Температура океана

Зависимость температуры океана от глубины . На графике показано несколько термоклинов (или термических слоев) в зависимости от времени года и широты. Температура на нулевой глубине — это температура поверхности моря .

Температура океана — температуре в океане на любой глубине. Играет решающую роль в глобальной климатической системе, океанических течениях и морских средах обитания. Меняется в зависимости от глубины, географического положения и сезона. В морской воде различается не только температура, но и солёность. Тёплая поверхностная вода обычно более солёная, чем более холодные глубинные или полярные воды[1]. В полярных регионах верхние слои океанской воды холодные и пресные[2]. Глубокая океанская вода— это холодная, солёная вода, находящаяся глубоко под поверхностью океанов Земли. Эта вода имеет равномерную температуру ~ 0—3 °С[3]. Температура океана также зависит от количества солнечной радиации, падающей на его поверхность. В тропиках температура поверхностных слоевможет подниматься выше 30 °C. Вблизи полюсов температура воды в равновесии с морским льдом составляет около —2 °C.

Морские течения приводят к непрерывной крупномасштабной циркуляции воды. Одной из её частей является термохалинная циркуляция (ТХЦ, англ. THC). Это обусловлено глобальными градиентами плотности, создаваемыми поверхностным теплом и потоками пресной воды[4][5]. Тёплые поверхностные течения охлаждаются по мере удаления от тропиков. Плотность воды увеличивается, вода опускается на дно. Изменения температуры и плотности перемещают холодную воду обратно к экватору в виде глубоководного течения. Затем она снова поднимается на поверхность.

Океаны нагреваются в результате изменения климата, и скорость потепления увеличивается[6] :9[7]. Верхний слой океана (до глубины 700 м) нагревается быстрее всего, но тенденция к потеплению распространяется на весь океан. В 2022 году температура мирового океана стала самой высокой за всю историю наблюдений.

Определение и типы

Температура поверхности моря

Температура поверхности моря — температура морской воды вблизи поверхности (глубина от 1 миллиметра до 20 метров). Зависит от термохалинной циркуляции.

Температура в глубине океана

Температура на глубине океана —температура океана на глубине более 20 метров. Варьируется в зависимости от региона и времени. Они способствуют изменению содержания тепла в океане и его стратификации[8]. Повышение температуры как поверхности океана, так и глубины океана является важным следствием изменения климата в океанах[8].

Глубокая океанская вода — это название холодной, солёной воды, находящейся глубоко под поверхностью океанов Земли. Глубоководные воды составляют около 90 % объёма океанов. Глубокая океанская вода имеет очень однородную температуру около 0-3 °С. Солёность— 3,5 % или 35 ppt (частей на тысячу)[3].

Влияние

Температура океана и концентрация растворённого кислорода оказывают большое влияние на[9]:

Температура океана, в сочетании с соленостью и плотностью, контролирует такие процессы, как смешивание и стратификация, океанические течения и термохалинная циркуляция.

Теплосодержание океана

Теплосодержание океана — энергия, поглощаемая океанами. Для расчёта теплосодержания океана используют температуру океана на разных глубинах. В период с 1971 по 2018 год рост содержания тепла в океане составил более 90 % избыточной энергии Земли от глобального потепления.

Измерения

Существуют различные способы измерения температуры океана[10]. В дневное время низкая скорость ветра и обилие солнечного света могут привести к образованию тёплого слоя на поверхности океана и значительным перепадам температуры по мере углубления. Сильные дневные вертикальные градиенты температуры называются суточным термоклином[11].

На глубину опускается устройство для электронного измерения проводимости, температуру и глубину (прибор CTD)[12]. Он непрерывно передаёт данные на судно по токопроводящему кабелю. Это устройство обычно устанавливается на раме, на которой установлены бутылки для отбора проб воды. С 2010-х годов все более доступными становятся автономные транспортные средства, такие как планеры или мини- подводные аппараты. Они оснащены теми же датчиками CTD, но работают независимо от исследовательского судна. Системы CTD также могут размещать даже на тюленях[13].

Для передачи данных используются не только кабели, но и другие методы телеметрии.

Существуют и другие способы измерения температуры поверхности моря[14]. В приповерхностном слое используют термометры или метеорологические спутники (с 1967 года). Учёные создали первые глобальные композиты в 1970 году[15].

Для измерения температуры поверхности моря из космоса используют Усовершенствованный радиометр сверхвысокого разрешения (AVHRR)[10] :90.

