Основные физико-географические черты. Значительно вытянутое по широте и суженное по середине Черное море лежит между параллелями 46°38′ и 40°54′ с. ш. и меридианами 27°21′ и 41°47′ в. д. и почти полностью окружено сушей, но не изолировано от Мирового океана. На юго-западе оно через проливы Босфор и Дарданеллы имеет выход в Мраморное море (граница между Черным и Мраморным морями проходит по линии м. Румели — Анадолу) и далее в Средиземное море Атлантического океана. Керченский пролив соединяет Черное и Азовское моря, границей между которыми служит линия от м. Такиль до м. Панагия. Глубоко врезанное в сушу Черное море относится к внутренним морям.
Рис. 8*. Типы берегов и рельеф дна Азовского и Черного морей. Усл. обозначения см. рис. 1
Побережье современного Черного моря довольно разнообразно и представлено различными геоморфологическими типами берегов. Они показаны на карте (см. рис. 8), из которой видно, что море окружают преимущественно абразионные, измененные морем берега. Значительно реже встречаются их аккумулятивные формы. При довольно большом разнообразии береговых форм подводная часть черноморской котловины выглядит сравнительно однообразно. Ее главная морфологическая особенность — сочетание обширной и довольно глубокой впадины с преимущественно крутыми склонами и значительного по площади мелководья в северо-западной части, которое по существу представляет собой самый большой по размерам шельф Черного моря. Из приведенной карты видно также, что сравнительно широкая полоса малых глубин простирается у западного побережья и в Керченско-Таманском районе. На подавляющей части моря большие глубины находятся вблизи берегов, местами подступая к ним почти вплотную.
В современных границах оно характеризуется следующими основными морфометрическими показателями: площадь 422 тыс. км2, объем 555 тыс. км3, средняя глубина 1315 м, наибольшая глубина — 2210 м (43°17′ с. ш., 33°28′ в. д.).
Внутриматериковое положение, вытянутость вдоль параллели при небольшой разности широт северного и южного побережий, относительно малая площадь водного зеркала предопределяют в общем однородные климатические условия на Черном море. Основные черты климата моря в целом формируются под влиянием макроциркуляционных процессов, протекающих в средиземноморском климатическом регионе. Вместе с тем местные особенности, главным образом орография и своеобразие очертаний некоторых участков побережья, создают заметные климатические отличия одних районов Черного моря от других. На большей части пространств черноморский климат сходен со средиземноморским (теплая влажная зима, жаркое и сухое лето). Его юго-восточная часть, защищенная горами, характеризуется климатом влажных субтропиков (обилие осадков, теплая зима и жаркое лето).
Основные сезонные особенности погоды в средиземноморском климатическом регионе, и в частности над Черным морем, определяются взаимодействием Сибирского и Азорского максимумов, Азиатского минимума (Переднеазиатской депрессии) и Средиземноморского зимнего циклона, название которого обусловлено активизацией здесь циклонической деятельности зимой и ее ослаблением летом. Зимой синоптическая обстановка обусловливает преобладание почти над всем морем северо-восточных ветров со средней месячной скоростью 7—8 м/с. Только в юго-восточной части моря дуют преимущественно восточные ветры, среднемесячная скорость которых 5—7 м/с.
Развитие сильных (более 10 м/с) и особенно штормовых ветров связано главным образом с прохождением циклонов над морем. В общем температура воздуха зимой понижается от открытого моря к берегам до −2° на северо-западе, 0° на северо-востоке и до +4—5° на юго-востоке. Минимальная температура воздуха над открытым морем редко бывает ниже 0°, но в северо-западной части она достигает −4—5°.
Под влиянием особенностей крупномасштабного распределения давления (отрог Азорского максимума и положение Азиатского минимума) летом над всем морем преобладают северо-западные ветры. Их средняя скорость над открытым морем равна 3—5 м/с, а над побережьем — 2—5 м/с. Скорость ветра уменьшается в общем с запада на восток. Сильные, в особенности штормовые ветры летом наблюдаются редко. Они возникают при прохождении циклонов. Поле температуры воздуха над морем и это время года довольно однородно. Средняя месячная температура воздуха в августе изменяется от 22° на северо-западе до 23—24° на западе и в центре и до 24—25° на востоке моря.
