхних 3 метрах (10 футов), чем вся атмосфера, что является ключом к пониманию глобального изменения климата и неразрывно связано с океаном. На климат влияет накопление тепла и УГЛЕРОДА в океане, что зависит как от физических, так и от биологических процессов. Рассмотрим некоторые из этих процессов. В конце последнего ледникового периода, около 15 000 лет назад, ледовые щиты растаяли, и климат в это время потеплел. Ледяные щиты начали расти, и климат похолодал около 130 000 лет назад, в начале последнего ледникового периода. Около 130 000 лет назад подпитываемые испарением океанских вод, полярные ледяные шапки утолщались и расширялись, Земля охлаждалась почти на 12°C, а глобальный уровень моря опускался на 130 м ниже нынешнего уровня. Около 15 000 лет назад этот процесс повернул вспять, когда больше солнечного света достигло областей вблизи Полярного круга, и Земля вышла из ледникового периода. Сегодня Земля примерно на 8° по Цельсию (14° по Фаренгейту) теплее, чем тогда. Все еще восстанавливаясь после ледникового периода, глобальный уровень моря продолжает повышаться. Только за последнее столетие глобальная температура увеличилась на 0,6 градуса по Цельсию (1 градус по Фаренгейту), а средний глобальный уровень моря за последнее десятилетие неуклонно повышался. Это просто часть природного цикла? Какая часть этого потепления связана со сжиганием ископаемого топлива? Влияет ли человеческая природа на Мать-природу? Что нам делать? Наш ответ на вызов глобального потепления начинается с формулирования правильного набора вопросов. Первым шагом в решении проблемы глобального потепления является признание того, что модель потепления, если она продолжится, вероятно, не будет единообразной. Термин «глобальное потепление» говорит только часть истории; наше внимание должно быть сосредоточено на «глобальном изменении климата». Реальной угрозой может быть не постепенное повышение глобальной температуры и уровня моря, а перераспределение тепла по поверхности Земли. Некоторые места согреются, а другие остынут; эти изменения и сопутствующие сдвиги в характере осадков могут привести к перемещению сельскохозяйственных регионов по всей планете. Изучая океаны из космоса, мы можем получить огромное количество информации о нашей изменяющейся среде.

На этой диаграмме показана взаимосвязь между физической и биологической океанографией и изменчивостью климата. Перенос тепла и циркуляция океана являются ключевыми факторами между физической океанографией и изменчивостью климата. Биологическая океанография воздействует на климат посредством биологического насоса. Вместе потоки атмосферно-морских газов и проникающая солнечная радиация являются обратными связями между физическими и биологическими океанографическими процессами, которые в конечном итоге влияют на климат.

На климат влияют как биологические, так и физические процессы в океанах. Кроме того, физические и биологические процессы влияют друг на друга, создавая сложную систему. И океан, и атмосфера переносят примерно одинаковое количество тепла от экваториальных областей Земли, сильно нагреваемых Солнцем, к ледяным полюсам, которые получают относительно мало солнечной радиации. Атмосфера переносит тепло через сложную всемирную схему ветров; дуя по поверхности моря, эти ветры создают соответствующие модели океанских течений. Но океанские течения движутся медленнее, чем ветры, и обладают гораздо большей теплоемкостью. Ветры управляют циркуляцией океана, перенося теплую воду к полюсам по поверхности моря. Когда вода течет к полюсу, она выделяет тепло в атмосферу. В далекой Северной Атлантике часть воды опускается на дно океана. Эта вода в конечном итоге выносится на поверхность во многих регионах путем смешивания с океаном, завершая конвейерную ленту океана (см. Ниже). Изменения в распределении тепла внутри пояса измеряются временными масштабами от десятков до сотен лет. В то время как вариации вблизи поверхности океана могут вызывать относительно краткосрочные изменения климата, долгосрочные изменения в глубинах океана могут не обнаруживаться в течение многих поколений. Океан — это тепловая память климатической системы.

• Физические характеристики переноса тепла и циркуляции океана влияют на климатическую систему Земли. Подобно массивному «маховику», который стабилизирует скорость двигателя, огромное количество тепла в океанах стабилизирует температуру Земли. Теплоёмкость океана намного больше, чем у атмосферы или суши. В результате океан медленно нагревается летом, сохраняя воздух прохладным, и медленно охлаждается зимой, сохраняя воздух теплым. Прибрежный город, такой как Сан-Франциско, имеет небольшой диапазон температур в течение года, но центральный континентальный город, такой как Фарго, Северная Дакота, имеет очень широкий диапазон температур. Океан несет существенное тепло только в субтропики. К полюсу от субтропиков атмосфера переносит большую часть тепла.

