Циклонические поверхностные течения Черного моря. Волнение и вертикальный водообмен
Александр Грин вспоминал в «Автобиографической повести», что научился читать, глядя на географическую карту, и первое прочитанное им слово было «море».
«Море пахло арбузом», - читаем в рассказе великого мастера эпитетов и сравнений Ивана Бунина. А вот Антону Чехову больше всего понравилось простое детское определение: «Море было большое».
В самом деле, можно ли сказать точнее об этом «макете мирозданья»? Как счастливый миг жизни вспоминаем мы день, когда впервые увидели Чёрное море, вот и влечет нас к нему, вот и считаем среди зимы денечки до отпуска. Но если не нам, так детям нашим и внукам надо бы знать про море что-нибудь и кроме того, что оно «большое»!
Происхождение Чёрного моря
Происхождение Чёрного моря тесно связано с историей всей земли. На рассвете своей истории, земля представляла из себя раскалённый огненный шар. Затем земля начала остывать, влага начала конденсироваться, и над её поверхностью пошли проливные дожди, которые начали заполнять все впадины и суши. Начали собираться подземные воды. Так родились мировые моря и океаны.
Изначально морская вода не была солёной. Но за прошедшие миллионы лет морская вода становилась солёной. Вода, испаряясь с морской поверхности, оставляла все соли и минералы, одновременно пополняясь водой полноводных рек, которые размывали молодые горные породы обогащаясь солями. Таким образом, мировой океан наполнялся минералами и становился солёным.
Морская вода содержит в себе все известные на земле элементы таблицы Менделеева. Но первое место по содержанию занимает хлорида натрия, известная как поваренная соль, и сульфата магния - горькая соль. Благодаря им морская вода имеет солёный вкус.
Чёрное море – это наследник мирового океана Тетис, воды которого простирались от современного Атлантического океана до Тихого. Прошли миллионы лет, прежде чем образовались современные моря и выросли горы разделившие его.
Около двадцати тысяч лет назад бассейн Чёрного моря был полностью изолирован от Мирового океана. Источником пополнения водных запасов служили многочисленные пресные реки. Фактически Чёрное море в тот период являлось озером. Только через десять тысячелетий переполненный пресноводный черноморский водоем соединился с Мраморным морем через пролив Босфор. Океанская вода, обогащённая солями, ринулась бурным потоком цунами активно наполнять его. Этот природный катаклизм описан в Ветхом завете и известнее как Всемирный потоп.
В морских глубинах вода более холодная и солёная, чем в верхних слоях, и потому не может подняться на поверхность, чтобы обогатиться кислородом. Там где есть нехватка кислорода, накапливается сероводород. Чёрное море на глубине ниже двухсот 200 метров насыщено сероводородом, а на дне толстым слоем лежит черный ил. Жизни в сероводородном слое нет, за исключением только сероводородных бактерий. Последние замеры уровня сероводорода в Чёрном море показывает, что он стал повышаться.
За всё время формирования современного облика земли, Чёрное море неоднократно сливалось со Средиземным морем и Каспийским. И только лишь около шести-семи тысяч лет назад Черное море стало таким, каким мы видим его сегодня.
История названия Чёрного моря
Первое известное название Чёрного моря - «Темаринда», что означает «Темная пучина». Так его называли тавры, древнейшие жители Крыма.
Греки, появившиеся у берегов Крыма в VIII столетии до нашей эры, называли Чёрное море Понт Аксинский - море Негостеприимное. Для них это было море полное пиратов, где берега кишели племенами диких аборигенов. Но проходили века, предприимчивые эллины постепенно обживали крымские берега, основывали города, развивали торговлю, и спустя столетия Чёрное море назвали Понт Эвксинский - море Гостеприимное.
Тысячу лет назад Чёрное море называли Сурожским. Тогда, через современный Судак , а в прошлом Сурож – пролегал великий шелковый путь. Называли его также и Русским морем.
Современное название «Чёрное море» укрепилось лишь в средние века, когда в Крым вторглись племена кочевых тюркских народов. Но звучало оно по-разному. Mare Negrum - называли его Генуэзцы и венецианцы. Karadenis – арабы. Black sea - говорят сейчас иностранцы. Но с тех пор название было всегда одинаковым - Черное море.
Течения Чёрного моря
Отдыхая в Крыму, Вам часто приходится слышать фразу, что «течение поменялось». Какое же это течение Чёрного моря? Можно провести эксперимент, если где-нибудь в районе Одессы пустить в свободное плавание шлюпку, от течение отнесёт её самому Босфору проливу.
Течения Чёрного моря тесно связаны с впадающими в него крупными реками - Днепр, Дунай, Южный Буг. Там уровень воды существенно повышается. Тут следует вспомнить, что земной шар вращается с востока на запад, а вода стекает в Черное море на юг отклоняя ее в западную сторону, направляя её вдоль берегов Турции, Кавказа, Крыма – и так по кругу…
Ширина Черноморского течения всего шестьдесят метров, скорость полметра в секунду. Ему противодействует юго-западный ветер (его называют «сгонным»), который поднимает глубинные холодные слои воды на поверхность. Именно этот юго-западный ветер вызывает непродолжительное охлаждение морской воды у Южного берега Крыма. Это явление получило у местных жителей Крыма название «низовка», когда температура морской воды может резко опуститься с 25 до 13 градусов. Но достаточно всего пары дней, и Чёрное море прогревается вновь. Вы можете посвятить своё свободное от моря время экскурсиям и горным походам .