Многочисленные реки, впадающие в Черное море, вливают в него за год около 346 км3 пресной воды. Наибольший сток дает Дунай (по средним многолетним данным около 201 км3/год), Днепр дает примерно 52 км3/год, Днестр 10 км3/год, Южный Буг несколько более 2 км3/год, Инглу 0,2 км3/год. Всего реки северо-западной части сбрасывают в море 270 км3 воды в год. Реки Крымского побережья дают около 4 км3/год, а реки Кавказского побережья за это время приносят в море 43 км3. Сток рек Турецкого побережья оценивается в 25—26 км3/год, а рек Болгаро-Румынских берегов — 3 км3/год. Из приведенных данных видно, что почти 80% суммарного речного стока поступает в северо-западную часть моря. Сравнительно много речной воды получает море вдоль Кавказских берегов.
Паводок рек Черноморского бассейна приходится на весну, поэтому в названный сезон в море поступает наибольшее количество пресной воды. Осенью отмечается минимальный сток. Кроме сезонных различий, материковому стоку свойствен и межгодовой ход. Он определяется изменчивостью от года к году стока наиболее водоносной реки — Дуная.
Гидрологическая характеристика. Хороший прогрев поверхности Черного моря обусловливает высокую среднюю температуру (8,9°) воды в нем. Зимой наиболее значительные изменения температуры от места к месту происходят в мелководном северо-западном районе. В самом холодном месяце (феврале) она изменяется здесь от −0,5—1,0° у берегов до +7° в открытой части. В области больших глубин температура воды на поверхности в это время года равна 7—8°, а в юго-восточном углу 8,5°.
Летом происходит дальнейшее повышение температуры поверхностного слоя воды по всей площади до 25—26°. Вместе с тем нарушается весеннее однообразие температуры. На карте видно, что она повышается с северо-запада на юго-восток (рис. 10). Это увеличение не так значительно, как зимой, и происходит оно более плавно.
Рис. 10. Распределение температуры воды на поверхности Черного моря летом
Распределение температуры по вертикали для большей части года характеризуется ее наибольшими величинами на поверхности, некоторым понижением до горизонтов 60—75 м, откуда она очень медленно повышается с глубиной и у дна на глубинах 2000 м достигает 9,2°, что объясняется геотермическим притоком тепла от дна. На горизонтах 75—100 м располагается холодный промежуточный слой, вода которого в течение всего года обычно имеет температуру 7—8° в открытых районах моря. Сезонные изменения температуры воды проявляются до горизонтов 150—200 м, однако наиболее отчетливо они выражены в верхнем 50—60‑метровом слое, а их степень во многом зависит от особенностей атмосферных процессов над морем.
Большой речной сток и поступление соленых мраморноморских вод обусловливают довольно высокую (21,90‰) среднюю соленость Черного моря. Однако соленость на его поверхности в среднем почти вдвое меньше солености поверхностных вод Мирового океана. В настоящее время сложилось относительное постоянство солевого бюджета Черного моря, что объясняется сбалансированными величинами поступления солей с нижнебосфорским течением и речным стоком и их выноса верхнебосфорским потоком.
Рис. 11. Распределение солености на поверхности Черного моря летом
Как видно из карты, распределение солености на поверхности моря характеризуется ее незначительным (от 17,5 до 18,3‰) увеличением с северо-запада к юго-востоку (рис. 11). Это объясняется уже упоминавшимся воздействием рек, впадающих в северо-западную часть моря. Пониженная до 5—10‰ соленость наблюдается также в узкой прибрежной полосе, вблизи устьев крупных рек. Небольшое опреснение у Керченского пролива и у восточного берега Крыма вызвано проникновением сюда менее соленых вод Азовского моря. Величины поверхностной солености изменяются по сезонам, что наиболее отчетливо проявляется в опресняемых районах. Зимой соленость несколько повышена в связи с уменьшением притока речных вод в море, в северо-западной части которого ее увеличению способствует осолонение при льдообразовании. Летом значительный речной сток и поступление азовской воды поддерживают распреснение, а морские течения распространяют его к востоку и юго-западному берегу Крыма.
Соленость увеличивается с глубиной в открытой части моря от значений 17—18‰ на поверхности до 22,5‰ у дна. Важная особенность распределения солености по вертикали — существование постоянного во времени галоклина между горизонтами 100—150 м, в котором она увеличивается от 18,5 до 21,0‰. Значительные различия величин солености на разных горизонтах объясняются распресняющим влиянием речного стока, поступлением в глубинные слои моря соленых (34—35‰) мраморноморских вод и особенностями общей циркуляции вод Черного моря. Заметные сезонные изменения солености прослеживаются до горизонта 150 м в западной половине моря и до 100—120 м в восточной. Глубже вертикальный ход солености одинаков по всему морю.
