Поступление тепла ст солнца невелико, обратное лучеиспускание значительно больше. Но постоянного, из года в год, охлаждения Центрального полярного бассейна не происходит лишь благодаря притоку сюда более теплых вод из Атлантического океана в самых дальних струях системы Гольфстрима.
Раньше считалось, что район устойчиво занят антициклоном. Исследования последних десятилетий показали, что во все сезоны сюда время от времени проникают циклоны, особенно с Атлантики. Они приносят облачность, осадки, ветер до 15–20 м/с, вызывают подвижки льдов. Так что черное безмолвие звездной полярной ночи временами нарушается свистом штормового ветра, вьюгой, снегопадами, грохотом сталкивающихся льдов. Летом обильны прямые и рассеянные солнечные лучи, ослепительно сверкают льды и снега. Осенью и весной, когда солнце находится близ горизонта, иногда наблюдаются совершенно исключительные по красоте краски неба, обусловленные обилием в воздухе снежных кристаллов разных размеров и формы. Температура воздуха летом обычно около 0 °C, зимой — (25–30), иногда —50 °C.
Зимой происходит интенсивное ледообразование. Каждый год появляются новые льды толщиной около 3 м. При замерзании морской воды большая часть содержащихся в ней солей вытесняется, лед получается относительно пресным, с отдельными включениями капель высокосоленого рассола. В результате соленость воды повышается, она становится более плотной и погружается на глубину. Так развивается конвективное перемешивание, обусловленное замерзанием воды.
В течение 4–6 месяцев продолжается полярный день. Из-за таяния льдов поверхностный слой заметно опресняется. Легкая опресненная вода очень слабо перемешивается с расположенной ниже водой нормальной солености. Поверхностный слой в значительной мере изолирован от расположенных ниже слоев. В то же время изменения температуры по вертикали невелики, обычно в пределах 3°, т. е. толща воды всегда холодная. В течение короткого приполярного лета, которое длится 1–2 месяца и охватывает лишь часть полярного дня, в поверхностном слое воды на свободных от льда площадях развивается фитопланктон, а затем и зоопланктон. Несмотря на исключительную суровость природных условий, здесь обитает некоторое количество рыб разных видов. Ими питаются птицы и ластоногие. Количество видов животных невелико.
Центральный полярный бассейн участвует в общей циркуляции вод Мирового океана. Здесь образуются большие количества холодной (0 °C и ниже) воды нормальной океанской солености. Отсюда она движется вдоль дна в более низкие широты. В то же время сюда проникают слабые струи теплых вод из Атлантики и Тихого океана. Эти воды погружаются под сильно опресненные и потому легкие поверхностные воды и прослеживаются на глубину до 300 м. Биологические ресурсы акватории изучены слабо из-за постоянных льдов.
Исследование Центрального полярного бассейна ведется сетью станций, работающих на островах и дрейфующих льдах. Кроме того, практикуется высадка подвижных научных групп на льды с помощью самолетов.
В Северном Ледовитом океане находятся величайший остров на Земле — Гренландия и несколько архипелагов арктических островов. Ледники покрывают большую часть Гренландии, Земли Франца-Иосифа, Шпицбергена, Северной Земли. Свободные от льда пространства из-за очень низкой летней температуры заняты самой суровой разновидностью тундры — высокоширотной арктической. На этой холодной каменистой полупустыне очень слабо развит почвенный и растительный покров. Обитающие здесь животные добывают себе питание в океане.
На юге земного шара пространство, соответствующее (по широтам) арктическому поясу, занято Антарктическим континентом. Площадь его почти равна площади всего Северного Ледовитого океана. Антарктический континент, излучая в пространство огромное количество тепла, является главным холодильником планеты и сильно охлаждает по существу все южное полушарие. Поэтому термический экватор расположен в основном севернее географического, а все пояса южного полушария, в том числе антарктический, оказываются сдвинутыми в несколько более низкие широты по сравнению с поясами северного полушария.
Южный полярный, или антарктический, пояс более или менее широкой полосой окаймляет Антарктический материк. Акватория покрыта морскими льдами и айсбергами, а в некоторых районах — шельфовыми льдами континентального происхождения. Шельфовые ледники занимают большие пространства материковой отмели и даже выходят в область континентального склона. Гигантским обрывом, в десятки метров высотой, они нависают над океаном. Так, барьер Росса представляет собой непрерывную стену длиной около 700 км, высотой до 80 м над уровнем моря.
У края шельфовых ледников зарождаются обширные столообразные айсберги длиной в десятки километров. Ветер с материка выносит их в открытый океан. Ни материковые, ни островные барьеры не препятствуют дрейфу льдов на север, они движутся преимущественно на северо-запад и попадают в зону таяния. Полоса постоянных морских льдов в Антарктике невелика, порядка 50 миль, а общая площадь их лишь 2,5 млн. км2. Иногда в феврале-марте сохраняется лишь узкий припай вдоль берега материка.
В Антарктике и Арктике преобладает белый цвет, но со множеством оттенков. Если лед (морской или айсберги) содержит воздушные пузырьки, он белый, как сахар, и сверкает на солнце. Глетчерный лед почти без пузырьков воздуха — голубой. Лед, содержащий диатомовые водоросли, становится грязно-бурым. Иногда айсберги окрашены в розовый и оранжевый цвета — это низко стоящее солнце посылает лучи через толщу влажного воздуха.
В результате осенне-зимнего охлаждения воды и ледообразования над шельфом, особенно в море Уэдделла, формируются большие массы очень холодной воды с соленостью, близкой к нормальной. Эти воды погружаются и движутся в северном направлении вдоль дна, заполняя глубокие котловины океанов, проникают даже за экватор. Из субполярных широт сюда, в основном летом, приходят циклоны, приносящие относительно теплые северо-западный и северный ветры, штормы и осадки. Но зимой преобладает ветер с охлажденного континента. Над океаном он поворачивает несколько влево (из-за вращения Земли) и становится юго-восточным, создавая перенос вод с востока на запад, вокруг континента. Там, где берег выдается далеко на север, этот почти кольцевой поток разрывается, а там, где антарктические краевые моря (Уэдделла и др.) глубоко внедряются в континент, формируются замкнутые или полузамкнутые круговороты вод по часовой стрелке.
В связи с тем, что поверхностные антарктические воды изолированы от холодных северных, здесь много животных, отсутствующих на севере, и, наоборот, нет многих северных животных. Так, лишь в Арктике встречаются моржи и белые медведи, Антарктику населяют пингвины, тюлени морские леопарды и др.
Исключительно сурова природа Антарктиды. Большая часть материка покрыта ледником толщиной в среднем 2 км. Морозы доходят до —88 °C; полярная ночь длится 4–6 месяцев, нередки сильные ветры. Естественно, на континенте почти нет ни флоры, ни фауны, но в океане — богатая и достаточно разнообразная жизнь. Летом, в январе-феврале, обильное солнечное освещение вызывает развитие массы диатомовых водорослей. Прозрачные синие воды становятся зелеными, иногда желто-зелеными и мутными. Вслед за фитопланктоном появляется зоопланктон, мелкий и крупный. Им питаются рыба, кальмары, тюлени, киты, птицы. На дне оживают мягкие альционариевые кораллы, морские звезды, голотурии, губки, асцидии. Все они усваивают планктон и органические остатки, погружающиеся на дно. В марте количество планктона резко уменьшается.
Зимой большинство животных (тюлени, пингвины) находятся в море. Лишь императорские пингвины выводят птенцов на льду в самый разгар антарктической зимы.