В черноморском проливе Босфор одновременно действуют два течения. На поверхности вода движется Черного моря в Мраморное. Но на глубине вода движется обратно в Черное море. Если с лодки, которую несёт течением в Мраморное море, бросить на тросе емкость с водой, то опустившись на глубину около тридцати метров, она начнёт двигаться тянуть за собой лодку против течения на поверхности - в сторону Черного моря.
Рельеф Чёрного моря
Акватория Черного моря соединяет Крым с Турцией, Россией, Грузией, Румынией, Болгарией. Через Керченский пролив оно соединено с мелководным Азовским морем, а через Босфорский пролив - с Мраморным морем и далее уже мировым океаном.
Чёрное море является одним из самых глубоких внутренних морей земного шара. 2245 метров достигает максимальная глубина, средняя же глубина Черного моря составляет 1280 метров. Площадь Черного моря равняется 442 тысячам квадратных километров. По объему воды оно превосходит в шесть раз Каспийское море, и в шестнадцать раз Балтийское, хотя площади при этом у них примерно равной величины.
Самый большой остров в Чёрном море – Змеиный. Он занимает площадь всего 1,5 кв. километра. Других крупных островов в Черном море нет.
Черное море является внутренним. В нем почти незаметны океанские приливы и отливы под действием лунной гравитации.
Для рельефа черноморского дна характерны три формы. Это материковая отмель - шельф, материковый склон и глубоководная черноморская котловина.
Отмель занимает около 24% от всей площади черноморского дна, и от берега опускается на глубину 100 - 140 метров. Ширина черноморского шельфа на северо-западе достигает 200 - 250 километров, у восточных берегов – не более 6 - 10 километров. Встречаются места, где не превышает и 500 метров от берега.
Около десяти тысяч лет назад шельф был равниной, по которой текли реки. После таянья ледников эти равнины были затоплены морскими водами.
Материковый склон у крымских берегов крут, достигает 30° и считается крутым. Для него характерны глубокие впадины, широкие подводные долины, гигантские подводные скалы, возвышенности и каменные разломы. Морская вода скользит по континентальному склону с большой скоростью до 90 км в час и разрушает грунт.
На глубине 2000 метров начинается дно черноморской котловины, которая занимает около 30% всей акватории. Котловина по форме идеально ровная, овальная, слегка наклонена к югу.
Черное море захватывает сушу - один сантиметр в год. Например, у самого обрыва Гераклейского полуострова стоял античный храм, который стоял в те времена на безопасном расстоянии от моря. Сейчас же он скрыт в морских пучинах. По расчётам ученых, к концу 21 века уровень Черного моря повысится на 1-2 метра. Это значит, в ближайшие 50 лет все городские пляжи уйдут под воду.
Животный мир Чёрного моря
Животный мир Чёрного моря довольно разнообразен. Прежде всего, это различные виды промысловых и непромысловых рыб – осетровые (самая крупная из них - белуга), азовская камбала-глосс, кефаль, пеленгас, черноморская камбала-калкан, барабулька-султанка, морской окунь, ставрида, скумбрия, сельдь (в семейство сельдевых входят также хамса, килька, тюлька), бычок, морской ерш, зеленуха и другие - всего около 180 видов. Из Средиземного моря через проливы Босфор и Дарданеллы заходят в Черное тунец, мечрыба, луфарь, пеламида, сарган.
Водятся здесь также черноморская акула - катран, три вида дельфинов - афалина (самый большой из них, длиной до 3 м и весом до 400 кг), белобочка и азовка (самый маленький), встречается два вида скатов, медузы, мидии, рапаны, крабы и другие обитатели морских глубин.
Обитал когда-то на крымских берегах черноморский тюлень-монах. Последний раз его видели в новосветских бухтах в 1927 г. А вот у берегов Турции и Болгарии он сохранился и поныне.
Водились когда-то в Черном море и устрицы, но тихоокеанская рапана, случайно попавшая в Черное море с Дальнего Востока лет пятьдесят назад, практически уничтожила их. Жаль. А барабулька свое второе название - султанка - получила потому, что считалась любимой рыбой турецких султанов благодаря тонкому, нежному вкусу. Сегодня барабулька подается в самых изысканных крымских ресторанах.
Очень часто возникает вопрос о черноморских медузах - что они собой представляют? Ответим. В Черном море встречается два вида медуз: аурелия и корнерот. Аурелия имеет плоской формы зонтик, диаметром 10-20 см, по краям которого расположены многочисленные нитевидные щупальца. Корнерот - более крупная медуза с диаметром купола до 40-50 см., от которого отходит 8 больших отростков. Щупальца медуз снабжены так называемыми стрекательными клетками; от прикосновения к ним человек получает ожог, как от крапивы, следы от которого сохраняются на теле до нескольких часов.
Из-за сероводородного заражения органический мир Черного моря хотя и разнообразен, но не богат. Здесь вы не встретите кораллов, морских звезд ежей и лилий, головоногих моллюсков и других групп животных, которые характерны для «обычных», а тем более - тропических морей.
Но, как и всякое море, Черное окутано множеством тайн. Чего только не услышишь! Захватывающие рассказы о древнегреческих мореходах и кровожадных таврских пиратах; романтические истории о влюбленных, разделенных морем и обстоятельствами; легенды о несметных кладах, хранящихся на дне моря в затонувших кораблях…
Главное течение, наблюдаемое в Черном море , называется «основным черноморским течением». Оно распространяется вдоль всех берегов по периметру моря, направлено против часовой стрелки и сворачивается в два вихревых потока, именуемые кольцами. Эти кольца, напоминающие гигантские очки и фамилия ученого-гидролога, впервые заметившего и описавшего их, дали название этому явлению – «Очки Книповича ».