Температура и соленость определяют величины и распределение плотности вод Черного моря. В открытых районах она несколько больше, чем в прибрежной зоне. Зимой и осенью вода на поверхности моря более плотная по сравнению с весной и летом. Плотность увеличивается с глубиной. Лишь у самого дна под влиянием некоторого нагревания воды за счет геотермического теплового потока плотность придонного слоя воды может быть несколько меньше, чем слоев, лежащих над ним. Осенью при сравнительно слабом расслоении поверхностных и нижележащих вод сильные продолжительные ветры перемешивают воды от поверхности до горизонтов 15—20 м. Дальнейшее углубление верхнего однородного слоя в течение поздней осени происходит за счет совместного конвективно-ветрового перемешивания. Весной и летом распресненные речным стоком поверхностные воды подстилают более соленые воды, что создает устойчивую стратификацию. Слабые ветры этих сезонов перемешивают только верхний 5—10‑метровый слой, в котором наблюдается почти однородное распределение характеристик по вертикали.
В солоноватоводном Черном море, за исключением районов льдообразования, развитие конвективного перемешивания в основном определяется температурой наибольшей плотности воды данной солености. В связи с этим конвекцию в море вызывают осеннее охлаждение вод и их весенний прогрев до указанной температуры. Осенний процесс выражен значительно ярче, чем весенний, но и в холодные сезоны температура воды на поверхности в открытых районах обычно не бывает ниже 6—7°, поэтому здесь развивается только термическая стадия плотностного перемешивания. Лишь в зоне льдообразования имеет место термохалинная конвекция. По данным Ю. А. Владимирцева (1963), глубина распространения зимней вертикальной циркуляции в центральной части моря в среднем равна 30—40 м. В зависимости от характера течений она может изменяться. Так, в области основной струи течения конвекция проникает до 60—70 м, что связано с опусканием вод, вызванным динамическими причинами. В прибрежной зоне перемешивание достигает 140—160 м. Увеличение глубины распространения конвекции в юго-восточной части моря связано с антициклональным круговоротом вод. На границе шельфовой зоны в западном и северо-западном районах моря плотностное перемешивание распространяется до горизонтов 170—175 м за счет сползания по склонам вод, охлажденных на северо-западном мелководье, где конвекция проникает до дна. Данные объемного статистического анализа позволяют выделить в море четыре водные массы.
Поверхностная (верхняя) занимает 4,2% объема черноморских вод и распространена от поверхности до горизонтов 60—70 м в центральной части моря, до 100—125 м (местами до 200 м) у берегов и в прибрежной зоне. Температура этой водной массы на поверхности изменяется от 5—6° зимой, до 24—26° летом, на нижней границе она в течение года равна 7,5—8,0°. Годовой ход солености заключен в пределах 17,5—18,6‰.
Прибрежная водная масса занимает около 0,2% объема вод Черного моря. Ее ареал ограничивает изогалина 17‰. Она охватывает значительные пространства в западной части моря и распространяется лишь на 20—30 миль от берега в Прикерченском районе Черного моря, где эта водная масса образуется в результате смешения местных и азовских вод.
Промежуточная водная масса — самая большая по объему воды (50,2%) — залегает между горизонтами 100—150 и 800—1000 м. Ее верхней границей служит слой больших градиентов плотности, часто имеющий куполообразную форму. Здесь наблюдается температура 7,5—8,9° и соленость 18,1—22,2‰. В зоне перехода от верхней водной массы к промежуточной встречается одновременно кислород и сероводород.
Глубинная водная масса несколько уступает по объему промежуточной (45,0%) и охватывает весь слой воды от горизонта 1000 м и до дна. Для нее характерны температура 8,9—9,2° и соленость 22,2—22,3‰. Содержание сероводорода значительно увеличивается с глубиной. Судя по термохалинным характеристикам на нижних горизонтах промежуточной и верхних глубинной водной массы (800—1000 м) заметной границы между ними фактически не обнаруживается. Более правильно считать, что между горизонтами 150—200 м и 1500 м (верхняя граница слоя придонной конвекции) располагается глубинная вода, а от 1500 м и до дна — придонная водная масса. Это подразделение хорошо согласуется с динамическими процессами в Черном море.
