Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Wszystkie morza i oceany łączą się ze sobą we wszechocean, który pokrywa ponad 70% powierzchni Ziemi. Tworzy on największe i najbardziej stabilne środowisko życia. Jego cechą charakterystyczną jest obecność rozpuszczonych soli mineralnych – wszędzie mających taki sam skład chemiczny. Średnie stężenie soli we wszechoceanie nie zmieniło się od milionów lat i wynosi 3,5% (35 g soli/kg wody).

R1UOTzNS6cW1m1
Młody żółw kieruje się w stronę wody, gdzie początkowo będzie płynąć z prądem.
Źródło: Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 4.0.

W oceanie pojawiły się pierwsze formy życia i mimo różnych zdarzeń w historii Ziemi (np. wielkich wymierań) wciąż obfituje on w różnorodne organizmy. Nie wiadomo, jaka jest przybliżona liczba gatunków żyjących w wodach morskich – znanych jest zaledwie 270 tys., lecz szacuje się, że może ich być milion, a nawet 10 milionów. Ich życie w dużej mierze zależne jest od prądów morskich, które mają wpływ na temperaturę i ciśnienie wody oraz rozpuszczalność gazów w wodzie. Dla wielu organizmów stanowią również „środek transportu”: przenoszą plankton i larwy osiadłych zwierząt, np. koralowców, na nowe miejsca, a potem dostarczają im pokarm. Młode zwierzęta, które wylęgły się w rzekach (jak np. łososie), w pobliżu wybrzeży (jak np. śledzie) czy na lądzie (jak np. żółwie), niesione prądem wędrują w zasobne rejony oceanu.

bg‑cyan

Jak powstają prądy morskie?

Prądy morskie to ruchy wody we wszechoceanie, zarówno w poziomie (np. z północy na południe), jak i w pionie (np. od powierzchni w głąb). Płyną w określonym kierunku, czasami z bardzo dużą prędkością (kilkanaście km/godz.). Uwarunkowane są ukształtowaniem dna morskiego, linią brzegową kontynentów oraz głębokością i kształtem akwenu. Powstają pod wpływem wielu czynników opisanych poniżej.

Różnice gęstości wody

Gęstość wody jest zależna od temperatury związanej z ogrzewaniem słonecznym – różnice gęstości sprawiają, że ciepłe prądy płyną przy powierzchni oceanu, a zimne w jego głębinach.

Różnice zasolenia wody

W strefach zwrotnikowych zasolenie wynosi 3,7%, a przy Antarktydzie 3,4%; jest ono mniejsze przy ujściach dużych rzek. Im większe zasolenie, tym większa gęstość wody i jej masa. Cięższa woda opada – tworzy się prąd zstępujący.

Ciśnienie powietrza

Wzrost ciśnienia powietrza o 1% obniża poziom morza o 1 cm. Przy różnicach ciśnienia od 950 do 1050 hPa w ciągu roku oznacza to od +63 cm do −37 cm różnicy od średniego poziomu morza (= 0). Zmiana poziomu wody pod wpływem zmian barycznych wywołuje jej ruch w celu wyrównania poziomu.

Tarcie masy powietrza (wiatru) o powierzchnię wody

W ten sposób powstają np. prądy monsunowe.

Różnice poziomu zwierciadła wody w sąsiadujących częściach oceanu

Prądy są skutkiem dążenia wody do wyrównania poziomu morza.

Siły przyciągania Słońca i Księżyca

Powodują one pływy – regularne ruchy wód oceanicznych (przypływy i odpływy).

Ruch obrotowy Ziemi i grawitacja

Ruch obrotowy Ziemi (nie jest ona idealną kulą) i grawitacja (inna dla obszarów przybrzeżnych i dna oceanu) to czynniki wywołujące ruch wody – prądy i pływy.