Основой направленности движения черноморского течения является ускорение, получаемое морской водой вследствие вращения планеты. Физики называют этот эффект «Кориолисовой силой». Кроме космических сил, на движение поверхностных вод на карте Черного моря оказывает влияние и сила ветра. Этим объясняется изменчивость основного черноморского течения: иногда оно еле заметно на фоне других, менее масштабных течений, а бывает, что его скорость достигает одного метра в секунду .
В прибрежных зонах Черного моря наблюдаются антициклонические круговороты – вихревые потоки, направленные противоположно основному течению. Наиболее заметны они у берегов Кавказа и Анатолии. На этих участках Черного моря направление вдольбереговых течений обычно определяется направлением преобладающего ветра и может меняться несколько раз в сутки.
Отдыхающим на Черном море стоит знать о существовании такого вида локальных черноморских течений, как «тягун ». Чаще всего это течение образуется во время шторма у песчаных пологих берегов. Вода, набегающая на берег, возвращается обратно не равномерно, а струями по стихийно образовавшимся в песчаном дне руслам. Попасть в струю тягуна опасно: даже опытного пловца, несмотря на все его усилия, может унести в открытое море далеко от берега. Чтобы выбраться из тягуна, нужно плыть к берегу не прямо перпендикулярно, а под углом , чтобы уменьшить встречное сопротивление отступающей воды.
Разновидность тягуна «в действии» можно увидеть в черноморских портах. Время от времени суда, пришвартованные к причалу, начинают движение вдоль берега , словно управляемые огромной природной силой. Иногда это движение бывает таким мощным, что металлические швартовые концы не выдерживают давления, и кораблям не остается другого выхода, как прекратить погрузочные работы и ложиться на рейд подальше от берега.
Природа возникновения «портового» тягуна отличается от тягуна, возникающего во время шторма. Его вызывают особые, незаметные невооруженному глазу волны, подходящие к воротам порта. Их называют длинно-периодными – период колебаний, создаваемый ими, намного длиннее периодов колебаний обычных волн.
Изучением природы данного явления занимаются ученые нашей страны и за рубежом. Результатом их работы становятся научно-практические рекомендации по правильной швартовке кораблей во время «тягунов» и советы по проектированию безопасных портов, способных гасить «злую» энергию длинно-периодных волн.
Течения в море можно образно сравнить с реками без берегов. В науке о море принято обозначать направление течений по принципу «куда». В отличие от течений, направления ветра и волнения определяются по принципу «откуда». Например, ветер, дующий с юга на север, будет называться южным, а течение, созданное этим ветром, будет называться северным.
Карта течений Черного Моря
Течения Черного моря слабы, их скорость редко превышает 0,5 метра в секунду, основными их причинами являются сток рек и воздействие ветров. Под влиянием стока рек вода должна была бы двигаться к центру моря, но под воздействием силы вращения Земли она отклоняется вправо (в северном полушарии) на 90 градусов и идет вдоль берегов по направлению против часовой стрелки. Основная струя течений имеет ширину 40-60 километров и проходит на расстоянии 3-7 километров от берега.
В бухтах образуются отдельные круговороты, направленные по часовой стрелке, их скорость достигает 0,5 метра в секунду.
центральной части моря расположена зона затишья, где течения слабее, чем у берегов, и не постоянны tno направлению. Некоторые исследователи выделяют в общем потоке два отдельных кольца. Происхождение двух колец течений связано с особенностями очертаний Черного моря, способствующими отклонению влево частей общего потока у берегов Крыма и Турции.
Интересная система течений наблюдается в проливе Босфор, она имеет большое значение для Черного моря.
Впервые эти течения были изучены в конце прошлого века адмиралом Макаровым. С. О. Макаров был не только выдающимся флотоводцем, кораблестроителем, теоретиком военного дела, он был также замечательным ученым, понимавшим, как важно познать среду, в которой приходится действовать морскому флоту.
Из бесед с местными жителями С. О. Макаров установил, что в Босфоре существует два течения: поверхностное и глубинное. Он проверил этот факт путем последовательного опускания в воду груза на разные глубины. Груз был скреплен тросом с буйком, плававшим на поверхности. Когда груз находился в поверхностных слоях, буек двигался к Мраморному морю, когда груз был у дна, буек несло к Черному морю. Таким образом, было установлено, что поверхностное течение, несущее опресненную воду, идет к Мраморному морю, а глубинное, несущее более плотную соленую воду, идет к Черному морю. С. О. Макаров установил, что скорость верхнего течения - 1,5 метра в секунду, нижнего - 0,75 метра в секунду; глубина поверхности раздела течений равна 20 метрам. Нижнее течение не идет строго под верхним, оба они испытывают отражение от мысов, иногда струи течений раздваиваются.
Для объяснения причин этих течений Макаров проделал такой опыт. В стеклянный ящик, разделенный на две части, налили воду: в одну часть соленую, в другую - опресненную. В перегородке были проделаны одно над другим два отверстия. Соленая вода начала двигаться через нижнее отверстие, опресненная - через верхнее. С. О. Макаров первым дал объяснение происхождения этих двух слоев. Верхнее течение является сточным, образуется оно под влиянием избытка вод, приносимых реками в Черное море. Нижнее же, так называемое плотностное, образуется в результате того, что более плотные воды Мраморного моря оказывают на нижележащие слои большее давление, чем более легкие воды Черного моря. Это заставляет воду двигаться из области большего давления в область меньшего.