• На климат также влияет «биологический насос» — биологический процесс в океане, влияющий на концентрацию углекислого газа в атмосфере. Биологическая продуктивность океана является одновременно источником и поглотителем углекислого газа, одного из парниковых газов, определяющих климат. «Биологический насос» происходит, когда фитопланктон преобразует углекислый газ и питательные вещества в углеводы (восстановленный углерод). Небольшая часть этого углерода опускается на морское дно, где погребается в отложениях. Он остается погребенным, возможно, миллионы лет. Нефть — это всего лишь восстановленный углерод, застрявший в отложениях миллионы лет назад. Через фотосинтез микроскопические растения (фитопланктон) ассимилируют углекислый газ и питательные вещества (например, нитраты, фосфаты и силикаты) в органический углерод (углеводы и белок) и выделяют кислород.

• Углекислый газ также передается через границу воздух-море. Глубокие воды океана могут веками хранить углекислый газ. Углекислый газ растворяется в холодной воде в высоких широтах и ​​субдуцируется вместе с водой. Он остается в глубинах океана от многих лет до столетий, прежде чем вода смешается с поверхностью и нагреется солнцем. Теплая вода выбрасывает углекислый газ обратно в атмосферу. Таким образом, конвейерная лента, описанная ниже, переносит углекислый газ в глубины океана. Часть (но не вся, или даже большая часть) этой воды выходит на поверхность в тропической части Тихого океана, возможно, 1000 лет спустя, высвобождая запасенный на тот период углекислый газ. Физическая температура океана помогает регулировать количество углекислого газа, выделяемого или поглощаемого водой. Холодная вода может растворить больше углекислого газа, чем теплая. На температуру океана также влияет биологический насос. Проникающая солнечная радиация нагревает поверхность океана, вызывая выброс большего количества углекислого газа в атмосферу. Океанические процессы воздушно-морских газовых потоков влияют на биологическую продукцию и, как следствие, на климат. Но по мере роста растений вода мутнеет и препятствует проникновению солнечной радиации под поверхность океана.

НАСА Океанография и климат

Спутниковые наблюдения НАСА за океанами за последние три десятилетия улучшили наше понимание глобального изменения климата, сделав глобальные измерения, необходимые для моделирования климатической системы океан-атмосфера. НАСА использует несколько инструментов для определения температуры поверхности моря (AVHRR или другие), высоты (высотомер), ветра (рассеиватель), производительности (MODIS) и солености (будущие инструменты). Наборы глобальных данных, доступные во временном масштабе от дней до лет (а в перспективе и десятилетий), были и будут жизненно важным ресурсом для ученых и политиков в самых разных областях. Топография поверхности океана и течения, векторные ветры (как скорость, так и направление), температура поверхности моря и соленость являются критическими переменными для понимания связи между океаном и климатом.

Морские Ветры

Рефлектометры используются для измерения вектора ветра. Скаттерометр SeaWinds предоставил ученым самую подробную и непрерывную глобальную картину ветров на поверхности океана на сегодняшний день, включая подробную структуру ураганов, широкомасштабную циркуляцию и изменения в массах полярного морского льда. Сигналы скаттерометра могут проникать сквозь облака и дымку для измерения условий на поверхности океана, что делает их единственными проверенными спутниковыми приборами, способными измерять вектор ветра на уровне моря днем ​​и ночью практически при любых погодных условиях. В сочетании с данными Topex/Poseidon, Jason-1 и метеорологических спутников, причалов и дрифтеров данные SeaWinds и последующих миссий будут использоваться для изучения долгосрочных изменений. Погодные условия Земли, такие как Эль-Ниньо и Северное колебание, которые влияют на гидрологический и биогеохимический баланс системы океан-атмосфера.

Скаттерометр SeaWinds на борту спутника НАСА QuikSCAT собрал данные, использованные для создания этого многоцветного изображения ветров на поверхности Тихого океана. На этом снимке, сделанном 8 января 2004 г., видны приповерхностные ветры на высоте 10 метров над поверхностью океана. QuikScat оснащен рефлектометром SeaWinds, специализированным микроволновым радаром, который измеряет скорость и направление приповерхностного ветра при любых погодных условиях и облачности над океанами Земли. В последние годы возможности обнаружения и отслеживания сильных штормов значительно расширились благодаря появлению метеорологических спутников. Данные скаттерометра SeaWinds дополняют традиционные спутниковые изображения облаков, обеспечивая прямые измерения приземных ветров для сравнения с наблюдаемыми структурами облаков, чтобы лучше определить местоположение, направление, структуру и силу урагана. В частности, эти данные о ветре помогают метеорологам более точно определять масштабы ураганных ветров, связанных со штормом, а также предоставляют входные данные для численных моделей, которые обеспечивают заблаговременное предупреждение о высоких волнах и наводнениях.

