Wybrane aspekty oceanografii
1. Morza i oceany
Wody oceanu Światowego pokrywają 71% powierzchni Ziemi - 361 mln km2.
Ocean Światowy dzielimy na:
Ocean Spokojny
Atlantycki
Indyjski
Lodowaty Północny
Fot. www.balticuniv.uu.se
Morze jest to wyodrębniona część oceanu zwykle przylegającą do kontynentu ,
oddzieloną od otwartego oceanu wyspami, półwyspami lub podwodnymi
progami utrudniającymi wymianę wód głębinowych. Morza zajmują 11%
powierzchni Oceanu Światowego.
Ze względu na stopień kontaktu z wodami Oceanu Światowego morza mo\
na
podzielić na::
- otwarte (np. M. Północne)
- półzamknięte (np. M. Bałtyckie, Śródziemne, Czarne)
- zamknięte (np. M. Kaspijskie)
Morze Śródziemne  największe morze półzamknięte. W dolnej części zdjęcia
widoczna jest Cieśnina Gibraltar (Fot.www.balticuniv.uu.se )
Pod względem bilansu wodnego morza półzamknięte dzielimy na:
- morza o bilansie wodnym dodatnim  w przypadku gdy dopływ wód
(rzecznych, opadowych) jest wy\
szy od parowania (morza stref klimatycznych
wilgotnych np. Morze Bałtyckie)
- morza o bilansie ujemnym  w sytuacji odwrotnej (morza w strefie gorącej
suchej)
Bilans wodny kształtuje m.in. stopień zasolenia wód morskich i wymianę wody
z oceanem. Morza o bilansie dodatnim mają wody mniej zasolone (ze względu
na du\
e zasilanie wodami rzecznymi i opadem), wody okolic zwrotnikowych są
bardziej zasolone (niskie zasilanie woda słodką i silne parowanie, co zwiększa
stę\
enie soli).
Wymiana wody pomiędzy oceanem a morzem półzamkniętym jest uzale\
niona
od ró\
nic w poziomie wody oraz sytuacji pogodowej (sztormy, dominujące
wiatry itp.). W morzach o bilansie dodatnim przewa\
a odpływ nadmiaru wody
do oceanu, ale następują te\
wlewy wód oceanicznych w okresach sztormów. Ze
względu na to, \
e wody oceaniczne są bardziej zasolone (są cię\
sze) napływ
tych wód następuje zazwyczaj przy dnie.
W morzach o bilansie ujemnym wlew wód oceanicznych jest głównym
sposobem wyrównywania ubytku wody w takich morzach. Ze względu na to \
e
wody oceaniczne są w tym przypadku mniej słone (l\
ejsze) od wód zasilanego
morza ich napływ następuje zazwyczaj w warstwie powierzchniowej.
Ryc.: Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z. 1999  Hydrologia ogólna  PWN, Warszawa (kolorem
ciemnym zaznaczono wody bardziej zasolone).
Morze Bałtyckie
Bałtyk jest morzem półzamkniętym o bilansie dodatnim. Wymiana wody z
oceanem jest utrudniona. Wlewy słonych wód z Morza Północnego
poprzez cieśniny duńskie są sporadyczne, ze względu na to ich specyficzny
układ i małą głębokość (w niektórych miejscach tylko 18 m): utrudnia to
przepływ cię\
szych słonych wód oceanicznych przy dnie. Fakt ten oraz to,
\
e Bałtyk jest zasilany du\
ą ilością rzek powoduje, \
e wody są w tym
akwenie słabo zasolone (7-8 %o).
Ryc. disc.gsfc.nasa.gov
2. Właściwości wody morskiej.
Zasolenie
Woda morska jest roztworem w skład którego wchodzą wszystkie znane
pierwiastki chemiczne, ale a\
99% masy soli rozpuszczonych stanowią sole
tylko 6 pierwiastków:
Chlor  Sód  Siarka  Magnez  Wapń - Potas
Ryc.: Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z. 1999  Hydrologia ogólna  PWN, Warszawa
Dlaczego woda morska jest słona?
Jest to efekt długotrwałego cyklu geochemicznego (trwającego
setki a nawet miliony lat), a więc wymiany materii pomiędzy
litosferą, biosferą, atmosferą i hydrosferą. W skład tego cyklu
wchodzą m.in. : wydobywanie się magmy zastygającej w bazaltowe
skały, niszczenie skał w cyklu hydrologicznym, niesienie materiału
rzecznego, opady atmosferyczne. Niektóre elementy tego cyklu
trwają miliony lat - np. szacuje się \
e aktualne stę\
enie sodu w
wodzie morskiej kształtowało się 600 milionów lat.
Ilość rozpuszczonych substancji stałych w określonej objętości określa jej
zasolenie.
Zasolenie = masa w gramach substancji nieorganicznych rozpuszczonych w 1
kg wody morskiej. Wyra\
a się ją w promilach [%o].
