ВОДНЫЕ МАССЫ, объём воды, соизмеримый с площадью и глубиной водоёма, обладающий относительной однородностью физических, химических и биологических характеристик, формирующихся в конкретных физико-географических условиях (обычно на поверхности океана, моря), отличающихся от окружающей водной толщи. Особенности водных масс, приобретённые в определённых районах океанов и морей, сохраняются за пределами области формирования. Смежные водных масс отделяются друг от друга зонами фронтов Мирового океана, зонами раздела и зонами трансформации, которые прослеживаются по увеличивающимся горизонтальным и вертикальным градиентам основных показателей водных масс. Главные факторы формирования водных масс - тепловой и водный балансы данного района, соответственно основные показатели водных масс - температура, солёность и зависящая от них плотность. Важнейшие географические закономерности - горизонтальная и вертикальная зональность - проявляются в океане в виде специфической структуры вод, состоящей из набора водных масс.

В вертикальной структуре Мирового океана выделяются водные массы: поверхностные - до глубины 150-200 м; подповерхностные - до 400-500 м; промежуточные - до 1000-1500 м, глубинные - до 2500-3500 м; придонные - ниже 3500 м. В каждом из океанов имеются характерные для них водные массы, поверхностные водные массы называются в соответствии с климатическим поясом, где сформировались (например, тихоокеанские субарктические, тихоокеанские тропические и так далее). Для нижележащих структурных зон океанов и морей название водных масс соответствует их географическому району (средиземноморская промежуточная водная масса, североатлантичная глубинная, глубинная Чёрного моря, антарктическая придонная и т.д.). Плотность воды и особенности атмосферной циркуляции определяют глубину, на которую водная масса погружается в районе своего образования. Часто при анализе водной массы учитываются также показатели содержания в ней растворённого кислорода, других элементов, концентрации ряда изотопов, которые дают возможность проследить распространение водной массы из района её формирования, степень смешения с окружающими водами, время нахождения вне контакта с атмосферой.

Характеристики водных масс не остаются постоянными, они подвергаются в определённых пределах сезонным (в верхнем слое) и многолетним колебаниям, изменяются в пространстве. По мере передвижения из района формирования водные массы трансформируются под воздействием изменившегося теплового и водного балансов, особенностей циркуляции атмосферы и океана, перемешиваются с окружающими водами. Вследствие чего различают первичные водные массы (формируются под непосредственным влиянием атмосферы, с наибольшими колебаниями характеристик) и вторичные водные массы (образуются при перемешивании первичных, отличаются наибольшей однородностью характеристик). В пределах водной массы выделяют ядро - слой с наименее трансформированными характеристиками, сохраняющий присущие конкретной водной массе отличительные признаки - минимумы или максимумы солёности и температуры, содержание ряда химических веществ.

При изучении водных масс применяется метод температурно-солёностных кривых (Т, S-кривых), метод ядра (исследование трансформации присущих водной массе экстремумов температуры или солёности), изопикнический метод (анализ характеристик на поверхностях равной плотности), статистический Т, S-анализ. Циркуляция водных масс играет важную роль в энергетическом и водном балансе климатической системы Земли, перераспределяя между широтами и разными океанами тепловую энергию и распреснённые (или осолонённые) воды.

Лит.: Sverdrup Н. U., Johnson М. W., Fleming R. Н. The oceans. N. Y., 1942; Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М.; Л., 1947; Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология. 1961. Т. 1. Вып. 1; Степанов В. Н. Океаносфера. М., 1983; Мамаев О. И. Термохалинный анализ вод Мирового океана. Л., 1987; он же. Физическая океанография: Избр. труды. М., 2000; Михайлов В. Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С. А. Гидрология. М., 2005.

Вся масса вод Мирового океана условно подразделяется на поверхностные и глубинные. Поверхностные воды – слой толщиной 200–300 м – по природным свойствам весьма разнородны; их можно назвать океанической тропосферой. Остальные воды – океаническая стратосфера, составляющая главную массу вод, однороднее.

