Происхождение и основные свойства воды и атмосферы
Другая важная черта подводного рельефа - это абиссальные холмы и горы, большинство из которых, несомненно, имеют вулканическое происхождение. Некоторые горы - так называемые гайоты - имеют плоскую вершину, хотя они и располагаются на глубинах 1-2 км ниже уровня океана. Это указывает на то, что ряд вулканов в прошлом достигал поверхности океана, где их вершины были срезаны в результате воздейств
ия волн. Большинство из них образовались, вероятно, в пределах активной части срединно-океанических хребтов, а затем в результате спрединга океанского дна, как по ленте конвейера, постепенно переместились, заняв свое нынешнее географическое положение.
Большую часть ложа океана занимают абиссальные равнины, имеющие исключительно выровненную поверхность, которая была создана в результате накопления мощной толщи осадков. Некоторые осадки имеют действительно океаническое происхождение. К ним относятся различные илы - продукт разложения населяющих водную толщу морских организмов. Глины, также отлагающиеся в океане, образованы очень мелкими частицами, которые, прежде чем попасть на дно, переносятся течениями или ветрами на значительные расстояния. Ближе к континентам накапливается более грубый материал терригенного происхождения. Этот материал приносится в океан реками, ледниками, а также образуется в результате абразии берегов. Он аккумулируется на континентальных шельфах, где под воздействием волн и приливных течений затем переотлагается в виде разнообразных аккумулятивных форм, таких, как прибрежные бары и банки, песчаные волны и полосы песчаных отложений. Если аккумуляция происходит в нестабильной зоне на краю шельфа или, например, в сейсмоактивных областях, тогда вниз по континентальному склону может устремиться так называемый турбидитный (мутьевой) поток. Как правило, такие потоки распространяются вдоль понижений в рельефе дна, еще больше эродируя их, что приводит к образованию на континентальном склоне каньонов. Осадки поддерживаются во взвешенном состоянии в результате развивающейся в таком потоке турбулентности; в то же время сам поток довольно быстро перемещается вниз по склону. Как установлено для турбидитного потока, который при движении вниз по склону Большой Банки (район Ньюфаундленда) разорвал на своем пути несколько трансатлантических кабелей, его скорость может составлять 7,5 м/сек и более. Теоретические расчеты подтверждают, что такие скорости действительно возможны. Однако когда турбидитный поток достигает абиссальной равнины, он растекается по ней, теряя скорость, и перенесенные им осадки отлагаются на дне, перекрывая, словно плащом, все его неровности.
Свойства жидкости: атмосфера и вода
Вещество может находиться в любом из трех состояний: твердом, жидком и газообразном. Состояние, в котором находится вещество, зависит от существующих физических условий. Так, вода обычно встречается на земной поверхности в виде жидкости, но в холодных районах она представлена в виде льда; в атмосфере вода находится в виде водяного пара (то есть вода в газообразной форме) или же в виде взвешенных капель или кристаллов льда. Жидкости и газы имеют общее свойство непрерывно деформироваться (или легко изменять свою форму) под воздействием сдвиговых деформаций. Это происходит потому, что молекулы, из которых они состоят, легко смещаются одна относительно другой и обладают способностью свободно течь; отсюда возникло их название - жидкие, или текучие, среды.
Сжимаемость
Когда жидкость или газ сжимают (например, с помощью поршня в закрытом сосуде), расстояние между молекулами, а также объем жидкости или газа уменьшаются, а плотность увеличивается. Сжимаемую жидкую среду легко отличить от практически несжимаемой по тому, насколько изменяется объем при одинаковом изменении давления. В целом газы, которые имеют низкую плотность, легко сжимаемы, в то время как жидкости, обладающие относительно более высокой плотностью, практически несжимаемы. Если газ поместить в пустой закрытый сосуд, он заполнит его весь равномерно в противоположность жидкости, которая в аналогичных условиях будет иметь свободную горизонтальную поверхность. Эти характеристики указывают на совершенно разную природу верхних границ океана и атмосферы - поверхность океана определяется ясно и отчетливо, а граница атмосферы носит диффузный характер, и определить ее точно невозможно.
Состав атмосферы
В какой-то мере состав атмосферы зависит от высоты. Более легкие молекулы поднимаются вверх, поэтому на высотах между 100 и 1000 км над поверхностью Земли атмосфера состоит преимущественно из атомарного кислорода; между 1000 и 2400 км располагается слой гелия, а выше 2400 км преобладает водород. Другие изменения состава верхних частей атмосферы с высотой обусловлены солнечной радиацией. Однако три четверти массы атмосферы сконцентрированы в пределах нижних 10 км, и в этой части атмосферы не наблюдается колебаний в процентном составе ее основных компонентов, а именно азота (78%), кислорода (21%) и аргона (1%). (Здесь приведены объемные концентрации составных частей атмосферы.) Кроме водяного пара, к которому мы вернемся позднее, существует еще один газ, имеющий очень большое значение. Это двуокись углерода, которая практически равномерно распределена в нижних слоях атмосферы, но ее концентрация в настоящее время составляет всего лишь 0,03%. Мы рассмотрим ее значение для океана в главе 4, а для теплового баланса Земли.
Сгорание топлива, а также другие индустриальные процессы приводят к местным увеличениям концентрации газов, загрязняющих атмосферу, таких, как двуокись серы, аммиак, двуокись углерода и различные взвешенные частицы. Последние могут также образовываться в результате пылевых бурь, извержений вулканов или же рассеяния солей над поверхностью океана. Вода в атмосфере, разумеется, существует как в жидком, так и в твердом состоянии: в виде взвешенных капель и частиц льда, из которых состоят облака и туман.
Адиабатические изменения
Способность жидкости сжиматься приводит к адиабатическим изменениям, то есть к таким изменениям, которые происходят без обмена теплом с окружающей средой. В соответствии с первым законом термодинамики изменение внутренней энергии, происходящее при адиабатических условиях, равно внешней работе, которую производит жидкая среда при ее расширении или которая была затрачена на ее сжатие. Когда воздух поднимается вверх, он расширяется, теряет внутреннюю энергию и его температура понижается. Понижение температуры происходит с постоянной скоростью, равной 9,8°С/км. Этот градиент температуры характерен для воздуха, не насыщенного водяным паром, поэтому он называется сухоадиабатическим градиентом температуры.
Адиабатические температурные изменения значительно меньше в жидкостях, которые практически несжимаемы, В морской воде адиабатический градиент температуры возрастает с увеличением как температуры, так и давления, но, в общем, в океане он остается ниже 0,2°С/км. Как в океане, так и в атмосфере температура, которой достигнет вода или воздух, если их адиабатически переместить с исходного уровня на уровень, где давление составляет 1000 мб (что соответствует давлению на уровне моря), называется потенциальной температурой жидкой среды. Потенциальная температура воздуха может быть на несколько десятков градусов выше, чем температура in situ, а потенциальная температура подповерхностных вод в океане всегда ниже, чем температура in situ, но не больше, чем на 1,5°С.
Скачать реферат