Повышение температуры поверхностных вод между Антарктидой и тропиками не происходит равномерно по всему Южному океану, а сконцентрировано на двух границах или слияниях, где воды, текущие на северо-восток, опускаются и уступают место водам с другими свойствами.
Эти океанические границы — антарктическое и субтропическое слияния — разделяют три зоны поверхностных вод: антарктическую, субантарктическую и субтропическую. Это относительно мелководные зоны. Всю же массу воды океана ниже его поверхности составляет теплое глубокое течение, идущее на юг над массами плотной холодной воды — антарктическим донным течением, медленно направляющимся на север.
Три вышеуказанные поверхностные зоны относительно неглубоки; большая же часть вод океана является частью того или другого мощного глубинного течения.
Подповерхностное течение субтропической и субантарктической зон, идущее на юг, уже упоминалось. Ниже его располагается антарктическое промежуточное течение, возникающее у антарктического слияния, где антарктические поверхностные воды погружаются под более легкие субантарктические воды. Под ним массы соленых вод — теплое глубинное течение — текут на юг в направлении антарктического континента и поднимаются до слоя антарктической поверхностной воды.
Наконец, на дне океана слой холодной соленой, слабо кислородной воды — антарктическое донное течение — медленно течет на север. Большое значение имеет также движение вод вокруг континента на восток по часовой стрелке. Донный слой зарождается на широком шельфе антарктического континента; здесь морская вода зимой охлаждается путем конвекции, и её соленость значительно увеличивается в силу замерзания верхних слоев. Плотная вода опускается и течет на север в виде придонного течения, которое, смешиваясь с глубинным теплым течением, образует антарктическую придонную воду.
На физические особенности морской воды в значительной мере влияют и биологические факторы. Так, например, растения (фитопланктон) повышают содержание кислорода в поверхностных слоях и истощают содержание в них питательных солей, опускающихся вниз в виде экскрементов и мертвых тел организмов, умирающих у поверхности моря. Питательные вещества, освобождаемые благодаря бактериальному гниению, могут вступить опять в жизненный цикл только путем нового проникновения их в зону растительной жизни или благодаря поднятию кверху, или вследствие турбулентного перемешивания.
Организмы, живущие на дне, истощают содержание кислорода в воде, и путь донных течений может быть прослежен по уменьшенному содержанию кислорода. Таким образом, питательные соли проходят замкнутый цикл.
Познание вод Южного океана многим обязано Д.Р. Дикону и его данным, полученным во время экспедиции «Дисковери». Однако необходимо также отметить и работы более ранних экспедиций. Главные из них со времени «Челенджера» (1872–1876) связаны с названиями судов: «Бельжика» (1897–1899), «Вальдивия» (1898–1899), «Гаусс» (1901), «Антарктик» (1901–1903), «Скотия» (1902), «Франс» (1903–1904), «Планета» (1907–1908), «Пуркуа-па?», «Дейчланд» (1911–1912), «Дана» (1928–1930), «Метеор» (1925–1926), «Норвегия» (1927–1928) и «Дисковери II» (1929–1931).
Из названных экспедиций «Метеор», пересекший Южную Атлантику десять раз, внес наибольший вклад в познание гидрологии Южного океана, не говоря уже о длительных, охвативших широкую область исследованиях «Дисковери II».
В 1956 г. получены новые ценные Данные океанологической группой советской комплексной антарктической экспедиции, плававшей вдоль Восточной Антарктиды на корабле «Обь».
Изучение животного мира Антарктики
Историю биологических исследований в Антарктике и Субантарктике, касающуюся преимущественно моря, можно подразделить на три периода.
Наблюдения ранних экспедиций, положившие начало «каталогизации» флоры и фауны посещенных областей, носили чисто описательный характер. Собирались образцы растений и животных, иногда в очень значительном количестве, которые по возвращении экспедиции описывались специалистами. Экспедиция на «Челенджере» (1872–1874), с её подробными и очень ценными отчетами, типична для первого периода биологических наблюдений.
Главной целью исследований являлось описание морфологии организмов, их классификация и выяснение их распространения, и хотя работа в этом направлении продолжается, всё ещё остается очень многое сделать для составления исчерпывающего перечня обитателей антарктических вод.
Однако с 1925 года наметился иной подход к биологическим исследованиям, так как новые научные методы дали возможность обратить внимание на динамическую сторону жизни. В этом году был образован Британский комитет открытий и началась новая эра научных биологических работ в океане, пионерами которых были экспедиции на «Гауссе», «Метеоре» и «Дисковери II», причем последней экспедицией была проведена длительная программа исследований.
Сначала наблюдения охватывали только квадрант Фолклендских островов и касались лишь китов и китовой ловли, но после введения ловли с пловучих баз Комитет открытий распространил свою деятельность на изучение вод океанов, омывающих Антарктиду.
Макинтош (1950) рассматривает этот период деятельности Комитета открытий как переходный от экспедиционной к стационарной работе, запланированной и организованной постоянно действующими институтами. В эту конечную фазу биологическая исследовательская работа в Антарктике вступает только сейчас.
В основном биологическое изучение в Антарктике начиная с 1925 года концентрировалось на организмах, живущих в водах океана. Главным объектом работы экспедиций Комитета открытий были киты. В водах океана сосредоточены все факторы, оказывающие влияние на жизнь китов, т. е. на их распространение, миграцию и её пути, на цикл размножения, на их пищу и режим питания. Иначе говоря, изучение китов оказалось связанным с выполнением широкой программы в области физической и биологической океанографии.
Во-вторых, режим вод Южного океана носит поразительно однородный и закономерный характер. Ни одна крупная масса суши, помимо центрального антарктического континента, не оказывает влияния на циркуляцию водных масс, и благодаря этому стало возможным закартировать ряд однородных и ритмически повторяющихся черт южных океанических вод, касающихся их физического характера и динамики. Имеющиеся данные по сообществам организмов показывают для них такое же единообразие и правильность, в большинстве случаев находящиеся в строгом соответствии с физическим характером вод. Эта особенность дала возможность провести изучение распространения животных и растений, их сезонных перемещений, историю их жизни и взаимосвязей в очень широком масштабе, неизвестном для других морей мира. Южный океан представляет собой поле исследований, где изучение общих принципов морской экологии может быть проведено с успехом, и на изучение по этой линии было направлено главное внимание.
Общепризнано, что число видов организмов, населяющих антарктические воды, невелико, но что каждый вид встречается в несчетном количестве индивидуумов, тогда как в тропических водах положение до известной степени противоположно.
В море, так же как и на суше, жизнь животных зависит в большой мере от растений. Растительность открытого океана состоит из микроскопических плавающих водорослей, в совокупности называемых фитопланктоном. В присутствии солнечного света эти крохотные растеньица непосредственно используют питательные соли, растворенные в морской воде, как, например, нитраты и фосфаты.
Наблюдения, проведенные при плавании «Дисковери II», показали, что с концентрацией нитратов и фосфатов, значительно превосходящей все известные для других морских областей, связаны колоссальные массы фитопланктона в Антарктике. Эти соли присутствуют в количествах, повидимому всегда превышающих существующую в них потребность. Следствием такого обильного источника пищи является распространение в антарктических водах крупных животных.