V, (5.17) trong đó và tuần tự là những tổng trữ lượng nước trong Đạ
1- Thái Bình Dương, 2 Đại Tây Dương, 3 Ấn Độ Dương
6.5. Về những cơ chế hình thành và tiến triển của các khối nước đại dương
nước đại dương
Thông qua phân tích sự phân bố của các khối nước suy ra rằng các nhân tố cơ bản hình thành nên chúng là những quá trình trao đổi nhiệt và nước qui mô lớn qua mặt đại dương, hoàn lưu nước phương ngang và phương thẳng đứng, những quá trình đối lưu thu đông ở các vĩ độ cao và ở các thủy vực biển giữa các lục địa. Chính là sự kết hợp và những đặc điểm biểu lộ các nhân tố đã nêu mà cuối cùng dẫn tới hình thành các khối nước lớn với những đặc trưng tựa dừng. Tuy nhiên, đại đa số các khối nước được “ra đời” trong quá trình trao đổi nhiệt và nước, tức trong khi tiếp xúc trực tiếp với khí quyển. Kết quả là các khối nước có được nét riêng và những tính chất đặc trưng nhất trước hết ở nơi mà chúng hình thành trên mặt đại dương. Sau đó các khối nước mới bị biến tính (tiến triển) trong khi di chuyển trong phương ngang và phương thẳng đứng.
Đương nhiên là phần lớn các khối nước trung gian, sâu và sát đáy được hình thành từ các khối nước mặt. Trong đó sự chìm xuống của nước mặt diễn ra chủ yếu do những di chuyển thẳng đứng, những di chuyển này lại do chuyển động xoay trong phương ngang của chúng gây nên. Những vùng có điều kiện thuận lợi nhất để tạo thành các khối nước là ở các vĩ độ cao, nơi đây mật độ nước cao cùng với građen thẳng đứng không lớn đã thúc đẩy sự phát triển những chuyển động giáng mạnh mẽ ở rìa các hệ thống xoáy thuận. Ranh giới của các loại khối nước thường là những lớp phân cách các đới cấu trúc.
Một trong những hiện tượng lí thú nhất xảy ra trong đại dương là sự hình thành các khối nước sát đáy. Phần lớn chúng được tạo thành ở các dải thềm của các biển Weđen, Rossa và phần phía bắc các biển Na Uy và Grinlan. Ở biển Weđen, chúng tạo thành nhiều nhất và ở đây quá trình tạo nước xảy ra từ từ, nhiều giai đoạn và nhiều lần hòa trộn liên tiếp các loại nước khác nhau.
Trước hết, nước của thềm phía tây (T1,93C, S34,56 )
% được hình thành trong quá trình nguội lạnh và mặn hóa mạnh do
trao đổi rối, bốc hơi và tạo băng. Do hoàn lưu xoáy thuận, có một lưỡi nước sâu biến tính ( ) xâm nhập vào biển Weđen tới vùng đang xét. Khi hòa trộn hai khối nước này trong lớp 280-340 m đã tạo thành loại nước đáy của biển Weđen ( ,
84 , 34 o o % 34,65 S , C 7 , 0 T T 0,90C S34,655%o). Vì nặng hơn, nước này trườn theo sườn lục địa, bị lôi cuốn vào hoàn lưu và chuyển động theo chiều kim đồng hồ dọc theo sườn, dần dần hòa trộn với nước sâu ấm và tạo thành một khối nước mới với nhiệt độ từ -0,3 đến -0,4oC và độ muối 34,66%o, được gọi là nước đáy Nam Cực (АДВ).
Đặc điểm hình thành nước đáy Nam Cực là nó xảy ra không chỉ trong thời kì lạnh của năm, mà cả trong mùa hè. Ước lượng gần đúng về tỉ lệ phần trăm các loại nước nguyên thủy tạo thành nước đáy Nam Cực cho thấy rằng trong quá trình hòa trộn có 12,5% nước mặt, 25% nước thềm phía tây và 62,5% nước ấm tầng sâu tham gia. Tốc độ hình thành nước bằng khoảng 160 000 km3/năm. Sự tồn tại của một vùng nước không đóng băng khổng lồ ổn định rộng tới 500 nghìn km2 ở đây là kết quả của quá trình xáo trộn đối lưu diễn ra mạnh mẽ.
Sau khi ra khỏi biển Weđen, nước đáy Nam Cực lan truyền vào Đại Tây Dương chủ yếu dọc theo hệ thống dãy núi giữa Đại Tây Dương, cắt qua xích đạo và đi tới khoảng 40oN (hình 6.12), còn một phần bị hải lưu vòng quanh cực Nam Cực lôi cuốn vào chuyển động vĩ hướng được mang tới Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương.
Một cơ chế độc đáo khác hình thành nên các khối nước là dòng nước độ muối cao dưới sâu từ Địa Trung Hải và Hồng Hải chảy vào Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương. Do kết quả bốc hơi rất mạnh ở các biển này trong mùa đông và hệ quả là xáo trộn đối lưu mạnh, mà đã hình thành những lượng lớn loại nước sâu tương đối ấm (hơn 13oC ở Địa Trung Hải và hơn 21oC ở Hồng Hải) và độ muối cao (tuần tự gần 39%o và hơn 42%o). Nước sâu Địa Trung Hải chảy trong lớp sát đáy qua eo Ghibralta (hình 6.13) và vì nó nặng hơn nhiều so với nước Đại Tây Dương xung quanh, nên trườn xuống sâu theo thềm và sườn lục địa cho tới độ sâu 1000-1500 m. Tại những độ sâu đó mật độ nước Địa Trung Hải và nước Đại Tây Dương trở nên bằng nhau. Vì vậy, nước Địa Trung Hải bắt đầu lan truyền (đẳng mật độ) theo phương ngang dưới dạng một lớp xâm nhập. Khác biệt quan trọng của khối nước này với
những khối nước khác (thí dụ, nước đáy Nam Cực) là ở chỗ sự chuyển giao các tính chất từ nguồn xâm nhập ra phía rìa được thực hiện nhờ những quá trình xáo trộn nhiều qui mô.