Расположенное в глубине материка, Черное море (вместе с Азовским) - наиболее обособленная часть Мирового океана. На юго-западе оно сообщается с Мраморным морем через пролив Босфор , граница между морями проходит по линии м. Румели - м. Анадолу. Керченский пролив соединяет Черное и Азовское моря, границей между которыми служит линия м. Такиль - м. Панагия.
Площадь Черного моря равна 422 тыс. км 2 , объем - 555 тыс. км 3 , средняя глубина - 1315 м, наибольшая глубина - 2210 м.
Береговая линия, за исключением севера и северо-запада, изрезана слабо. Восточные и южные берега - крутые и гористые, западные и северо-западные - невысокие и плоские, местами обрывистые. Единственный крупный полуостров - Крымский. На востоке к морю вплотную подходят отроги хребтов Большого и Малого Кавказа, разделенные Колхидской низменностью. Вдоль южного берега тянутся Понтийские горы. В районе Босфора берега невысокие, но обрывистые, на юго-западе к морю приближаются Балканские горы, дальше к северу расположена Добруджская возвышенность, постепенно переходящая в низменные пространства обширной дельты Дуная. Северо-западные и частично северные берега вплоть до гористого Южного берега Крыма - невысокие, расчленены балками, обширными лиманами в устьях рек (Днестровским, Днепро-Бугским), отгороженными от моря косами.
Берег в районе Пицунды
В северо-западной части моря находятся самые большие заливы - Одесский, Каркинитский, Каламитский. Кроме них на южном берегу моря находятся Самсунский и Синопский заливы, на западном - Бургасский. Небольшие островки Змеиный и Березань расположены в северо-западной части моря, Кефкен - к востоку от Босфора.
Основная часть речного стока (до 80%) поступает в северо-западную часть моря, куда несут воды наиболее крупные реки: Дунай (200 км 3 /год), Днепр (50 км 3 /год), Днестр (10 км 3 /год). На Черноморском побережье Кавказа в море впадают Ингури, Риони, Чорох и много мелких речек. На остальной части побережья сток незначителен.
Климат
Удаленное от океана, окруженное сушей, Черное море отличается континентальностью климата, что проявляется в больших сезонных изменениях температуры воздуха. На климатические особенности отдельных частей моря значительное влияние оказывает орография - характер рельефа прибрежной полосы. Так, в северо-западной части моря, открытой для воздействия воздушных масс с севера, проявляется климат степей (холодная зима, жаркое, сухое лето), а в защищенной высокими горами юго-восточной части - климат влажных субтропиков (обилие осадков, теплая зима, влажное лето).
Зимой море испытывает воздействие отрога Сибирского антициклона, вызывающего вторжения холодного континентального воздуха. Они сопровождаются северо-восточными ветрами (со скоростью 7 - 8 м/с), нередко достигающими штормовой силы, резкими понижениями температуры воздуха, осадками. Особенно сильные северо-восточные ветры характерны для района Новороссийска (бора). Здесь массы холодного воздуха скапливаются за высокими прибрежными горами и, перевалив через вершины, обрушиваются с большой силой вниз, к морю. Скорость ветра во время боры достигает 30-40 м/с, повторяемость боры - до 20 и более раз в году. При ослаблении зимой отрога Сибирского антициклона на Черное море выходят средиземноморские циклоны. Они вызывают неустойчивую погоду с теплыми, иногда весьма сильными юго-западными ветрами и колебаниями температуры.
Летом на море распространяется влияние Азорского максимума, устанавливается ясная, сухая и жаркая погода, термические условия становятся однородными для всей акватории. В этот сезон преобладают слабые северо-западные ветры (2-5 м/с), лишь в редких случаях в прибрежной полосе северо-восточной части моря возникают северо-восточные ветры штормовой силы.
Самая низкая температура в январе - феврале отмечается в северо-западной части моря (–1- 5°), на Южном берегу Крыма она повышается до 4°, а на востоке и юге - до 6-9°. Минимальные температуры в северной части моря достигают –25 - 30°, в южной части -5 - 10°. Летом температура воздуха равна 23 - 25°, максимальные значения в разных пунктах достигают 35-37°.
Атмосферные осадки на побережье выпадают очень неравномерно. В юго-восточной части моря, где Кавказские хребты преграждают путь западным и юго-западным влажным средиземноморским ветрам, выпадает наибольшее количество осадков (в Батуми - до 2500 мм/год, в Поти - 1600 мм/год); на равнинном северо-западном побережье всего 300 мм/год, у южных и западных берегов и на Южном берегу Крыма - 600-700 мм/год. Через Босфор ежегодно стекает 340-360 км 3 черноморской воды, и поступает в Черное море около 170 км 3 средиземноморской воды. Водообмен через Босфор испытывает сезонные изменения, определяемые разностью уровней Черного и Мраморного морей и характером ветров в районе пролива. Верхнебосфорское течение из Черного моря (занимающее у входа в пролив слой около 40 м) достигает максимума летом, а минимум его наблюдается осенью. Интенсивность нижнебосфорского течения в Черное море наибольшая осенью и весной, меньше всего - в начале лета. В соответствии с характером ветровой деятельности над морем сильное волнение наиболее часто развивается осенью и зимой в северо-западной, северо-восточной и центральной частях моря. В зависимости от скорости ветра и длины разгона волн в море преобладают волны высотой 1-3 м. В открытых районах максимальные высоты волн достигают 7 м, а при очень сильных штормах могут быть и выше. Юго-западная и юго-восточная части моря - самые спокойные, сильное волнение наблюдается здесь редко, и волн высотой более 3 м почти не бывает.