Кроме CTD, используют и другие приборы для измерения температуры океана на разных глубинах: бутылка Нансена, батитермограф, акустический томограф. Заякоренные и дрейфующие буи также измеряют температуру поверхности моря. Буи используются в рамках Глобальной дрифтерной программы и Проекта базы данных Мирового океана (крупнейшая база данных профилей температуры всех океанов мира[16]).

Испытательный флот глубоководных буев Argo позволяет проводить измерения до глубины около 6000 метров температуры большей части объёма океана[17][18].

Наиболее часто на судах и буях используются терморезисторы и ртутные термометры[10] :88. Ртутные термометры кладут в ведра, спускаемые с борта корабля. Для измерения температур более глубоких слоёв ртутные термометры помещаются в бутылки Нансена[10] :88.

Мониторинг через программу Арго

Программа Арго — глобальный проект международного научного сообщества океанологов (с 2000 года). В рамках проекта организована всемирная сеть океанографических станций (почти 4000 дрейфующих буёв-измерителей)[19]. Зонды дрейфуют на глубине 1000 метров, каждые десять дней опускаются до 2000 метров. С помощью программы оценивается и теплосодержание океана

Потепление океана

Изменения температуры с 1960 по 2019 год в каждом океане, начиная с Южного океана вокруг Антарктиды[20]

Тенденции

Океан нагревается в результате изменения климата и скорость нагревания растёт[21]:9. В 2022 году океан был самым тёплым за всё время наблюдений[22]. Нагрев зависит от теплосодержание океана, которое растёт из-за роста количества парниковых газов[22]. Нагрев поверхностных вод океана в доиндустриальную эпоху и в период 2011—2020 составлял соответственно 0,68 и 1,01 °C[23]:1214.

В Южном океане происходят наиболее значительные изменения температуры. В период с 1950-х до 1980-х годов его температура потеплела на 0, 17 °C, в два раза быстрее, чем для мирового океана[24].

На глубине океана ниже 1000 м потепление значительно меньше, его скорость не превышает 0,4 °C в столетие (с 1981 по 2019)[25]:Figure 5.4 . На глубине 2000 метров скорость потепления ещё меньше и равна 0,1 °C в столетие[25]:Figure 5.4. Но для Южного океана (на 55°южной широты) аномально высокое потепление на 0,3 °C в столетие наблюдается на глубине 4500 м[25] :Figure 5.4.

Причины

Причиной наблюдаемых изменений является потепление Земли из-за антропогенных выбросов парниковых газов(углекислый газ и метан)[26]. Растущая концентрация парниковых газов увеличивает энергетический дисбаланс Земли, что ещё больше повышает температуру поверхности. Океан поглощает большую часть дополнительного тепла в климатической системе, повышая температуру океана[7].

Основные физические эффекты

Повышенная стратификация и более низкий уровень кислорода

Нагревание поверхности океана приводит к большей его стратификации (разделение слоёв по плотности). Уменьшение перемешивания слоёв океана стабилизирует тёплую воду у поверхности, одновременно снижая циркуляцию холодной глубокой воды. Уменьшение перемешивания вверх и вниз снижает способность океана поглощать тепло. В результате увеличится мощь тропических циклонов и других штормов. Количество питательных веществ для рыб в верхних слоях океана будет уменьшаться. Это также может привести к снижению способности океанов хранить углерод .

Более тёплая вода содержит меньше кислорода, чем холодная. Усиление термической стратификации может привести к снижению поступления кислорода из поверхностных вод в более глубокие слои. Это ещё больше снизит содержание кислорода в воде[27], что называется дезоксигенацией океана . Океан уже потерял кислород по всей толще воды. Зоны минимального содержания кислорода расширяются по всему миру[28] :471.

Изменение океанических течений

Морские течения вызваны такими процессами, как:

  • изменение температуры, связанное с солнечным светом и температурой воздуха на разных широтах
  • влияние господствующих ветров
  • различная плотность солёной и пресной воды.

Вблизи экватора воздух нагревается и поэтому поднимается, а затем охлаждается и поэтому немного опускается по направлению к полюсу. Вблизи полюсов холодный воздух опускается вниз, но затем нагревается и поднимается, перемещаясь вдоль поверхности по направлению к экватору. Погружение и подъём глубинных вод, происходящие в низких широтах, а также движущая сила ветров на поверхности воды приводят к тому, что океанские течения разносят воду по всему морю. Глобальное потепление в дополнение к этим процессам вызывает изменения течений, особенно в регионах, где формируются глубокие воды[29].