Авторы и права: команда QuikSCAT из Лаборатории реактивного движения НАСА.

Топография поверхности океана

Радарные высотомеры, подобные тем, что используются в миссиях Topex/Poseidon и Jason, используются для измерения топографии поверхности океана. Отражая радиоволны от поверхности океана и определяя время их возвращения с невероятной точностью, эти приборы сообщают нам расстояние от спутника до поверхности моря с точностью до нескольких сантиметров — это эквивалентно измерению толщины десятицентовой монеты от реактивного самолета, летящего на высоте 35 000 футов! При этом специальные системы слежения на спутниках выдают их положение относительно центра масс Земли также с точностью до нескольких сантиметров. Вычитая высоту спутника над морем из высоты спутника над центром масс, ученые рассчитывают карты высоты поверхности моря и изменений высоты из-за приливов, меняющихся течений, тепла, хранящегося в океане, и количество воды в океане. Нанося на карту топографию океана, мы можем определить скорость и направление океанских течений. Точно так же, как ветер обдувает центры высокого и низкого давления в атмосфере, вода обтекает высокие и низкие уровни поверхности океана.

TOPEX/Poseidon & Jason-1 Вид на ураган «Изабель» 27 сентября 2003 г. Когда в этом месяце ураган «Изабель» обрушился на побережье Северной Каролины, TOPEX/Poseidon и Jason-1 спокойно кружили над головой. Это изображение высоты волны в искусственных цветах у восточного побережья США 15 сентября 2003 г. показывает значительное увеличение высоты волны до более чем 5 метров под ураганом Изабель.

Авторы и права: NASA JPL

Карты высоты поверхности моря наиболее полезны, когда они преобразуются в топографические карты. Чтобы определить топографию поверхности моря, карты высот сравнивают с гравитационной эталонной картой, на которой показаны холмы и долины неподвижного океана из-за изменений силы тяжести. Миссия GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) предоставит очень точные карты гравитации, которые позволят нам значительно улучшить наши знания о циркуляции океана. GRACE обеспечивает измерения гравитации, которые до 100 раз точнее, чем предыдущие значения. Эта повышенная точность приведет к прорыву в нашем понимании циркуляции океана и переноса тепла. Две анимации, показывающие высоту поверхности моря (SSH) и температуру поверхности моря (SST). Аномалии в Тихом океане от 19 октября.92 по август 2002 г. Увеличение температуры и высоты в экваториальной области к западу от Южной Америки иллюстрирует явление Эль-Ниньо 1997-98 гг.

Высота поверхности моря показана относительно нормали, при этом нормаль показана зеленым цветом. Синие и фиолетовые области обозначают рост на 8–24 сантиметра (3–9 дюймов) ниже нормы. Красные и белые области представляют собой более высокую, чем обычно, высоту поверхности моря и указывают на более теплую воду. Эти области составляют от 8 до 24 сантиметров (от 3 до 9дюймов) выше, чем обычно.

Авторы и права: NASA JPL

Температура и соленость

Вода является чрезвычайно эффективным теплоотводом. Солнечное тепло, поглощаемое водоемами днем ​​или летом, выделяется ночью или зимой. Но тепло в океане также циркулирует. Температура и соленость контролируют погружение поверхностных вод в глубины океана, что влияет на долгосрочное изменение климата. Такое погружение также является основным механизмом, с помощью которого океаны накапливают и переносят тепло и углекислый газ. Вместе различия в температуре и солености вызывают глобальную циркуляцию в океане, которую иногда называют Глобальной конвейерной лентой.

«Глобальный конвейер тепла» представляет собой простое представление о том, как океанские течения переносят теплые поверхностные воды от экватора к полюсам и смягчают глобальный климат. Для завершения этой глобальной цепи требуется до 1000 лет. На этой иллюстрации показана обобщенная модель этой термохалинной циркуляции: «Глобальная конвейерная лента». Холодные глубокие течения с высокой соленостью, циркулирующие из северной части Атлантического океана в южную часть Атлантического океана и на восток в Индийский океан. Глубокие воды возвращаются на поверхность в Индийском и Тихом океанах в процессе апвеллинга. Затем теплое мелководное течение возвращается на запад мимо Индийского океана, огибает Южную Африку и достигает Северной Атлантики, где вода становится более соленой и холодной и опускается, начиная процесс снова и снова.