Поверхностные воды – зона активного термического и динамического взаимодействия

океана и атмосферы. В соответствии с зональными климатическими изменениями они подразделяются на различные водные массы, прежде всего по термогалинным свойствам. Водные массы – это сравнительно большие объемы воды, формирующиеся в определенных зонах (очагах) океана и обладающие в течение длительного времени устойчивыми физико-химическими и биологическими свойствами.

Выделяют пять типов водных масс: экваториальные, тропические, субтропические, субполярные и полярные.

Экваториальные водные массы (0-5° с. ш.) образуют межпассатные противотечения. Они обладают постоянно высокими температурами (26-28 °С), четко выраженным слоем температурного скачка на глубине 20-50 м, пониженной плотностью и соленостью – 34 – 34,5‰, малым содержанием кислорода – 3-4 г/м 3 , небольшой насыщенностью жизненными формами. Преобладает подъем водных масс. В атмосфере над ними располагается пояс низкого давления и штилей.

Тропические водные массы (5– 35° с. ш. и 0–30° ю. ш.) распространены по экваториальным перифериям субтропических барических максимумов; они формируют пассатные течения. Температура летом достигает +26...+28°С, зимой опускается до +18... +20 °С, причем она различается у западных и восточных побережий из-за течений и прибрежных стационарных апвеллингов и даун-веллингов. Апвеллинг (англ, upwelling – всплывание) – восходящее движение воды с глубины 50–100 м, порождаемое сгонными ветрами у западных побережий материков в полосе 10–30 км. Обладая пониженной температурой и в связи с этим значительной насыщенностью кислородом, глубинные воды, богатые биогенными и минеральными веществами, входя в поверхностную освещенную зону, увеличивают продуктивность водной массы. Даунвеллинги – нисходящие потоки у восточных побережий материков за счет нагона воды; они заносят вниз тепло и кислород. Слой температурного скачка выражен весь год, соленость 35–35,5‰, содержание кислорода 2–4 г/м 3 .

Субтропические водные массы обладают наиболее характерными и устойчивыми свойствами в «ядре» – круговых акваториях, ограниченных большими кольцами течений. Температура в течение года изменяется от 28 до 15°С, есть слой температурного скачка. Соленость 36–37‰, содержание кислорода 4–5 г/м 3 . В центре круговоротов происходит опускание вод. В теплых течениях субтропические водные массы проникают в умеренные широты до 50° с. ш. и 40–45° ю. ш. Эти трансформированные субтропические водные массы занимают здесь практически полностью акватории Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Охлаждаясь, субтропические воды отдают огромное количество тепла атмосфере, особенно зимой, играя весьма значительную роль в планетарном теплообмене между широтами. Границы субтропических и тропических вод весьма условны, поэтому некоторые океанологи объединяют их в один тип тропических вод.

Субполярные – субарктические (50 – 70° с. ш.) и субантарктические (45–60° ю. ш.) водные массы. Для них типично разнообразие характеристик и по сезонам года, и по полушариям. Температура летом 12–15°С, зимой 5–7 °С, уменьшаясь в сторону полюсов. Морских льдов практически не бывает, но есть айсберги. Слой температурного скачка выражен лишь летом. Соленость уменьшается от 35 до 33‰ по направлению к полюсам. Содержание кислорода 4 – 6 г/м 3 , поэтому воды богаты жизненными формами. Эти водные массы занимают север Атлантики и Тихого океана, проникая в холодных течениях вдоль восточных берегов материков в умеренные широты. В южном полушарии они образуют сплошную зону к югу от всех материков. В целом это западная циркуляция воздушных и водных масс, полоса штормов.

Полярные водные массы в Арктике и вокруг Антарктиды обладают низкой температурой: летом около 0°С, зимой –1,5...–1,7°С. Здесь постоянны солоноватые морские и пресные материковые льды и их обломки. Слоя температурного скачка нет. Соленость 32–33‰. В холодных водах растворено максимальное количество кислорода – 5–7 г/м 3 . На границе с субполярными водами наблюдается опускание плотных холодных вод, особенно зимой.