В геологическом прошлом

Ученые полагают, что в докембрийский период температура моря была намного выше. Выводы сделаны на основе изотопов кислорода и кремния из образцов горных пород[30][31]. Эти реконструкции показывают, что температура океана составляла 55-85 °C в период 3,5 — 2 миллиарда лет назад. Затем океан охладился до более умеренных температур от 10 до 40 градусов°С в период 1 миллиард лет назад . Реконструированные белки из докембрийских организмов также свидетельствуют о том, что древний мир был намного теплее, чем сегодня[32][33].

Кембрийский взрыв (538,8 миллионов лет назад)— ключевое событие в эволюции жизни на Земле. Температура поверхности моря в этот период достигала около 60 °С. Верхний тепловой предел для современных морских беспозвоночных равен 38 °C, что исключает возможность крупной биологической революции[34].

В поздний меловой период (100 — 66 миллионов лет назад) средняя глобальная температура достигла самого высокого уровня за последние 200 миллионов лет[35]. Вероятно, это было результатом конфигурации континентов в этот период, позволившей улучшить циркуляцию в океанах, что препятствовало образованию крупномасштабного ледяного покрова[36].

В геологическом прошлом произошло семь случаев глобального потепления (согласно базе данных изотопов кислорода): в позднем кембрии, раннем триасе, позднем меле и при переходе от палеоцена к эоцену. Поверхность моря была примерно на 5-30º теплее, чем сегодня[9].

