ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 3, с. 325-340
= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465
ТИХООКЕАНСКАЯ ГЛУБИННАЯ ВОДА В ЮЖНОМ ОКЕАНЕ
© 2004 г. M. Н. Кошляков, Р. Ю. Тараканов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 12.09.2003 г.
По гидрофизическим данным WOCE (World Ocean Circulation Experiment) исследуются распространение и свойства Тихоокеанской глубинной воды (ТГВ) и Верхней циркумполярной глубинной воды (ВЦГВ) в тихоокеанском секторе Южного океана. Выделяется несколько региональных модификаций ТГВ. Положения границ между водными массами определяются с помощью новой оригинальной методики. Выявляются основные районы проникновения ТГВ в зону Антарктического циркумполярного течения и трансформации ТГВ в ВЦГВ. Оценивается роль изопикнических и неизопик-нических процессов в формировании свойств водных масс. Рассчитываются средние значения и диапазоны изменчивости физических и химических характеристик водных масс.
1. ВВЕДЕНИЕ
В работах [4, 5] были рассмотрены распространение и свойства Антарктической донной воды (ААДВ), Циркумполярной донной воды (ЦДВ) и Нижней циркумполярной глубинной воды (НЦГВ) в тихоокеанском секторе Южного океана. ААДВ формируется на нескольких участках континентального склона Антарктиды в результате смешения Антарктической поверхностной воды (ААПВ), Антарктической шельфовой воды (ААШВ) и НЦГВ. В свою очередь НЦГВ является продуктом трансформации Северо-Атлантической глубинной воды (САГВ), происходящей в ходе проникновения САГВ в зону Антарктического циркумполярного течения (АЦТ). ЦДВ, занимающая в собственно антарктической зоне океана промежуточную по глубине позицию между НЦГВ и ААДВ, образуется в результате диапикнического смешения этих вод.
Продолжая исследование водных масс южной части Тихого океана, в настоящей работе мы рассмотрим Тихоокеанскую глубинную воду (ТГВ) и Верхнюю циркумполярную глубинную воду (ВЦГВ). Как показано в [5], НЦГВ и ЦДВ распространяются с юга на север через параллель 30° ю.ш. в поле Глубинного западного пограничного течения (ГЗПТ) Тихого океана, идущего вдоль западных окраин Южной котловины (рис. 2) на глубинах от 3000 м до дна океана и имеющего расход (12-16) х 106 м3/с [1, 19, 20, 21]. Севернее 30° ю.ш. НЦГВ и ЦДВ продолжают движение в генеральном направлении на север вдоль Южной, Центральной и Северо-западной котловин Тихого океана [9, 11, 12], причем уже к экватору ЦДВ выклинивается ко дну океана [17], и дальнейший путь к северу в придонном слое совершает только НЦГВ. Очень сложный рельеф дна западной час-
ти Тихого океана обусловливает ветвление этого потока, в результате чего в абиссали океана формируется несколько квазизональных потоков восточного направления, наиболее южный из которых располагается непосредственно к югу от экватора, а наиболее северный - к югу от Алеутских островов, а также западный поток в Филиппинскую котловину [9, 11, 13, 17]. В поле описанной абиссальной циркуляции, характеризующейся скоростями в доли сантиметров в секунду [11, 12], происходит смешение НЦГВ с располагающимися выше ее Антарктической промежуточной водой (ААПрВ), Северотихоокеанской промежуточной водой (СТПрВ) и Субарктической поверхностной водой (САПВ). В результате этого смешения и образуется огромная по объему водная масса, получившая название Тихоокеанской глубинной воды (ТГВ) и характеризующаяся минимумом концентрации [02] (растворенного кислорода), максимумами концентраций [Р04 ], [К 03 ] и
] (биогенных элементов и растворенного кремния), а также повышенной, по сравнению с НЦГВ, температурой и, как следствие этого, пониженной плотностью. Некоторый, хотя и сравнительно небольшой, вклад в повышение температуры ТГВ вносят геотермальные источники тепла [11, 17].
Если для области Тихого океана, расположенной к северу от 20° ю.ш., за границу ТГВ/НЦГВ принять изохалинную поверхность 5 = 34.70 реи или изооксигенную поверхность [02] = 4.0 мл/л [9], то получится, что эта граница выклинивается ко дну океана примерно по кривой Самоа-Науру-Маршалловы острова-южная часть возвышенности Шатского-Гавайи-Маркизские острова [9]. Таким образом, внутри вытянутого к северо-за-
Рис. 1. Рельеф дна южной части Тихого океана (глубина - в метрах). Жирная линия - изобата 600 м. Темно-серый тон - участки дна с глубиной менее 2000 м, светло-серый тон - от 2000 до 3000 м. Кружки с буквами и цифрами - коды географических объектов (табл. 1). Точки показывают положение станций гидрофизических разрезов программы WOCE, подчеркнутые буквы и цифры - название этих разрезов; штриховые прямые - продолжение линий разрезов до континентального склона. Двойная сплошная линия - граница морского льда в летний период.
паду широкого "языка", образуемого этой кривой, ТГВ ограничивается снизу верхней границей НЦГВ, а к юго-западу, западу, северу и востоку от указанной линии занимает весь глубинный слой океана от нижних границ ААПрВ, СТПрВ и САПВ до его дна.