Каждая водная масса имеет свой очаг формирования. При встречах водных масс с разными свойствами образуются океанологические фронты, или зоны конвергенции (лат. converge – схожусь). Обычно они формируются на стыке теплых и холодных поверхностных течений и характеризуются опусканием водных масс. В Мировом океане несколько фронтальных зон, но основных – четыре, по две в северном и южном полушариях. В умеренных широтах они выражены у восточных берегов материков на границах субполярного циклонического и субтропического антициклонического круговоротов с их соответственно холодными и теплыми течениями: у Ньюфаундленда, Хоккайдо, Фолклендских островов и Новой Зеландии. В этих фронтальных зонах гидротермические характеристики (температура, соленость, плотность, скорости течения, сезонные колебания температуры, размеры ветровых волн, количество туманов, облачность и пр.) достигают экстремальных значений. К востоку из-за перемешивания вод фронтальные контрасты размываются. Именно в этих зонах зарождаются фронтальные циклоны внетропических широт. Две фронтальные зоны существуют и по обе стороны от термического экватора у западных берегов материков между тропическими относительно холодными водами и теплыми экваториальными водами межпассатных противотечений. Они тоже отличаются высокими значениями гидрометеорологических характеристик, большой динамической и биологической активностью, интенсивным взаимодействием океана и атмосферы. Это районы зарождения тропических циклонов.

Есть в океане и зоны дивергенции (лат. diuergento – отклоняюсь) – зоны расходимости поверхностных течений и подъема глубинных вод: у западных берегов материков умеренных широт и над термическим экватором у восточных берегов материков. Такие зоны богаты фито- и зоопланктоном, отличаются повышенной биологической продуктивностью и являются районами эффективного рыбного промысла.

Океаническую стратосферу по глубине делят на три слоя, различающиеся по температуре, освещенности и другим свойствам: промежуточные, глубинные и придонные воды. Промежуточные воды располагаются на глубинах от 300 – 500 до 1000–1200 м. Толщина их максимальна в полярных широтах и в центральных частях антициклонических круговоротов, где преобладает опускание вод. Их свойства несколько различны в зависимости от широты распространения. Общий перенос этих вод направлен от высоких широт к экватору.

Глубинные и особенно придонные воды (толщина слоя последних – 1000–1500 м над дном) отличаются большой однородностью (низкими температурами, богатством кислорода) и медленной скоростью перемещения в меридиональном направлении от полярных широт к экватору. Особенно широко распространены антарктические воды, «сползающие» с материкового склона Антарктиды. Они не только занимают все южное полушарие, но и доходят до 10–12° с. ш. в Тихом океане, до 40° с. ш. в Атлантике и до Аравийского моря в Индийском океане.

Из характеристики водных масс, особенно поверхностных, и течений ярко видно взаимодействие океана и атмосферы. Океан дает атмосфере основную массу тепла, преобразуя лучистую энергию Солнца в тепловую. Океан – огромный дистиллятор, снабжающий сушу посредством атмосферы пресной водой. Тепло, поступающее в атмосферу от океанов, обусловливает различное атмосферное давление. Из-за разницы в давлении возникает ветер. Он вызывает волнение и течения, которые переносят тепло в высокие широты или холод в низкие и т. д. Процессы взаимодействия двух оболочек Земли – атмосферы и океаносферы – сложны и многообразны.

Общая масса всех вод Мирового океана подразделяется специалистами на два типа - поверхностные и глубинные. Однако такое разделение является весьма условным. Более детальная категоризация включает в себя следующие несколько групп, выделенных по признаку территориального расположения.

Определение

Для начала дадим определение того, что такое водные массы. Под этим обозначением в географии понимается достаточно большой объем воды, который образуется в той или иной части океана. Водные массы отличаются друг от друга по ряду характеристик: солености, температуре, а также плотности и прозрачности. Также различия выражаются и в количестве кислорода, наличии живых организмов. Мы дали определение, что такое водные массы. Теперь необходимо рассмотреть их различные типы.