См. также

  • Глобальная температура поверхности

Примечания

  1. ↑ Ocean Stratification. The Climate System. Columbia Univ.. Дата обращения: 22 сентября 2015. Архивировано 29 марта 2020 года.
  2. ↑ The Hidden Meltdown of Greenland. Nasa Science/Science News. NASA. Дата обращения: 23 сентября 2015.
  3. 1 2 Temperature of Ocean Water. UCAR. Дата обращения: 5 сентября 2012. Архивировано 27 марта 2010 года.
  4. ↑ Rahmstorf, S (2003). The concept of the thermohaline circulation (PDF). Nature. 421 (6924): 699. Bibcode:2003Natur.421..699R. doi:10.1038/421699a. PMID 12610602. S2CID 4414604.
  5. ↑ Lappo, SS (1984). On reason of the northward heat advection across the Equator in the South Pacific and Atlantic ocean. Study of Ocean and Atmosphere Interaction Processes. Moscow Department of Gidrometeoizdat (in Mandarin): 125–9.
  6. ↑ IPCC, 2019: Summary for Policymakers Архивировано {{{2}}}.. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate Архивировано {{{2}}}. [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. https://doi.org/10.1017/9781009157964.001.
  7. 1 2 Cheng, Lijing; Abraham, John; Hausfather, Zeke; Trenberth, Kevin E. (2019). How fast are the oceans warming?. Science (англ.). 363 (6423): 128–129. Bibcode:2019Sci...363..128C. doi:10.1126/science.aav7619. ISSN 0036-8075. PMID 30630919. S2CID 57825894.
  8. 1 2 Fox-Kemper, B., H.T. Hewitt, C. Xiao, G. Aðalgeirsdóttir, S.S. Drijfhout, T.L. Edwards, N.R. Golledge, M. Hemer, R.E. Kopp, G. Krinner, A. Mix, D. Notz, S. Nowicki, I.S. Nurhati, L. Ruiz, J.-B. Sallée, A.B.A. Slangen, and Y. Yu, 2021: Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change Архивировано {{{2}}}.. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Архивировано {{{2}}}. [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1211—1362, doi:10.1017/9781009157896.011
  9. 1 2 Song, Haijun; Wignall, Paul B.; Song, Huyue; Dai, Xu; Chu, Daoliang (2019). Seawater Temperature and Dissolved Oxygen over the Past 500 Million Years. Journal of Earth Science (англ.). 30 (2): 236–243. doi:10.1007/s12583-018-1002-2. ISSN 1674-487X. S2CID 146378272.
  10. 1 2 3 4 Introduction to Physical Oceanography (англ.). Open Textbook Library (2008). Дата обращения: 14 ноября 2022.
  11. ↑ Vittorio Barale. Oceanography from Space: Revisited. — Springer, 2010. — P. 263. — ISBN 978-90-481-8680-8.
  12. ↑ Conductivity, Temperature, Depth (CTD) Sensors - Woods Hole Oceanographic Institution (амер. англ.). www.whoi.edu/. Дата обращения: 6 марта 2023.
  13. ↑ Boyd, I.L; Hawker, E.J; Brandon, M.A; Staniland, I.J (2001). Measurement of ocean temperatures using instruments carried by Antarctic fur seals. Journal of Marine Systems (англ.). 27 (4): 277–288. doi:10.1016/S0924-7963(00)00073-7.
  14. ↑ Alexander Soloviev. The near-surface layer of the ocean: structure, dynamics and applications / Alexander Soloviev, Roger Lukas. — シュプリンガー・ジャパン株式会社, 2006. — P. xi. — ISBN 978-1-4020-4052-8.
  15. ↑ P. Krishna Rao; W. L. Smith; R. Koffler (January 1972). Global Sea-Surface Temperature Distribution Determined From an Environmental Satellite. Monthly Weather Review. 100 (1): 10–14. Bibcode:1972MWRv..100...10K. doi:10.1175/1520-0493(1972)100<0010:GSTDDF>2.3.CO;2.
  16. ↑ World Ocean Database Profiles the Ocean. National Centers for Environmental Information (14 июня 2017).
  17. ↑ Administration, US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric. Deep Argo (амер. англ.). oceantoday.noaa.gov. Дата обращения: 24 декабря 2021.
  18. ↑ Deep Argo: Diving for Answers in the Ocean's Abyss. www.climate.gov (24 декабря 2021).
  19. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 8 января 2014. Архивировано 8 января 2014 года.
  20. ↑ Cheng, Lijing; Abraham, John; Zhu, Jiang; Trenberth, Kevin E.; Fasullo, John; Boyer, Tim; Locarnini, Ricardo; Zhang, Bin; Yu, Fujiang; Wan, Liying; Chen, Xingrong; Song, Xiangzhou; Liu, Yulong; Mann, Michael E. (2020). Record-Setting Ocean Warmth Continued in 2019. Advances in Atmospheric Sciences (англ.). 37 (2): 137–142. Bibcode:2020AdAtS..37..137C. doi:10.1007/s00376-020-9283-7. ISSN 1861-9533. S2CID 210157933.
  21. ↑ Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Summary for Policymakers (англ.) // Cambridge University Press. — 2022. — doi:10.1017/9781009157964.001.
  22. 1 2 Cheng, Lijing; Abraham, John; Trenberth, Kevin E.; Fasullo, John; Boyer, Tim; Mann, Michael E.; Zhu, Jiang; Wang, Fan; Locarnini, Ricardo; Li, Yuanlong; Zhang, Bin; Yu, Fujiang; Wan, Liying; Chen, Xingrong; Feng, Licheng (2023). Another Year of Record Heat for the Oceans. Advances in Atmospheric Sciences (англ.). 40 (6): 963–974. Bibcode:2023AdAtS..40..963C. doi:10.1007/s00376-023-2385-2. ISSN 0256-1530. PMC 9832248. PMID 36643611. Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