Крымский берег
Сезонные изменения уровня моря создаются в основном за счет внутригодовых различий в поступлении речного стока. Поэтому в теплое время года уровень выше, в холодное - ниже. Величина этих колебаний неодинакова и наиболее значительна в районах влияния материкового стока, где она достигает 30-40 см.
Наибольшую величину в Черном море имеют сгонно-нагонные колебания уровня, связанные с воздействием устойчивых ветров. Особенно часто они наблюдаются в осенне-зимнее время в западной и северо-западной частях моря, где могут превышать 1 м. На западе сильные нагоны вызывают восточные и северовосточные ветры, а на северо-западе - юго-восточные. Сильные сгоны в указанных частях моря возникают при северо-западных ветрах. У Крымского и Кавказского побережий нагоны и сгоны редко превышают 30-40 см. Обычно их продолжительность составляет 3-5 суток, но иногда может быть и больше.
В Черном море часто наблюдаются сейшевые колебания уровня высотой до 10 см. Сейши с периодами 2-6 часов возбуждаются воздействием ветра, а 12-часовые сейши связаны с приливами. Для Черного моря характерны неправильные полусуточные приливы.
Ледовитость
Лед ежегодно образуется лишь в узкой прибрежной полосе северо-западной части моря. Даже в суровые зимы он покрывает менее 5%, а в умеренные зимы - 0,5-1,5% акватории моря. В очень суровые зимы припай вдоль западного берега распространяется до Констанцы, а плавучий лед выносится к Босфору. За последние 150 лет льдины в проливе наблюдались 5 раз. В мягкие зимы льдом покрываются только лиманы и отдельные бухты.
Льдообразование обычно начинается в середине декабря, а максимальное распространение льда наблюдается в феврале. Граница неподвижного льда в умеренные зимы в северо-западной части моря проходит от Днестровского лимана к Тендровской косе на расстоянии 5- 10 км от берега. Далее кромка льда пересекает Каркинитский залив и доходит до средней части Тарханкутского п-ова. Очищение моря от льда происходит в марте (раннее - в начале марта, позднее - в начале апреля). Продолжительность ледового периода сильно меняется: от 130 суток в очень суровые зимы до 40 суток в мягкие. Толщина льда в среднем не превышает 15 см, в суровые зимы доходит до 50 см.
Рельеф дна
Подводный каньон в Черном море
В рельефе дна моря четко выделяются три основные структуры: шельф, материковый склон и глубоководная котловина. Шельф занимает до 25% общей площади дна и в среднем ограничивается глубинами 100-120 м. Наибольшей ширины (более 200 км) он достигает в северо-западной части моря, которая вся располагается в пределах шельфовой зоны. Почти на всем протяжении гористых восточных и южных берегов моря шельф очень узкий (всего несколько километров), а в юго-западной части моря - более широкий (десятки километров).
Материковый склон, занимающий до 40% площади дна, опускается примерно до глубин 2000 м. Он крутой и изрезан подводными долинами и каньонами. Дно котловины (35%) - плоская аккумулятивная равнина, глубина которой постепенно увеличивается к центру.
Циркуляция воды и течения
Циркуляция вод в течение всего года имеет циклонический характер с циклоническими круговоротами в западной и восточной частях моря и огибающим их вдольбереговым основным черноморским течением. Сезонные изменения циркуляции проявляются в скоростях и в деталях этой системы течений. Основное черноморское течение и циклонические круговороты наиболее четко выражены зимой и летом. Весной и осенью циркуляция вод становится слабее и усложняется по структуре. В юго-восточной части моря летом формируется небольшой антициклонический круговорот.
В системе циркуляции вод можно выделить три характерные области, структура течений в которых отличается своеобразием: прибрежную часть, зону основного черноморского течения и открытые части моря.
Границы прибрежной части моря определяются шириной шельфа. Режим течений здесь зависит от местных факторов и значительно изменчив в пространстве и во времени.
Зона основного черноморского течения шириной 40-80 км расположена над материковым склоном. Течения в ней весьма устойчивы и имеют циклоническую направленность. Скорости течений на поверхности составляют 40-50 см/с, иногда превышают 100 и даже 150 см/с (в стрежне потока). В верхнем стометровом слое основного течения скорости с глубиной уменьшаются слабо, максимальные вертикальные градиенты приходятся на слой 100-200 м, ниже которого скорости медленно затухают.
В открытых частях моря течения слабые. Средние скорости здесь не превышают 5-15 см/с на поверхности, слабо уменьшаясь с глубиной до 5 см/с на горизонтах 500-1000 м. Границы между указанными структурными областями довольно условны.
В мелководной северо-западной части моря циркуляция в основном возбуждается ветром. Северные и северо-восточные ветры обусловливают циклонический характер течений, а ветры западных направлений - антициклонический. В соответствии с характером ветров установление антициклонической циркуляции возможно в летний сезон.
Общая циркуляция вод моря имеет однонаправленный характер до глубины порядка 1000 м. В более глубинных слоях она весьма слабая, и говорить об общем ее характере сложно.