Воды у поверхности

Поверхностными водами называют те зоны, где их термическое и динамическое взаимодействие с воздухом происходит наиболее активно. В соответствии с климатическими особенностями, присущими определенным зонам, их разделяют на отдельные категории: экваториальные, тропические, субтропические, полярные, субполярные. Школьникам, которые собирают информацию для ответа на вопрос о том, что такое водные массы, нужно знать и о глубине их залегания. Иначе ответ на уроке географии будет неполным.

Доходят до глубины 200-250 м. Их температура нередко меняется, поскольку они формируются вод воздействием атмосферных осадков. В толщах поверхностных вод образуются волны, а также горизонтальные Именно здесь находится наибольшее количество рыбы и планктона. Между поверхностными и глубинными массами располагается прослойка промежуточных водных масс. Глубина их расположения составляет от 500 до 1000 м. Образуются они в областях высокой солености и высокого уровня испарения.

Глубинные водные массы

Нижняя граница глубинных вод иногда может достигать 5000 м. Такой тип водных масс чаще всего попадается в тропических широтах. Формируются они под воздействием поверхностных и промежуточных вод. Интересующимся тем, что такое и каковы особенности их различных типов, также важно иметь представление и о скорости течения в океане. Глубинные водные массы очень медленно движутся в вертикальном направлении, однако скорость их движения по горизонтали может составлять до 28 км в час. Следующий слой - придонные водные массы. Они находятся на глубинах свыше 5000 м. Данный тип характеризуется постоянным уровнем солености, а также высоким уровнем плотности.

Экваториальные водные массы

«Что такое водные массы и их типы» - это одна из общеобязательных тем курса общеобразовательной школы. Учащемуся нужно знать, что воды могут быть отнесены к той или иной группе не только в зависимости от их глубины, но и от территориального расположения. Первый из упомянутых в соответствии с такой классификацией тип - это экваториальные водные массы. Они характеризуются высокой температурой (достигает 28°С), низким уровнем плотности, низким содержанием кислорода. Соленость таких вод невысокая. Над экваториальными водами располагается пояс низкого атмосферного давления.

Тропические водные массы

Они также достаточно хорошо прогреты, и их температура не меняется в течение разных сезонов больше, чем на 4°С. Большое влияние на данный тип вод оказывают океанические течения. Соленость их выше, поскольку в данном климатическом поясе устанавливается зона высокого атмосферного давления, и осадков выпадает очень мало.

Умеренные водные массы

Уровень солености этих вод ниже, чем у других, ведь на них оказывают опресняющее воздействие осадки, реки, айсберги. По сезонам температура водных масс этого типа может варьироваться до 10°С. Однако при этом смена времен года наступает гораздо позднее, чем на материке. Умеренные воды различаются в зависимости от того находятся ли они в западных или восточных районах океана. Первые, как правило, являются холодными, а вторые - более теплыми за счет согревания внутренними течениями.

Полярные водные массы

Какие водные массы самые холодные? Очевидно, что ими являются те, что находятся в Арктике и у берегов Антарктиды. С помощью течений они могут быть вынесены в умеренные и тропические области. Основной чертой полярных водных масс являются плавающие глыбы льда и огромные ледяные пространства. Их соленость крайне низка. На территории Южного полушария морские льды переходят в область умеренных широт намного чаще, чем это происходит на севере.

Способы формирования

Школьникам, которые интересуются, что такое водные массы, будет интересно также узнать и информацию об их образовании. Основным способом их формирования является конвекция, или перемешивание. В результате перемешивания вода погружается на значительную глубину, где снова достигают вертикальной устойчивости. Такой процесс может происходить в несколько стадий, а глубина конвективного перемешивания может достигать до 3-4 км. Следующий способ - субдукция, или «подныривание». При данном способе формирования масс вода опускаются за счет комбинированного действия ветра и охлаждения поверхности.