Za zasolenie wody morskiej odpowiadają chlorki (chlorek sodu 78 %
wszystkich soli) - stąd słony smak. Smak gorzkawy wynika z zawartości soli
magnezowych.
Ryc.: Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z. 1999  Hydrologia ogólna  PWN, Warszawa
Średnie zasolenie wód powierzchniowych oceanu wynosi średnio 35 %o (33-
37%o).
Ogólne zasolenie wód oceanicznych i morskich ró\
ni się w zale\
ności od
szerokości geograficznej i innych czynników, natomiast skład chemiczny -
stosunek poszczególnych jonów pozostaje zawsze ten sam. Mówimy o zasadzie
stałych proporcji - wynika ona z bardzo długiego czasu obiegu pierwiastków
we wszechoceanie (nawet miliony lat) - główne składniki są tak dobrze
wymieszane, \
e zachowują podobne proporcje w ka\
dym miejscu oceanu.
Dlatego mo\
na określić zasolenie ogólne w dowolnym miejscu na świecie na
podstawie zawartości tylko jednego składnika. Np. znając stę\
enie tylko chloru
mo\
na określić ogólne zasolenie.
Na wielkość zasolenia mają wpływ następujące czynniki:
- opad atmosferyczny (zmniejsza),
- parowanie z powierzchni morza (zwiększa),
- dopływ wód rzecznych (zmniejsza),
- topnienie (zmniejsza) i tworzenie się (zwiększa) lodów.
W strefie równikowej (du\
o opadów) zasolenie wód powierzchniowych oceanu
wynosi 34 % a w strefie pasatów (du\
e parowanie, mało opadów) 38 %o . W
Oceanie Lodowatym (topnienie lodów, małe parowanie) 10 i mniej %o .
Morza półzamknięte w szerokościach umiarkowanych i polarnych mają
dodatni bilans wód słodkich  stąd ich zasolenie jest mniejsze od oceanu
(dopływ rzek i słaba wymiana wód z oceanem) - np. Bałtyk 7-8 %o . Morza
półzamknięte w szerokościach zwrotnikowych - bilans wód słodkich ujemny -
zasolenie du\
e (M. Czerwone 41-45 %o )
Północna część Morza Czerwonego
Fot.www.balticuniv.uu.se
Fakt \
e woda morska zawiera du\
o rozpuszczonych soli sprawia, \
e ma one
nieco inne właściwości w stosunku do wód śródlądowych (słodkich).
Właściwości fizyczne, które ulegają zmianie w związku z zasoleniem:
Te których natę\
enie (wielkość) wzrasta wraz ze wzrostem zasolenia:
- gęstość
- lepkość
- napięcie powierzchniowe
- przewodność elektrolityczna
- ciśnienie osmotyczne
Te których natę\
enie (wielkość) maleje:
- ciepło właściwe
- temperatura zamarzania
- temperatura największej gęstości
- przewodnictwo cieplne
Ogólna ilość soli w Oceanie Światowym - 46,5 x 1015 t.
3. Dynamika wód oceanicznych.
Wody oceaniczne są w ciągłym ruchu: falowanie, prądy morskie, pływy. Woda
morska ulega ciągłemu przemieszczaniu (cyrkulacja pozioma) i mieszaniu
(cyrkulacja pionowa). Za ruch wody odpowiada przede wszystkim energia
Słońca, która jest główną siłą odpowiedzialną za powstawanie prądów
morskich.
Prądy morskie powstają pod wpływem :
- ró\
nic gęstości wody wywołanych zmianami temperatury i zasolenia
- ciśnienia powietrza i tarcia wiatru o powierzchnię oceanu
- ró\
nic w wysokości poziomu zwierciadła wody w sąsiadujących częściach
oceanu
- siły przyciągania Księ\
yca i Słońca.
Na kierunek i szybkość prądu morskiego działają te\
siły wtórne
np. efekt Coriolisa powodujący odchylanie się prądu morskiego w
prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej (jako
wynik ruchu obrotowego Ziemi).
Powoduje to \
e kierunek prądu morskiego wywołanego wiatrem
nie jest dokładnie zgodny z kierunkiem wiatru - jest odchylony o
ok. 45o w prawo (na naszej półkuli). Ten efekt zwiększa się wraz z
głębokością - bo rośnie tarcie i prędkość prądu spada - łatwiej się
odchyla pod wpływem sił Coriolisa. Na głębokości 100 m (na
otwartym oceanie) kierunek prądu jest przeciwny do kierunku
wiatru!
Ryc.: mynasadata.larc.nasa.gov
Ze względu na przyczynę wywołania ruchu wody dzielimy prądy na
- wiatrowe (dryfowe - jeśli wywołane stałymi wiatrami)
- grawitacyjno-gradientowe (m. in. spływowe, gęstościowe - np. prądy
głębinowe z zimnymi wodami arktycznymi)
- pływowe (wywołane pływami)
Niektóre prądy mają charakter stały inne okresowe lub czasowe.