Na ruch wody ma też wpływ siła Coriolisasiła Coriolisasiła Coriolisa – w jej wyniku kierunek przepływu prądu odchyla się ok. 45° w prawo na półkuli północnej, a w lewo na półkuli południowej. Także siły tarcia pomiędzy warstwami wody powodują hamowanie lub zmianę kierunku prądu.

1
Ciekawostka

Wysokość powierzchni Bałtyku może się znacząco zmieniać z północy na południe i z zachodu na wschód. Głębokie obniżenie ciśnienia atmosferycznego nad Zatoką Botnicką (między Finlandią i Szwecją) w połączeniu z wysokim ciśnieniem nad południowym Bałtykiem powoduje zmiany poziomu morza dochodzące do 2 m.

RDMvUJosNV3Jr
Wizualizacja Prądu Zatokowego (Golfsztromu). Kolory oznaczają temperaturę wody: od ciepłej w okolicy Zatoki Meksykańskiej (barwa czerwona) do chłodnej w strefie okołobiegunowej (barwa niebieskozielona).
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.
bg‑cyan

Prądy powierzchniowe – wiatrowe (dryftowe)

Ruch mas wody spowodowany ruchem powietrza (wiatrem) odgrywa istotną rolę w transporcie materii i energii w biosferze. Wiatr przesuwa masy wody na powierzchni oceanu, a te wskutek tarcia wywołują ruch wody do 100 m w głąb, przy czym zmienia się jego kierunek – to spirala Ekmana wynosząca chłodne i bogate w składniki mineralne wody z głębi na powierzchnię. Prądy powstałe w wyniku krótkotrwałych wiatrów są nazywane prądami wiatrowymi. Wiatry wiejące stale: pasaty w strefie równikowej, monsuny na półkuli południowej i przeważające wiatry zachodnie w strefie umiarkowanej wywołują ciepłe prądy dryftowe. Z reguły nie sięgają one głęboko. Wyjątkiem są Prąd Zatokowy (Golfsztrom), który porusza wodę aż do dna Atlantyku na półkuli północnej, i prąd Kuro‑siwo (Prąd Japoński) w północno‑zachodniej części Pacyfiku, sięgający 2,5 km w głąb.

1
Ciekawostka

Wiatr wiejący nad oceanem przez 10 godz. powoduje powierzchniowy ruch wody (prąd) o prędkości stanowiącej 2% prędkości wywołującego go wiatru. Wiatry wiejące od lądu (zwykle w kierunku zachodnim) odpychają wodę na powierzchni. Na jej miejsce podpływa woda z głębszych warstw, przynosząc podniesione z dna cząsteczki (muł) i sole mineralne, dzięki czemu użyźnione zostają obszary przybrzeżne. Zjawisko wynoszenia wód z głębin na powierzchnię zwane jest z języka angielskiego upwellingiem.

R7nq0jRgauMlD
Grafika przedstawia schematyczną mapę świata. Oznaczono na niej strefy opadania i formowania się wód. U wschodnich wybrzeży Azji, na Oceanie Spokojnym znajduje się strefa, gdzie formują się i opadają zimne i słone wody (downwelling). U zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej i Północnej oraz między Australią i Oceanią a Ameryką Północną znajdują się główne strefy wznoszenia wód na Oceanie Spokojnym. Na wodach Oceanu Atlantyckiego, między Europą, Grenlandią i Ameryką Północną znajdują się strefy, gdzie opadają wody o średniej temperaturze i średnim zasoleniu oraz strefy, gdzie formują się i opadają zimne i słone wody. W zachodnich wybrzeży Afryki, na Oceanie Atlantyckim, występują strefy wznoszenia się wód. Wody między Ameryką Południową a Antarktydą to strefy, gdzie opadają wody o średniej temperaturze i średnim zasoleniu oraz strefy, gdzie formują się i opadają zimne i słone wody oraz główne strefy wnoszenia wód.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan

Cyrkulacja termohalinowa (globalny pas transmisyjnytermohalinowa cyrkulacjaglobalny pas transmisyjny, transporter)

Siła Coriolisa i siła ciężkości wywołują cyrkulację wody powierzchniowejcyrkulacja wody, wirycyrkulację wody powierzchniowej spiętrzonej przez wiatr: na półkuli północnej woda wiruje w prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara), a na południowej w lewo. Na kolisty ruch prądów istotny wpływ ma także różnica gęstości wody spowodowana nagrzewaniem warstw powierzchniowych i oddawaniem przez nie ciepła do powietrza. Od Florydy ciepły Prąd Zatokowy (Golfstrom) płynie na północ, ogrzewając powietrze nad zachodnimi i północnymi wybrzeżami Europy. W okolicy Grenlandii jego już zimne i gęste od soli wody opadają na dno i kierują się na południe, płynąc powoli jako prąd głębinowy po dnie Atlantyku do wybrzeży Antarktydy. Zimne wody płyną wzdłuż wybrzeży Australii na Pacyfik, gdzie pojawiają się po kilkuset latach od startu na Północnym Atlantyku. Tu na dużej powierzchni woda jest nagrzewana przez słońce. Ogrzane wody wznoszą się (upwelling) i jako ciepły i żyzny prąd płyną wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki, dalej zaś przez wody Archipelagu Filipińskiego na Ocean Indyjski i z powrotem na Atlantyk wokół Afryki.

R9gpTnyGBPkaK1
Schemat przedstawia pas transmisyjny prądów powierzchniowych i głębinowych. Przepływ prądów został oznaczony strzałkami na oceanach otaczających kontynenty. U wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej, na Oceanie Atlantyckim ciepła woda ogrzewa powietrze. Następnie prąd wody płynie przez Ocean Atlantycki wzdłuż wybrzeży Ameryki Południowej. To zimny i słony prąd głębinowy. Prąd ten płynie dalej wzdłuż wybrzeży Antarktydy, Australii i Oceanii i wpływa do Oceanu Spokojnego. U wschodnich wybrzeży Azji słońce nagrzewa morską wodę. Prąd zawraca i płynie, tym razem wzdłuż wybrzeży Indonezji, przez Ocean Indyjski. To ciepły prąd powierzchniowy. Dalej płynie wzdłuż wybrzeży zachodnich Afryki, trafia do Atlantyku i znów ciepła woda ogrzewa powietrze u wybrzeży Ameryki Północnej. Cykl się zamyka i powtarza.
Globalny pas transmisyjny, złożony z prądów powierzchniowych i głębinowych, wpływa na klimat, przenosząc ciepło. Ma także znaczenie dla organizmów żywych, podnosi bowiem z głębin sole mineralne potrzebne producentom (upwelling). „Silnikiem” pasa jest Golfsztrom – wiązka ciepłych prądów powierzchniowych na północnym Atlantyku.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan

Jak upwelling wpływa na bioróżnorodność?

Zjawisko upwellingu ma duże znaczenie dla produktywności ekosystemów morskichproduktywność ekosystemuproduktywności ekosystemów morskich. Życie w oceanie jest skoncentrowane głównie w warstwie, gdzie docierają promienie słoneczne, ale większość materii organicznej znajduje się głębiej, na dnie. Są to odchody oraz szczątki roślin i zwierząt, nieustannie opadające w postaci „morskiego śniegu”. Organizmy przydenne rozkładają tę materię do soli mineralnych. Prądy wstępujące przenoszą te związki ku powierzchni, gdzie są potrzebne producentom zjadanym następnie przez konsumentów. Widać to np. u wybrzeży Antarktydy: silne prądy wynoszą pierwiastki biogennepierwiastki biogennepierwiastki biogenne wyżej, gdzie zasilają bogaty morski fitoplankton. Stanowi on pokarm planktonu zwierzęcego, który dzięki tej obfitości może się bujnie rozwijać. Plankton roślinny i zwierzęcy jest pożywieniem dla większych organizmów, np. skorupiaków zwanych krylem (to nazwa zbiorcza dla ok. 85 gatunków). Olbrzymie ilości kryla są wystarczające, by wyżywić największe stworzenia świata – fiszbinowce (walenie) oraz liczne ryby, pingwiny, foki i ptaki morskie.