Важную особенность основного черноморского течения представляет его меандрирование, которое может приводить к образованию изолированных вихрей, отличающихся по температуре и солености от окружающих вод. Размеры вихрей достигают 40-90 км, явление вихреобразования имеет существенное значение для водообмена не только в верхнем, но и в глубинных слоях моря.
В открытом море широко распространены инерционные течения с периодом 17-18 часов. Эти течения оказывают влияние на перемешивание в толще вод, так как их скорости даже в слое 500-1000 м могут быть 20-30 см/с.
Температура воды и солёность
Температура воды на поверхности моря зимой повышается от –0,5-0° в прибрежных районах северо-западной части до 7-8° в центральных районах и 9-10° в юго-восточной части моря. Летом поверхностный слой воды прогревается до 23-26°. Лишь во время сгонов могут происходить кратковременные существенные понижения температуры (например, у Южного берега Крыма). В период прогрева моря на нижней границе ветрового перемешивания образуется слой скачка температуры, ограничивающий распространение тепла верхним однородным слоем.
Соленость на поверхности весь год минимальная в северо-западной части моря, куда поступает основной объем речных вод. В приустьевых районах соленость возрастает от 0-2 до 5-10‰, а на большей части акватории открытого моря она равна 17,5-18,3‰.
В холодный сезон в море развивается вертикальная циркуляция, к концу зимы охватывающая слой толщиной от 30- 50 м в центральных до 100-150 м в прибрежных районах. Сильнее всего охлаждаются воды в северо-западной части моря, откуда они течениями распространяются на промежуточных горизонтах по всему морю и могут достигать самых удаленных от очагов холода районов. Как следствие зимней конвекции, при последующем летнем прогреве в море образуется холодный промежуточный слой. Он сохраняется на протяжении всего года на горизонтах 60-100 м и выделяется по температуре на границах 8°, а в ядре - 6,5-7,5°.
Конвективное перемешивание в Черном море не может распространяться глубже 100-150 м из-за увеличения солености (а следовательно, и плотности) в более глубинных слоях в результате поступления туда соленых мраморноморских вод. В верхнем перемешиваемом слое соленость увеличивается медленно, а затем на 100-150 м резко возрастает от 18,5 до 21‰. Это постоянный слой скачка солености (галоклин).
Начиная с горизонтов 150-200 м, соленость и температура медленно повышаются к дну из-за влияния поступающих в глубинные слои более соленых и теплых мраморноморских вод. На выходе из Босфора они имеют соленость 28-34‰ и температуру 13-15°, но быстро изменяют свои характеристики, перемешиваясь с черноморской водой. В придонном слое небольшое повышение температуры происходит и благодаря геотермическому притоку тепла от дна моря. Глубинные воды, располагающиеся в слое от 1000 м до дна и занимающие в Черном море зимой (II) и летом (VIII) более 40% объема моря, отличаются большим постоянством температуры (8,5-9,2°) и солености (22-22,4‰.
Вертикальное распределение температуры воды (1) и солености (2)
Таким образом, в вертикальной гидрологической структуре вод Черного моря выделяются основные компоненты:
верхний однородный слой и сезонный (летний) термоклин, связанные в основном с процессом ветрового перемешивания и годовым циклом потока тепла через поверхность моря;
холодный промежуточный слой с минимальной по глубине температурой, который на северо-западе и северо-востоке моря возникает в результате осенне-зимней конвекции, а в других районах образуется в основном путем переноса холодных вод течениями;
постоянный галоклин - слой максимального нарастания солености с глубиной, находящийся в зоне контакта верхней (черноморской) и глубинной (мраморноморской) водных масс;
глубинный слой - от 200 м до дна, где нет сезонных изменений гидрологических характеристик, а их пространственное распределение весьма однородно.
Процессы, происходящие в этих слоях, их сезонная и межгодовая изменчивость и определяют гидрологические условия Черного моря.
Черное море имеет двухслойную гидрохимическую структуру. В отличие от других морей в нем только верхний хорошо перемешанный слой (0-50 м) насыщен кислородом (7-8 мл/л). Глубже содержание кислорода начинает быстро уменьшаться, и уже на горизонтах 100-150 м оно равно нулю. На этих же горизонтах появляется сероводород, количество которого растет с глубиной до 8-10 мг/л на горизонте 1500 м, и далее к дну оно стабилизируется. В центрах основных циклонических круговоротов, где происходит подъем вод, верхняя граница сероводородной зоны располагается ближе к поверхности (70-100 м), чем в прибрежных районах (100-150 м).
На границе между кислородной и сероводородной зонами расположен промежуточный слой существования кислорода и сероводорода, представляющий собой нижнюю «границу жизни» в море.
Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в Черном море. 1 - среднее содержание кислорода, 2 - среднее содержание сероводорода, 3 - отклонение от среднего
Распространению кислорода в глубинные слои моря препятствуют большие вертикальные градиенты плотности в зоне контакта черноморской и мраморноморской водных масс, ограничивающие конвективное перемешивание верхним слоем.
Вместе с тем обмен водами в Черном море происходит между всеми слоями, хотя и медленно. Глубинные соленые воды, все время пополняемые нижним босфорским течением, постепенно поднимаются и перемешиваются с верхними слоями, которые уходят в Босфор с верхним течением. Такая циркуляция сохраняет относительно постоянное соотношение солености в толще вод моря.
В Черном море выделяют (Водяницкий В.А. и др.) следующие основные процессы, обусловливающие вертикальный обмен в толще вод: подъем вод в центрах циклонических круговоротов и опускание на их периферии; турбулентное перемешивание и диффузия в толще вод моря; осенне-зимнюю конвекцию в верхнем слое; придонную конвекцию за счет теплового потока от дна; перемешивание в синоптических вихрях; сгонно-нагонные явления в прибрежной зоне.