Są te\
prądy poziome i pionowe. Np. do prądów pionowych zalicza się zjawisko
upwellingu. Powstaje ono wtedy gdy w wyniku wiatru powstaje prąd
powierzchniowy -  zabiera on masy wody z powierzchni - na ich miejsce
wędrują wody głębinowe. Upwelling powstaje w okolicach równikowych oraz
przy brzegach kontynentów. Wody głębinowe wypływając na powierzchnię
niosą ze sobą du\
o składników pokarmowych, stąd oceaniczne wody
przybrze\
ne są najczęściej dobrymi łowiskami.
Ryc.: www.oceanoasis.org
Prądy morskie mają najczęściej zło\
oną przyczynę - np. najbardziej nam znany
Golfstrom (Prąd Zatokowy), który kształtuje w du\
ym stopniu pogodę Europy
ma charakter dryfowo (stałe wiatry zachodnie na Atlantyku) - spływowo-
gęstościowy.
Główne prądy powierzchniowe Wrzechoceanu. (Ryc.: brittanica.com).
Golfstrom w klasycznym rozumieniu to ciepły Prąd Zatokowy (ang. Gulf
Stream), który bierze początek u wybrze\
y Florydy i płynie wzdłu\
wschodnich
wybrze\
y Pn. Ameryki, w kierunku północno-wschodnim. Jego przedłu\
eniem
jest Prąd Północnoatlantycki, który dopływa do wysp brytyjskich i Skandynawii.
Dzięki obecności tego prądu temperatura powietrza w tym regionie jest wy\
sza
ni\
wynikałoby to poło\
enia geograficznego. Np. temperatura powietrza zimą
nad Morzem Północnym na zachód od Norwegii jest ponad 20oC większa ni\

nad innymi obszarami poło\
onymi na podobnej szerokości geograficznej.
Ryc.: www.sott.net
Wszystkie zjawiska dynamiczne (pływy, prądy, falowanie itd.) powodują
nieustanny ruch wód oceanicznych. Przemieszczanie się wód w oceanie
światowym wywołuje cały system ruchów wody związany z ubytkiem wody w
jednym miejscu i koniecznością uzupełnienia go w innym. W ten sposób
kształtuje się globalna cyrkulacja wody. Ponadto cyrkulacja wody oceanicznej
jest ściśle powiązana z cyrkulacją atmosfery. Np. większość stałych prądów to
prądy wiatrowe - dryfowe - powstające w wyniku wiania wiatrów. I odwrotnie -
ciepły prąd oceaniczny niesie ze sobą ciepłe masy powietrza (ogrzewa je) - np.
wspomniany Prąd Zatokowy ogrzewa Europę. Tak więc na Ziemi istnieje cały
globalny system, w którym istnieje ścisłe powiązanie pomiędzy cyrkulacją
atmosfery i oceanosfery. Zaburzenie, zmiana którejś ze składowych powoduje
zaburzenie drugiej. Spektakularnym przykładem tego jest obserwowany od lat
70 XX w.  efekt EL-Nino . Obecnie, w związku ze wzrostem temperatury na
Ziemi oraz zwiększeniem się tempa topnienia lodowców mówi się te\
m.in. o
mo\
liwości ochłodzenia klimatu Europy w wyniku zmian w cyrkulacji
Północnego Atlantyku (patrz ramka).
Czy globalne ocieplenie spowoduje zamarznięcie Europy?
Klimat północnej i zachodniej Europy jest w znacznym stopniu
kształtowany przez Prąd Zatokowy i jego przedłu\
enie: Prąd
Północnoatlantycki. Prądy te są jednocześnie jednym z elementów
globalnej cyrkulacji Oceanu Światowego. Ciepłe i słone wody niesione z
tymi prądami w warstwie powierzchniowej Atlantyku, po dotarciu w
okolice Grenlandii i Islandii (niebieskie gwiazdki na rysunku) ulegają
wychłodzeniu i w związku z tym (rośnie ich gęstość!)  toną .
Zimne masy wody wędrują następnie w warstwach głębinowych z
powrotem w kierunku południowego Atlantyku (niebieska strzałka na
rysunku).
Ocieplenie klimatu i zwiększone topnienie lodów Grenlandii powoduje
dopływ większych ilości słodkiej wody w okolice, gdzie normalnie
następuje  zatapianie wychłodzonych wód Golfstromu. To mo\
e
spowodować rozcieńczenie i zmniejszenie zasolenia tych wód, które,
zmniejszając w ten sposób swój cię\
ar przestaną  tonąć . To mo\
e
wywołać zatrzymanie cyrkulacji i zastopowanie Golfstromu, czego
skutkiem będzie ochłodzenie Europy.
Ryc. anthonares.net za: nature.com