Водные массы Мирового океана могут быть разделены на типы, характеризующиеся определенными свойствами или определенным соотношением различных характеристик. Название каждой Водной массы отражает район формирования (источник) и пути ее перемещения. Например, антарктическая придонная вода образуется в различных районах вокруг Антарктического материка и обнаруживается у дна на больших участках океана. Водные массы образуются либо в результате термохалинных изменений, обусловленных взаимодействием моря и атмосферы, либо в результате перемешивания двух или более вод. После формирования Водная масса смещается на горизонт, определяемый ее плотностью, в зависимости от вертикального распределения плотности окружающей воды, и, постепенно перемешиваясь или взаимодействуя с атмосферой (если Водная масса распространяется у поверхности или на горизонтах, близких к поверхности), теряет характерную черту (или черты), которую она приобрела в районе формирования.

Основные Водные массы Мирового океана образуются в результате термохалинных изменений. Такие Водные массы имеют экстремум по одной или многим характеристикам. Слой, в котором наблюдается этот экстремум (глубина слоя определяется плотностью воды), называется срединным слоем. Этот слой может быть обнаружен при исследовании вертикального распределения типичных свойств В. м.

Наибольшую часть поверхностных и подповерхностных Водных масс составляют центральные Водные массы, которые обнаруживаются в умеренных широтах в обоих полушариях. Они характеризуются высокой соленостью и довольно высокими температурами и могут быть подразделены на такие подтипы, как западная и восточная центральные Водные массы. Это именно те Водные массы, которые являются источником срединного слоя с низким максимумом солености (субтропическое противотечение), формирующегося в результате опускания поверхностных вод в зонах субтропических конвергенции (35—40° с. и ю. ш.) в большинстве тропических районов океана. Между центральными Водными массами северного и южного полушарий находится экваториальная вода. Эта Водная масса хорошо развита в Тихом и Индийском океанах, но ее нет в Атлантическом океане.

В направлении к полюсам центральные Водные массы охлаждаются, что связано с таянием льда и температурным контрастом между водой и атмосферой. Между полярными поверхностными Водными массами и глубинными водами существуют воды промежуточной зоны — субарктическая и субантарктическая поверхностные воды. При стыке Водных масс промежуточной зоны происходит опускание вод вдоль зоны конвергенции. Эту зону, или полярный фронт, можно рассматривать как район образования промежуточных Водных масс Мирового океана. Они холодные, имеют низкую соленость и отделяют верхнюю теплую водную сферу от нижней холодной. В Атлантическом океане наиболее распространенной промежуточной Водной массой является антарктическая промежуточная вода, образующаяся в пределах южного полярного фронта; она может быть прослежена «методом ядра» до 20° с. ш. Севернее этой широты существует срединный слой с неярко выраженным минимумом солености.

Субарктическая промежуточная вода встречается в более северных широтах, но она гораздо менее ярко выражена и не распространяется так широко, как антарктическая промежуточная вода.

Из-за мелководности Берингова пролива циркуляция между Северным Ледовитым океаном и северной частью Тихого океана ограничена; поэтому субарктическая промежуточная вода в Тихом океане имеет малое распространение Однако у побережья России происходит опускание вод и формирование промежуточной Водной массы, очень похожей на субарктическую; так как эта Водная масса неарктического происхождения, она названа северотихоокеанской промежуточной водой.

Глубинные и придонные воды образуются в полярных районах, наиболее активно — вокруг Антарктического материка и в районах, прилегающих к Южной Гренландии. Влияние Арктического бассейна на глубоководную циркуляцию Мирового океана незначительно вследствие отчлененности глубин Арктического бассейна подводными хребтами — порогами. Предполагают, что источником большей части глубинных и придонных вод является атлантический сектор Южного океана (море Уэдделла). Сильная глубоководная циркуляция приводит к тому, что влияние Атлантического океана ощущается в большинстве районов Мирового океана. Тихий океан не имеет больших источников глубинной воды, и поэтому поток ниже 2000 м, вероятно, слаб. Индийский океан имеет сложную систему глубинных вод, которая зависит скорее от смешения многих других Водных масс чем от образования типов Водных масс в результате термохалинных изменений.