Hình 6.12. Sự truyền bá khối nước đáy Nam Cực trong Đại Tây Dương
Hình 6.13. Dòng nước Địa Trung Hải đi ra Bắc Đại Tây Dương
Sự hình thành khối nước trung gian Hồng Hải ở Ấn Độ Dương cũng diễn ra tương tự như vậy. Nước Hồng Hải độ muối cao chảy trong lớp sát đáy qua eo Babel-Mađep tới vịnh Ađen và ở đó nó hòa trộn với nước biển Aravi có các đặc trưng nhiệt muối gần giống và lan truyền tiếp tới một phần rộng lớn của Ấn Độ Dương.
Như vậy, có thể rút ra kết luận về những khác biệt quan trọng trong sự hình thành các khối nước. Phần lớn các khối nước, như đã nhận xét, được tạo thành ở những vùng đồng nhất khí hậu của đại dương trong khi tiếp xúc trực tiếp với khí quyển. Ngoài ra các khối nước này chiếm những không gian rộng lớn và chúng không di chuyển như một thể thống nhất. Đồng thời, trong phạm vi bản thân khối nước, thì nước liên tục chuyển động và bị lôi kéo vào các quá trình trao đổi và xáo trộn. Những khối nước như vậy được gọi là khối nước cơ bản, hay khối nước nguyên sinh.
Các khối nước thứ sinh là kết quả hòa trộn các khối nước cơ bản và nước từ những biển ven và biển giữa lục địa được mang vào đại dương, trong đó lớp xâm nhập là hạt nhân “mẹ” của chúng.
Trong một số trường hợp, người ta phân định những khối nước cục bộ (địa phương). Đó là những hạt nhân của những thành tạo xoáy biệt lập lan truyền trong các khối nước mặt hay nước trung gian, những lưỡi xâm nhập
qui mô vừa và nhỏ (thí dụ, những xâm nhập front) được tách khỏi những khối nước mẹ và di chuyển vào bên trong bề dày của các khối nước khác loại. Nét khác biệt quan trọng của những khối nước cục bộ là ở chỗ sự di chuyển của chúng là một thể thống nhất và có thể không trùng hợp với sự di chuyển của khối nước mẹ.
Các chỉ số chính xác nhất của một khối nước là những đặc trưng vật lý, hóa học hay những đặc trưng khác ở “nhân” của nó, tức ở vùng hình thành. Từ nhân cho đến các biên ngoài, những đặc trưng của khối nước thường không giữ không đổi, mà bị biến đổi trong những giới hạn nào đó. Những biến đổi ấy, tức sự biến tính của khối nước, được thực hiện dưới tác động của những nhân tố sau: sự dịch chuyển khối nước từ một vùng khí hậu này sang vùng khác, những biến đổi điều kiện bên ngoài ở vùng phân bố và sự hòa trộn với các khối nước láng giềng.
Nhân tố thứ nhất gọi là biến tính đới, vì nó liên quan tới tác động của các dòng chảy đại dương kinh hướng. Nhân tố thứ hai là biến tính mùa, liên quan tới biến trình năm của các quá trình khí tượng thủy văn ở nơi cư trú của khối nước. Khi đó có thể xuất hiện những biến thể của khối nước (biến thể mùa đông và biến thể mùa hè của khối nước). Nhân tố thứ ba được gọi là biến tính xáo trộn, có thể xảy ra từ từ nếu giữa các khối nước không có ranh giới rõ nét. Điều này đặc trưng trước hết cho các loại nước của các đới cấu trúc sâu và sát đáy. Tuy nhiên, biến tính xáo trộn có thể được thực hiện rất nhanh, điều này trước hết xảy ra với các dải front đại dương, nơi đó các đặc trưng lý, hóa chính có građien không gian lớn so với giá trị nền của chúng. Các dải front dừng (khí hậu) và bản thân các front là ranh giới tự nhiên của những khối nước cơ bản trong Đại dương Thế giới.
Ở vùng khơi đại dương có thể phân định năm kiểu front: kiểu xích đạo, kiểu cận xích đạo, kiểu chí tuyến, kiểu cận cực và kiểu cực. Tổng số front ở Đại Tây Dương là 8, ở Thái Bình Dương - 7 (không có front Bắc Cực), ở Ấn Độ Dương - 5 (ở phần phía bắc đại dương này chỉ có các front xích đạo và cận xích đạo), ở Bắc Băng Dương chỉ có front Bắc Cực. Các front và dải front có đặc trưng là tính năng động cao của các quá trình diễn ra trong
chúng. Các front cận cực có tính năng động đặc biệt cao, do liên quan tới sự tương tác của nước các vĩ độ thấp và nước các vĩ độ cao với những đặc trưng lý hóa rất khác nhau. Các front xích đạo và chí tuyến ít năng động nhất. Tuy nhiên, mặc dù tính tích cực động lực cao, đặc trưng của các front khí hậu là vị trí ổn định trong không gian.