Оценки времени вертикального обмена вод в море весьма приближенные. Этот важный вопрос нуждается в дальнейших исследованиях.
В качестве основного механизма образования сероводорода в Черном море большинство авторов принимают восстановление сернокислых соединений (сульфатов) при разложении органических остатков (отмерших организмов) под влиянием сульфатредуцирующих бактерий микроспира. Такой процесс возможен в любых водоемах, но образовавшийся в них сероводород быстро окисляется. В Черном море он не исчезает из-за медленного обмена вод и отсутствия возможности его быстрого окисления в глубинных слоях. При подъеме глубинных вод в верхний кислородный слой моря происходит окисление сероводорода в сульфаты. Таким образом, в море существует установившийся равновесный круговорот соединений серы, определяемый скоростью обмена вод и другими гидродинамическими процессами.
В настоящее время высказывается мнение, что в последние десятилетия происходит постоянный однонаправленный подъем (тренд) верхней границы сероводородной зоны к поверхности моря, достигающий десятков метров. Это связывают с антропогенными изъятиями стока рек и изменениями плотностной структуры моря. Однако имеющиеся данные пока свидетельствуют лишь о естественных межгодовых колебаниях положения границы сероводородной зоны, происходящих в разных районах моря неодинаково. Выделение на фоне этих колебаний антропогенного тренда затруднено из-за недостатка систематических наблюдений за топографией границы сероводородного слоя и несовершенства методики ее определения.
Фауна и экологические проблемы
Многообразный растительный и животный мир Черного моря почти целиком сосредоточен в верхнем слое толщиной 150-200 м, составляющем 10-15% объема моря. Глубинная толща вод, лишенная кислорода и содержащая сероводород, почти безжизненна и населена только анаэробными бактериями.
Ихтиофауна Черного моря сформировалась из представителей разного происхождения и насчитывает около 160 видов рыб. Одна из групп - рыбы пресноводного происхождения: лещ, карась, окунь, красноперка, судак, тарань и другие, встречающиеся в основном в северозападной части моря. В опресненных районах и солоноватоводных лиманах есть представители древней фауны, сохранившиеся еще со времени существования древнего Понто-Каспийского бассейна. Наиболее ценные из них - осетровые, а также несколько видов сельдей. Третью группу черноморских рыб составляют иммигранты из Северной Атлантики - это холодолюбивые шпрот, мерланг, колючая акула-катран и др. Четвертая, наибольшая по численности группа рыб - средиземноморские вселенцы - насчитывает свыше ста видов. Многие из них заходят в Черное море только летом, а зимуют в Мраморном и Средиземном морях. В их числе пеламида, скумбрия, тунец, атлантическая ставрида и др. Только 60 видов рыб средиземноморского происхождения, которые постоянно живут в Черном море, могут считаться черноморскими. К ним относятся хамса, сарган, кефаль, ставрида, султанка (барабуля), скумбрия, камбала-калкан, скаты и др. Из 20 промысловых видов черноморских рыб значение имеют только хамса, мелкая ставрида и шпрот, а также акула-катран.
В настоящее время состояние черноморской экосистемы неблагополучно. Происходит обеднение видового состава растений и животных, сокращение запасов полезных видов. В первую очередь это наблюдается в районах шельфа, испытывающих значительную антропогенную нагрузку. Наибольшие изменения наблюдаются в северо-западной части моря. Большое количество биогенных и органических веществ, поступающих сюда с материковым стоком, вызывает массовое развитие планктонных водорослей («цветение»). В районе влияния стока Дуная биомасса фитопланктона возросла в 10-20 раз, отмечены случаи «красных приливов» . За счет токсического действия некоторых водорослей во время массового «цветения» наблюдается гибель фауны. Кроме того, при интенсивном развитии планктона на дно оседает большое количество отмерших организмов, на разложение которых расходуется растворенный кислород. При хорошо выраженной стратификации вод, препятствующей поступлению кислорода из поверхностного слоя в придонный, в нем развивается дефицит кислорода (гипоксия), который может приводить к гибели организмов (заморам). С 1970 г. заморы разной интенсивности повторяются практически ежегодно. Неблагоприятная экологическая обстановка вызвала отмирание некогда обширного поля филлофоры - водоросли, использующейся для изготовления агар-агара.
Ухудшение качества воды и кислородного режима - одна из основных причин снижения численности промысловых рыб в северо-западной части Черного моря.