Особенности распределения океанологических характеристик по площади моря и с глубиной, хорошо развитое перемешивание, приток поверхностных вод из сопредельных бассейнов и изоляция от них глубинных морских вод формируют основные черты гидрологической структуры Японского моря. Вся толща его вод разделяется на две зоны: поверхностную (до глубины в среднем 200 м) и глубинную (от 200 м до дна). Воды глубинной зоны характеризуются относительно однородными физическими свойствами во всей их массе в течение года. Вода поверхностной зоны под влиянием климатических и гидрологических факторов изменяет свои характеристики во времени и пространстве гораздо интенсивнее.

В Японском море выделяются три водные массы: две в поверхностной зоне - поверхностная тихоокеанская, характерная для юго-восточной части моря, и поверхностная япономорская, свойственная северо-западной части моря, и одна в глубинной зоне - глубинная япономорская водная масса. По своему происхождению эти водные массы представляют собой результат трансформации поступающих в море тихоокеанских вод.

Поверхностная тихоокеанская водная масса формируется в основном под влиянием Цусимского течения, наибольший объем она имеет на юге и юго-востоке моря. По мере продвижения на север ее толщина и площадь распространения постепенно уменьшаются и примерно в районе 48° с. ш. вследствие резкого уменьшения глубин она выклинивается на мелководье. Зимой, когда Цусимское течение ослабевает, северная граница тихоокеанских вод располагается примерно на 46-47° с. ш.

Поверхностная тихоокеанская вода характеризуется высокими значениями температуры (около 15-20°) и солености (34,0-35,5‰). В рассматриваемой водной массе выделяется несколько слоев, гидрологические характеристики которых и толщина меняются в течение года. Поверхностный слой, где температура в течение года меняется от 10 до 25°, а соленость от 33,5 до 34,5‰. Толщина поверхностного слоя меняется от 10 до 100 м. Верхний промежуточный слой, толщина которого на протяжении года изменяется от 50 до 150 м. В нем отмечаются значительные градиенты температуры, солености и плотности. Нижний слой толщиной от 100 до 150 м. В течение года изменяются глубина залегания, границы его распространения, температура от 4 до 12°, соленость от 34,0 до 34,2‰. Нижний промежуточный слой с очень незначительными вертикальными градиентами температуры, солености и плотности. Он отделяет поверхностную тихоокеанскую водную массу от глубинной япономорской.

По мере продвижения на север тихоокеанская вода постепенно изменяет свои характеристики под влиянием климатических факторов и вследствие перемешивания ее с подстилающей глубинной япономорской водой. В результате охлаждения и распреснения тихоокеанской воды на широтах 46-48° с. ш. формируется поверхностная япономорская водная масса. Она характеризуется относительно низкими величинами температуры (в среднем около 5-8°) и солености (32,5-33,5‰). Вся толща этой водной массы делится на три слоя: поверхностный, промежуточный и глубинный. Как и в тихоокеанской, в поверхностной япономорской воде наибольшие изменения гидрологических характеристик происходят в поверхностном слое. Температура здесь в течение года меняется от 0 до 21°, соленость от 32,0-34,0‰, а толщина слоя от 10 до 150 м и более. В промежуточном и глубинном слоях сезонные изменения гидрологических характеристик незначительны. Зимой поверхностная япономорская вода занимает большую площадь, чем летом, вследствие интенсивного поступления в море в это время тихоокеанских вод.

Глубинная япономорская вода образуется в результате трансформации поверхностных вод, опускающихся на глубины вследствие процесса зимней конвекции за счет общей циклонической циркуляции. Изменения характеристик глубинной япономорской воды по вертикали крайне малы. Основная масса этих вод имеет зимой температуру 0,1-0,2°, летом 0,3-0,5°; соленость в течение года 34,10-34,15‰.

Схема расположения водных масс и типов вертикальной структуры вод на условном разрезе поперек шельфа северо-западной части Японского моря в феврале (вверху) и в августе (внизу).