Структура вод океана - пространственное расположение по вертикали различных водных масс, типичное для данной области или зоны океана в данное время.
В структуре Мирового океана по физическим, химическим и биологическим характеристикам выделяются:
- поверхностные воды - до глубины 150-200 м;
- подповерхностные воды - от 150-200 до 400-500 м;
- промежуточные воды - от 400-500 до 1000-1500 м;
- глубинные воды - от 1000-1500 до 2500-3000 м;
- придонные воды - более 3000 м.
Для современной эпохи развития Земли характерно наличие в Мировом океане хорошо выраженной четырехсложной стратификации вод. В соответствии с глубиной расположения различных вод, отличающихся друг от друга своими физико-химическими свойствами, принято выделять следующие четыре типа водных масс: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.
Основываясь на закономерностях стратификации, можно установить границы между водами различных свойств по вертикали и по горизонтали и тем самым перейти к познанию их структуры. Исследование стратификации вод выявляет общие черты строения физико-химических полей. Изучение структуры вод связано с установлением границ между различными типами вод.
Наличие нескольких однотипных водных масс вызвало необходимость введения объединяющего структурного термина, указывающего их местоположение в толще вод океана. С этой целью было предложено понятие о структурных зонах (поверхностной, промежуточной, глубинной и придонной), представляющих собой слои воды, в которых располагаются однотипные водные массы. Было установлено, что структурные зоны в Мировом океане повсеместно сменяют друг друга по вертикали. Их разделяют пограничные слои. Глубина расположения границ структурных зон определяется особенностями циркуляции вод. В областях антициклонического обращения в результате нисходящих движений границы структурных зон опускаются, а в циклонических круговоротах (с преобладающими восходящими движениями) они приподнимаются. Соответственно изменяется и их толщина.
Исключительно большая устойчивость стратификации, структуры вод и свойств водных масс определяется квазистационарностью циркуляции вод и наличием самостоятельных вертикальных систем обращения вод в пределах каждой структурной зоны. Полное представление о структуре вод может дать рассмотрение стратификации физико-химических полей, структурных зон и водных масс. В то же время правильное и глубокое понимание циркуляции немыслимо вне реально стратифицированной среды (океана, моря).Их анализ целесообразно предварить краткой характеристикой взаимосвязи между свойствами и динамикой вод в пределах отдельных структурных зон.
Свойства вод поверхностной структурной зоны формируются в процессе непосредственного обмена энергии и веществ между океаном и атмосферой. В такой обмен вовлекается относительно небольшой слой воды толщиной всего около 200-300 м. В соответствии с особенностями развития планетарных процессов у поверхности Земли динамика и физико-химические характеристики вод подвержены широтной изменчивости. Циркуляция вод представляет собой последовательно сменяющие друг друга с географической широтой антициклонические и циклонические макроциркуляционные системы. Сезонные изменения динамики и свойств вод в основном ограничиваются поверхностной структурной зоной.
Воды промежуточной структурной зоны образуются главным образом из поверхностных, опускающихся в местах интенсивных нисходящих движений, которые возбуждаются горизонтальной циркуляцией на поверхности. Увлекаясь на различные глубины (в зависимости от плотности и мощностивертикальных потоков), они несколько охлаждаются и уплотняются в результате смешения с другими водами. Затем промежуточные водные массы начинают перемещаться на различных уровнях в горизонтальном направлении. Возникновение горизонтального переноса обусловлено компенсационным эффектом, поскольку в одних местах происходит постоянное опускание вод, а в других - их подъем.
С началом горизонтального движения заметно ослабевает влияние поверхностных макроциркуляционных систем. Преобладание зональной циркуляции отмечается до оси промежуточных вод, располагающейся большей частью на глубине 800-1000 м. Ниже этой оси все более усиливается меридиональный перенос. Тем самым начинает осуществляться межзональный обмен вод, энергии и веществ. Следовательно, промежуточная структурная зона играет особую «промежуточную» роль в процессах обмена энергии и веществ в Мировом океане, подобно стратосфере воздушной оболочки. На верхнюю часть промежуточной структурной зоны, как и на нижние слои стратосферы, большое влияние оказывают процессы, зарождающиеся у поверхности Земли. В остальной же толще обеих сред формируются существенно отличные условия.
В промежуточной структурной зоне воды из низких широт, проникая в полярные области, создают теплую промежуточную прослойку. Опресненные воды высоких широт, перемещаясь в направлении экватора, образуют под высокосолеными поверхностными тропическими водами мощный промежуточный слой с пониженной соленостью. Вынос вод из Средиземного, Красного морей и Персидского залива создает в смежных районах океана промежуточный слой с повышенной соленостью.
Процессы, свойственные промежуточной структурной зоне, распространяются до глубины 1500-2000 м. Ниже располагаются глубинные воды, еще более изолированные от непосредственного влияния обмена океана с атмосферой, создающего всю сложность процессов в поверхностных и промежуточных водах. Однако динамика и свойства глубинных и придонных вод определяются тем переносом и перераспределением масс, которые возбуждаются планетарным обменом энергии и веществ. Для глубинных вод большую роль играет меридиональный обмен, прослеживающийся на большей части Атлантического, Индийского и Тихого океанов, а также обмен между всеми океанами. Он возбуждается различием свойств вод каждого из океанов и антарктическим циркумполярным (круговым) переносом, захватывающим всю толщу океана.
Глубинным водам свойственна большая гомогенность (однородность) и небольшая интенсивность обращения. Однако масса переносимой энергии и веществ весьма велика, поскольку огромны объемы вод. Толщина занимаемого ими слоя около 2000 м, в нем заключена почти половина всей массы вод Мирового океана.
Граница между глубинными и придонными водами располагается примерно на глубине 4000 м. Придонные воды, образуясь главным образом в Антарктике, перемещаются на север по наиболее глубоким котловинам и соединяющим их проходам. Распространяясь по обширнейшим пространствам и смешиваясь с глубинными водами, они воспринимают поток тепла из недр земли и вступают в химический обмен с дойными осадками. Поэтому придонные воды подвергаются значительной трансформации и их свойства изменяются в несколько большей степени, чем у глубинных.
Благодаря различию направлений и скоростей переносе поверхностных, промежуточных, глубинных и придонных вод сохраняется многообразие свойств водных масс, поддерживается квазистационарность стратификации и структуры вод Мирового океана, характерных для современной эпохи развития Земли. Смешение водных масс и перераспределение энергии и веществ не только в пределах отдельных структурных зон, но и между ними происходит в значительной степени путем вертикальных перемещений. В этих условиях динамическое равновесие поддерживается за счет большой устойчивости макроциркуляционных систем. Если бы этого не было, воды Мирового океана за долгую историю Земли подверглись бы полному перемешиванию; они стали бы совершенно однородными, не было бы столь хорошо выраженной стратификации вод.
Четырехслойность циркуляции и структуры вод имеет исключительно большое значение не только для процессов протекающих в Мировом океане, но и для глобального обмена энергии и веществ, а, следовательно, планетарных процессов определяющих формирование и изменение природы Земли в целом.