При измерении высот на суше отсчет начинают от уровни моря. Это не означает, что уровень моря совершенно одинаков во всех районах Мирового океана. В частности, уровень Черного моря у Одессы на 30 см выше, чем у Стамбула, по этой причине вода устремляется из Черного моря в Средиземное (через Мраморное), и в проливе Босфор существует постоянное течение, выносящее черноморскую воду.Известно, что в атмосфере холодный воздух перемещается понизу в сторону теплого, более легкого. Точно так же движется и вода в Босфоре - тяжелая средиземноморская понизу течет в сторону черноморской. Интересно, что средиземноморская вода теплее, но, несмотря на это, более тяжелая: плотность воды больше зависит не от температуры, а от солености.Наименьшая ширина Босфора 730 м, а глубина местами не превышает 40 м, так что самое маленькое сечение пролива составляет всего 0,03 кв. км. Двум противоположным течениям здесь тесновато.Pарубежные ученые провели измерения в Босфоре в 40-50-х годах нашего века и заявили, что постоянного нижнего течения не существует в проливе. Средиземноморская вода попадает в Черное море якобы лишь изредка, в небольших количествах. Использованные для такого «переворота в науке» материалы оказались явно недостаточными. Авторы «открытия» не обратили внимания и на такое очевидное обстоятельство: поступление речных вод в Черное море намного превышает испарение с его поверхности. Так что, если бы море не подсаливалось постоянно средиземноморской водой, оно стало бы пресным. Это характерно именно для Черного моря, так как в Средиземном, например, испарение превышает речной сток, и динамика солевого баланса там иная.В научных спорах решающее значение имеют точные Факты, поэтому советские ученые, начиная с 1958 г., провели многолетние исследования, теперь уже не в проливе, а в Прибосфорском районе Черного моря. Экспедиционные работы возглавили гидрологи Института биологии южных морей, расположенного в Севастополе; в них принимали участие наши научные учреждения, а также болгарские и румынские ученые. Экспедиции в Прибосфорском районе позволили установить, что во все сезоны года средиземноморская вода попадает в Черное море. После выхода из пролива эта тяжелая вода идет у дна, на восток, образуя поток толщиной от 2 до 8 м, через 5-6 миль поворачивает на северо-запад, а в области континентального склона разбивается на отдельные струи, постепенно опускается на большую глубину и перемешивается с черноморской водой.Исследования показали, что в Босфоре оба течения имеют скорость около 80 см/сек. В Черное море поступает в год около 170 куб. км средиземноморской воды, а вытекает около 360 куб. км воды черноморской. Чтобы полностью определить водный баланс Черного моря, нужно еще учесть обмен с Азовским морем, поступление речных вод. осадков и величину испарения. Исследование водного баланса моря напоминает решение школьной задачки о бассейне с трубами. Только задача о море несравнимо сложнее. Тем не менее можно уже сейчас довольно точно предсказать изменения, которые произойдут с морем при тех или иных крупных преобразованиях природы.Зарегулирование рек плотинами, создание водохранилищ и отводных каналов приводит к уменьшению речного стока, так как часть воды до моря уже не доходит. Масштабы таких преобразований грандиозны. Если в Черном море соленость изменяется пока не очень заметно, то в мелководном Азовском осолонение уже приводит к заметному снижению рыбных запасов. В Азовское море более соленая черноморская вода поступает через Керченский пролив, в котором, как и в Босфорском, есть противоположные течения. Прежде Азовское море принимало около 33 куб. км черноморской воды в год и отдавало 51 куб. км своей, менее соленой воды. После зарегулирования Дона и Кубани соотношение изменилось в пользу черноморской воды, и Азовское море стало осолоняться. Соленость превысила 12‰. Это привело к уменьшению кормовой базы бычков и других рыб. Наиболее ценные для промысла пресноводные рыбы стали держаться ближе к устьям рек, а неподвижных моллюсков губит идущая понизу более соленая вода.Чтобы улучшить водный баланс Азовского моря, решено зарегулировать обмен воды в Керченском проливе. Это позволит контролировать уровень моря, его соленость, создаст условия для повышения рыбных запасов Азова. Одна из трудностей заключается в том, что при пониженном речном стоке нечем компенсировать испарение. Пока еще нет нужды искусственно изменять водообмен в Босфоре для регулирования солености Черного моря. Но, может быть, и такую проблему когда-нибудь придется решать странам, заинтересованным в его судьбе.Вблизи устьев рек черноморская вода менее соленая, чем в центральной части моря. Но в глубоководных районах, вдали от берегов, имеет ли черноморская вода одинаковый состав во всей толще моря? Застойная здесь вода или перемешивается?Давно уже установлено, что в верхних слоях морей существуют течения. Они вызываются ветрами, разностью уровня и различиями в плотности воды. Схема течений в Чёрном море Одни течения бывают постоянными и напоминают реки, другие часто меняют скорость и направление (например, в зависимости от характера ветров). В Черном море одной из причин, вызывающих течения, является разность в уровне между северной и южной его частями, о которой мы уже говорили. Вода из северо-западного района моря «стекает» к югу. Но вращение земли заставляет это течение отклоняться к западу, и оно идет вдоль берегов против часовой стрелки. Ширина течения около 60 км, а скорость движения воды 0,5 м/сек. Часть воды уходит в Босфор, а остальная масса движется дальше, поворачивая к северу у восточного береги моря. Там, где течение огибает широкий выступ анатолийского берега, часть потока образует ветвь, направляющуюся сразу к северу; возникает западное кольцевое течение. В восточной половине моря также существует свое кольцевое течение, идущее против часовой стрелки.Течения в Черном море часто нарушаются под влиянием сильных ветров, которые перемещают значительные массы воды и могут заметно изменить уровень воды, иногда на полметра. Когда ветер дует с берега, он отгоняет в открытое море поверхностную теплую воду. Уровень воды понижается. Во время такого сгонного ветра у берега обнажаются камни, покрытые водорослями. Вместо ушедшей теплой воды у поверхности оказывается холодная, поднявшаяся с глубины. Направленный с моря на берег нагонный ветер пригоняет теплую поверхностную воду и повышает уровень воды у берега.Приливы и отливы в Черном море настолько малы, что перемещения воды под влиянием ветра почти полностью их затушевывают. (Приливы возникают в Мировом океане под влиянием лунного притяжения, но во внутренних морях приливная волна не достигает большой высоты.)