  23. ↑ Fox-Kemper, B., H.T. Hewitt, C. Xiao, G. Aðalgeirsdóttir, S.S. Drijfhout, T.L. Edwards, N.R. Golledge, M. Hemer, R.E. Kopp, G. Krinner, A. Mix, D. Notz, S. Nowicki, I.S. Nurhati, L. Ruiz, J.-B. Sallée, A.B.A. Slangen, and Y. Yu, 2021: Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change Архивировано 24 октября 2022 года.. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Архивировано 9 августа 2021 года. [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1211—1362
  24. ↑ Gille, Sarah T. (15 февраля 2002). Warming of the Southern Ocean Since the 1950s. Science. 295 (5558): 1275–1277. Bibcode:2002Sci...295.1275G. doi:10.1126/science.1065863. PMID 11847337. S2CID 31434936.
  25. 1 2 3 Bindoff, N.L., W.W.L. Cheung, J.G. Kairo, J. Arístegui, V.A. Guinder, R. Hallberg, N. Hilmi, N. Jiao, M.S. Karim, L. Levin, S. O'Donoghue, S.R. Purca Cuicapusa, B. Rinkevich, T. Suga, A. Tagliabue, and P. Williamson. Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate : Chapter 5: Changing Ocean, Marine Ecosystems, and Dependent Communities (англ.) (2019).
  26. ↑ Doney, Scott C.; Busch, D. Shallin; Cooley, Sarah R.; Kroeker, Kristy J. (17 октября 2020). The Impacts of Ocean Acidification on Marine Ecosystems and Reliant Human Communities. Annual Review of Environment and Resources (англ.). 45 (1): 83–112. doi:10.1146/annurev-environ-012320-083019. ISSN 1543-5938. (CC BY 4.0 International license)
  27. ↑ Chester, R. Chapter 9: Nutrients oxygen organic carbon and the carbon cycle in seawater // Marine geochemistry / R. Chester, Tim Jickells. — 3rd. — Chichester, West Sussex, UK : Wiley/Blackwell, 2012. — ISBN 978-1-118-34909-0.
  28. ↑ Bindoff, N.L., W.W.L. Cheung, J.G. Kairo, J. Arístegui, V.A. Guinder, R. Hallberg, N. Hilmi, N. Jiao, M.S. Karim, L. Levin, S. O’Donoghue, S.R. Purca Cuicapusa, B. Rinkevich, T. Suga, A. Tagliabue, and P. Williamson, 2019: Chapter 5: Changing Ocean, Marine Ecosystems, and Dependent Communities Архивировано {{{2}}}.. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate Архивировано {{{2}}}. [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press.
  29. ↑ Trenberth, K; Caron, J (2001). Estimates of Meridional Atmosphere and Ocean Heat Transports. Journal of Climate. 14 (16): 3433–43. Bibcode:2001JCli...14.3433T. doi:10.1175/1520-0442(2001)014<3433:EOMAAO>2.0.CO;2.
  30. ↑ Knauth, L. Paul (2005). Temperature and salinity history of the Precambrian ocean: implications for the course of microbial evolution. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 219 (1–2): 53–69. Bibcode:2005PPP...219...53K. doi:10.1016/j.palaeo.2004.10.014.
  31. ↑ Shields, Graham A.; Kasting, James F. (2006). A palaeotemperature curve for the Precambrian oceans based on silicon isotopes in cherts. Nature. 443 (7114): 969–972. Bibcode:2006Natur.443..969R. doi:10.1038/nature05239. PMID 17066030. S2CID 4417157.
  32. ↑ Gaucher, EA; Govindarajan, S; Ganesh, OK (2008). Palaeotemperature trend for Precambrian life inferred from resurrected proteins. Nature. 451 (7179): 704–707. Bibcode:2008Natur.451..704G. doi:10.1038/nature06510. PMID 18256669. S2CID 4311053.
  33. ↑ Risso, VA; Gavira, JA; Mejia-Carmona, DF (2013). Hyperstability and substrate promiscuity in laboratory resurrections of Precambrian b-lactamases. J Am Chem Soc. 135 (8): 2899–2902. doi:10.1021/ja311630a. PMID 23394108. {{cite journal}}: |hdl-access= требует |hdl= (справка)
  34. ↑ Wotte, Thomas; Skovsted, Christian B.; Whitehouse, Martin J.; Kouchinsky, Artem (2019). Isotopic evidence for temperate oceans during the Cambrian Explosion. Scientific Reports (англ.). 9 (1): 6330. Bibcode:2019NatSR...9.6330W. doi:10.1038/s41598-019-42719-4. ISSN 2045-2322. PMC 6474879. PMID 31004083.
  35. ↑ Renne, Paul R.; Deino, Alan L.; Hilgen, Frederik J.; Kuiper, Klaudia F.; Mark, Darren F.; Mitchell, William S.; Morgan, Leah E.; Mundil, Roland; Smit, Jan (2013-02-07). Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary. Science. 339 (6120): 684–687. Bibcode:2013Sci...339..684R. doi:10.1126/science.1230492. PMID 23393261. S2CID 6112274.
  36. ↑ Beltran, Catherine; Golledge, Nicholas R.; Ohneiser, Christian; Kowalewski, Douglas E.; Sicre, Marie-Alexandrine; Hageman, Kimberly J.; Smith, Robert; Wilson, Gary S.; Mainié, François (15 января 2020). Southern Ocean temperature records and ice-sheet models demonstrate rapid Antarctic ice sheet retreat under low atmospheric CO2 during Marine Isotope Stage 31. Quaternary Science Reviews. 228: 106069. doi:10.1016/j.quascirev.2019.106069. ISSN 0277-3791.
Эта статья взята у (из) Wikipedia. Текст лицензируется по Creative Commons - Attribution - Sharealike. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.