Тепло в воде переносится в более высокие широты океанскими течениями, где оно выбрасывается в атмосферу. Вода, охлажденная более низкими температурами в высоких широтах, сжимается (становится более плотной). В некоторых регионах, где вода также очень соленая, например, в далекой Северной Атлантике, вода становится достаточно плотной, чтобы опускаться на дно. Смешивание в глубоком океане из-за ветров и приливов возвращает холодную воду на поверхность повсюду вокруг океана. Некоторые достигают поверхности через глобальную конвейерную ленту циркуляции океанской воды, чтобы завершить цикл. Во время этой циркуляции холодной и теплой воды также транспортируется углекислый газ. Холодная вода поглощает углекислый газ из атмосферы, а часть опускается глубоко в океан. Когда в тропиках глубинные воды выходят на поверхность, они нагреваются, и углекислый газ выбрасывается обратно в атмосферу. Соленость может быть столь же важной, как и температура, при определении плотности морской воды в некоторых регионах, таких как западная тропическая часть Тихого океана и дальняя северная Атлантика. Дождь снижает соленость, особенно в регионах с очень сильными дождями. В некоторых тропических районах ежегодно выпадает от 3000 до 5000 миллиметров осадков. Испарение увеличивает соленость, потому что при испарении остается соль, что делает поверхностные воды более плотными. Испарение в тропиках составляет в среднем 2000 миллиметров в год. Эта более плотная и соленая вода погружается в океан, способствуя глобальной циркуляции и перемешиванию. Измерения солености океана были немногочисленными и нечастыми, и во многих местах соленость не измерялась. Измерения солености с помощью дистанционного зондирования обещают значительно улучшить наши модели океана. Это задача проекта Aquarius, миссии НАСА, запуск которой запланирован на 2008 год, что позволит нам еще больше уточнить наше понимание связи океана и климата.

На изображении выше показана глобальная биосфера. Нормализованный индекс различий растительности (NDVI) измеряет количество и здоровье растений на суше, а измерения хлорофилла а показывают количество фитопланктона в океане. Наземная растительность и фитопланктон потребляют атмосферный углекислый газ. Это глобальное изображение биосферы показывает количество наземной растительности в дополнение к количеству фитопланктона. Большое количество фитопланктона наблюдается в средних и высоких широтах, а также вдоль западного побережья Северной Африки и восточного побережья Китая.

Авторы и права: Проект SeaWiFS, НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда и ORBIMAGE

Эта карта в искусственных цветах представляет углеродный «метаболизм» Земли — скорость, с которой растения поглощают углерод из атмосферы. На карте показана глобальная среднегодовая чистая продуктивность растительности на суше и в океане в 2002 г. Желтые и красные области показывают самые высокие показатели, колеблющиеся от 2 до 3 килограммов углерода на квадратный метр в год. Зеленые, синие и фиолетовые оттенки показывают постепенное снижение производительности.

Авторы и права: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

Биологический насос

Жизнь в океане потребляет и выделяет большое количество углекислого газа. В океанах Земли крошечные морские растения, называемые фитопланктоном, используют хлорофилл для захвата солнечного света во время фотосинтеза и использования энергии для производства сахаров. Фитопланктон является основой пищевой сети океана и играет важную роль в климате Земли, поскольку вытягивает углекислый газ, парниковый газ, с той же скоростью, что и наземные растения. Около половины кислорода, которым мы дышим, образуется в результате фотосинтеза в океане.

Из-за их роли в биологической продуктивности океана и их влияния на климат ученые хотят знать, сколько фитопланктона содержится в океанах, где они расположены, как их распределение меняется со временем и сколько фотосинтеза они выполняют. Они собирают эту информацию, используя спутники для наблюдения за хлорофиллом как индикатором количества или биомассы клеток фитопланктона.

Вероятно, самым важным и преобладающим пигментом в океане является хлорофилл-α, содержащийся в микроскопических морских растениях, известных как фитопланктон. Хлорофилл-α поглощает синий и красный свет и отражает зеленый свет. Если отношение синего к зеленому низкое для какой-либо области поверхности океана, то здесь присутствует больше фитопланктона. Это соотношение работает в очень широком диапазоне концентраций, от менее 0,01 тонны до 50 миллиграммов хлорофилла на кубический метр морской воды.