RaxikZxfmyfSo1
Manta (Manta birostris) zjadająca plankton. Odchody zwierząt i martwe organizmy opadają na dno, gdzie są rozkładane. Upwelling wynosi powstałe sole mineralne z głębi pod powierzchnię, gdzie korzystają z nich producenci – fitoplankton, będący pokarmem zooplanktonu. Rozkład materii jest możliwy dzięki bogatym w tlen wodom, spływającym w głąb jako downwelling.
Źródło: Jon Hanson, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.0.
bg‑cyan

Czy downwelling również wpływa na organizmy?

Wody powierzchniowe mogą być spychane w dół przez nacisk wody przemieszczającej się z wiatrem w stronę wybrzeża lub w wyniku zmiany kierunku prądu morskiego. Największe znaczenie dla organizmów przydennych ma globalny pas transmisyjny. Niesie on bogato natlenione wody powierzchniowe w głąb, przepłukując dno oceanów. Bez tej „dostawy” tlen zostałby szybko wykorzystany w procesach rozkładu, prowadzonych przez reducentów, i przewagę zyskałyby bakterie beztlenowe. Produkowany przez nie siarkowodór jest zabójczy dla wielu organizmów.

Ciekawostka

Naukowcy uważają, że 250 mln lat temu prądy głębinowe niemal ustały. Wody ubogie w tlen, za to bogate w metan i siarkowodór wypełniły głębiny, a następnie dotarły do stref przybrzeżnych. Spowodowało to największe w dziejach planety wymieranie permskiewielkie wymieraniewymieranie permskie – zniknęło wówczas na zawsze niemal 95% gatunków morskich.

Słownik

cyrkulacja wody, wiry
cyrkulacja wody, wiry

powierzchniowy ruch wody napędzany wiatrem i modyfikowany przez siłę Coriolisa

pierwiastki biogenne
pierwiastki biogenne

pierwiastki niezbędne do życia, wykorzystywane do budowy struktury organizmów lub w procesach metabolicznych; dzielą się na mikroelementy i makroelementy; krążą w biosferze

produktywność ekosystemu
produktywność ekosystemu

ilość związków organicznych wyprodukowanych w jednostce czasu lub intensywność magazynowania energii w wiązaniach tych związków

produktywność pierwotna
produktywność pierwotna

tempo wytwarzania asymilatów przy udziale energii słonecznej (w jednostce czasu na jednostkę powierzchni)

produktywność wtórna
produktywność wtórna

tempo wykorzystania materii i energii przez konsumentów do wytworzenia swojej biomasy

siła Coriolisa
siła Coriolisa

pozorne odchylenie (od linii prostej) toru poruszającego się obiektu, związane z ruchem układu odniesienia; sprawia to, że np. wiatr lub prąd morski zmienia kierunek (odchyla się) – na półkuli północnej w prawo, a na południowej w lewo

termohalinowa cyrkulacja
termohalinowa cyrkulacja

(gr. therme – ciepło, hals – sól) – przemieszczanie się mas wody na powierzchni i w głębinach wynikające z różnic gęstości, która jest zależna od temperatury i zasolenia; cyrkulacja ta reguluje klimat, a pośrednio warunki życia na Ziemi

wielkie wymieranie
wielkie wymieranie

okres w dziejach Ziemi, kiedy wskutek różnych przyczyn wymarło od 30 do 95% ówcześnie istniejących gatunków; udokumentowano pięć wielkich wymierań i uważa się, że obecnie trwa szóste – spowodowane działalnością człowieka