По достижении, в поле описанных выше абиссальных течений восточного направления, восточных окраин Тихого океана ТГВ начинает возвратное движение в генеральном южном направлении. Это движение осуществляется, однако, не прямым путем, а системой из нескольких (шести для наиболее северной модификации ТГВ!) чередующихся по широте западных и восточных глубинных зональных потоков, имеющих скорости порядка нескольких миллиметров в секунду и соединяющихся южными течениями у восточных и западных берегов океана [11, 13, 15]. Такой сложный путь движения ТГВ обусловливает ее очень большой возраст ко времени достижения ею Южного океана, исчисляемый, по-видимому, сотнями
лет. Чем больший путь проходит та или иная модификация ТГВ от места ее формирования до Южного океана, тем больше ее возраст, меньше содержание в ней НЦГВ, выше ее температура, меньше плотность и глубина ее залегания, ниже
[02] и выше [Р 03- ], [К О- ] и о2- ]. Эти обстоятельства в сочетании с тем, что уменьшение [02]
и увеличение [Р04 ] и [К03 ] в ТГВ происходит вследствие окисления органического вещества, а увеличение О^ ] - преимущественно за счет растворения донных осадков, приводит к довольно сложному характеру пространственных распределений перечисленных гидрофизических и гидрохимических характеристик ТГВ в южной части Тихого океана [11, 13]. Проникновение ТГВ в зону АЦТ осуществляется преимущественно в слое 1200-3000 м в двух районах Тихого океана: к востоку от поднятия Чатем (рис. 1, табл. 1) и в
Таблица 1. Расшифровка кодов географических объектов (рис. 1)
Код Географический объект Код Географический объект
П1 Австрало-Антарктическое поднятие Х1 хребет Лорд-Хау
П2 Южно-Тихоокеанское поднятие Х2 хребет Тонга-Кермадек
П3 Восточно-Тихоокеанское поднятие Х3 хребет Сала-и-Гомес
П4 Чилийское поднятие
П5 плато Кэмпбелл М1 море Росса
П6 поднятие Чатем М2 море Амундсена
П7 возвышенность Милл М3 море Беллинсгаузена
М4 пролив Дрейка
К1 Австрало-Антарктическая котловина
К2 Котловина Беллинсгаузена О острова Баллени
К3 Чилийская котловина
К4 Южная котловина Б Берег Георга V
К5 Южно-Фиджийская котловина
К6 Новокаледонская котловина
К7 Тасманова котловина
К8 Южно-Австралийская котловина
причилийском районе на восточной окраине океана [11, 15, 16, 18, 19].
Верхняя циркумполярная глубинная вода (ВЦГВ) является продуктом изопикнического и диапикнического смешения Индоокеанской глубинной воды (ИГВ) и ТГВ, поступающих в зону АЦТ с севера, с ААПВ, ААПрВ и НЦГВ. В свою очередь ИГВ формируется в результате смешения НЦГВ и ЦДВ, проникающих с юга в придонном слое в субтропическую зону Индийского океана вдоль его западных и восточных котловин, с ААПрВ и Красноморской водой [6, 17]. Поступление ИГВ в зону АЦТ в слое 1500-3000 м и ее трансформация в ВЦГВ осуществляются опять-таки как в западной, так и в восточной частях Индийского океана [6, 10, 14, 17]. Согласно [14], расход ВЦГВ в поле АЦТ на меридиане Тасмании составляет 60 х 106 м3/с, а в проливе Дрейка, в значительной степени за счет дополнительного поступления ТГВ с севера, - 69 х 106 м3/с. Так же как ИГВ и ТГВ, ВЦГВ характеризуется миниму-
з_ _
мом [02] и максимумами [Р 04 ] и [К 03 ]. В зоне к югу от Южного полярного фронта (ЮПФ), являющегося одновременно южной границей ААПрВ, ВЦГВ вступает в непосредственный контакт с ААПВ и характеризуется еще и промежуточным по глубине максимумом температуры, "наведенном" сверху очень низкой температурой ААПВ.
Процесс формирования ВЦГВ определяет близость друг к другу северных границ АЦТ и распространения ВЦГВ. Замечательно, однако, что и южная граница ВЦГВ, определяемая по положению южного предела распространения слоя минимума
[02] на соответствующих ядру ВЦГВ изопикничес-ких поверхностях, ассоциируется, как правило, с южной границей АЦТ [10]. Последнее означает, что в области циклонического Круговорота Росса, располагающегося к югу от АЦТ на 170° в.д.-130° з.д., ВЦГВ отсутствует.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦ ВОДНЫХ МАСС
Задача настоящей работы состоит в исследовании положения границ и свойств ТГВ и ВЦГВ в тихоокеанском секторе Южного океана по данным гидрофизических разрезов программы WOCE (World Ocean Circulation Experiment) (рис. 1) и по климатическому массиву WOCE. Показанные на рис. 1 разрезы WOCE были выполнены в период 1990-1996 гг. (более подробные сведения о них можно найти в [4]). Массив CTD (зонд conductivity-temperature-depth) данных разрезов WOCE содержит значения температуры T, солености S и концентрации растворенного кислорода [O2] в точках гидрофизических станций через каждые 2 дб до дна океана, а массив батометрических данных - значения [O2], концентрации растворенных
2— 3—
кремния [Si O3 ], фосфора [PO4 ] и некоторых других элементов на горизонтах взятия проб. Климатический массив WOCE объединяет известный массив Левитуса [8], данные WOCE и некоторые другие данные, не вошедшие в [8], и состоит из значений T, S, [O2], [Si O2- ], [Po3- ], [NO- ] и нейтральной плотности у" на стандартных гори-
234 Станции 188
240 233 230 220 210 200 190186 180
-30°05-' 30°05' - 32°30' ю.ш.
Рис. 2. Распределение концентрации растворенного кислорода [О2] (м
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.