Рис. 12. Течения на поверхности Черного моря
Обобщенная схема течений в поверхностном слое Черного моря приведена на рис. 12. На нем видно циклоническое течение, опоясывающее все море вблизи берегов. Внутри этого кольца прослеживаются циклонические круговороты со скоростями течений до 10 см/с в центральных и до 25 см/с в периферийных областях. Между круговоротами наблюдается устойчивое течение от Синопа к Кавказскому побережью со скоростью до 45 см/с.
На более глубоких горизонтах (150—500 м) циркуляция в общем сходна с поверхностной. Большие скорости течений здесь наблюдаются в Прибосфорском, Сухумском районах и у м. Сарыч. Наибольшие средние скорости течений отмечены на горизонте 150 м. В слое 700—1600 м направления течений обычно согласуются с направлениями в вышележащих горизонтах. Лишь в Прибосфорском районе глубинные течения следуют рельефу дна. Их скорость равна 6—7 см/с. Измерения придонных скоростей в районах моря показали, что их скорости уменьшаются с удалением от материкового склона, а толщина подвижного придонного слоя увеличивается от 2,5—3,0 до 5,0 м соответственно на расстоянии 20 и 100 км от берега. Скорости придонных течений могут достигать 300 см/с (разрез м. Бафра — Сочи), что объясняют (Пыркин и др., 1968) плотностной стратификацией вод у дна. Следовательно, горизонтальная циркуляция в Черном море хорошо заметна от поверхности до дна.
Вертикальные движения вод в нем напротив выражены слабо в связи с их переслоенностью по плотности. Оценки скоростей вертикальных токов в зависимости от интенсивности квазистационарных вихрей показали, что в зонах сильных вихрей скорость равна 5 · 10−3 см/с, а в зонах слабых вихрей — 1,5 · 10−4 см/с. В условиях Черного моря зоны вергенции выражены слабо. Их признаки проявляются в смежных районах циклонических круговоротов, где происходит схождение или расхождение течений.
Своеобразными фронтальными зонами служат области соприкосновения речных и морских вод. Видимую границу между ними создает различие в цвете каждой из этих вод. Наиболее яркие фронтальные зоны наблюдаются в северо-западной части моря и у Кавказских берегов, где сосредоточен значительный речной сток.
В соответствии с очертаниями моря, типовыми полями ветра над ним сильное волнение наиболее часто развивается в северо-западной, северо-восточной и центральной частях моря. В зависимости от скорости ветра и длины разгона в море преобладают волны высотой 1—3 м. В открытых районах максимальные высоты волн обеспеченностью 5% достигают 11 м, а при очень сильных штормах они могут и превышать эту величину. Юго-запад и юго-восток моря — самые спокойные районы, где сильное волнение наблюдается редко и волны высотой более 3 м почти не образуются. Прибрежной зоне свойственны волны мелкого моря.
Уровень моря претерпевает сезонные колебания. Обычно более высокое стояние уровня наблюдается в мае—июле, а его понижение — в октябре—ноябре, а в некоторых местах в январе—феврале. Разность между летним и зимним положениями уровня равна 30—40 см. Эти колебания создаются в основном за счет неодинакового от сезона к сезону поступления речных вод в море, поэтому они наиболее отчетливо выражены в районах влияния материкового стока.
Значительные по величине непериодические изменения уровня вызывают сгоны и нагоны, появление которых связано с определенным развитием атмосферных процессов в пределах естественного синоптического периода, продолжительностью обычно 4—8 сут. Сгонно-нагонные колебания уровня неодинаковы в разных районах моря и в разные сезоны. На западе наибольшие нагоны вызывают северо-восточные и восточно-северо-восточные ветры, а на северо-западе — юго-восточные. К наиболее сильным сгонам на западе и северо-западе приводит действие западно-северо-западных и северо-западных ветров. У Кавказских берегов ветры одних и тех же направлений могут вызывать либо сгонные понижения, либо нагонные повышения уровня в зависимости от местных особенностей побережья.
Наибольшие по величине сгонно-нагонные колебания уровня (более 30 см) наблюдаются в октябре—феврале в западном и северо-западном районах моря. В колебаниях уровня Черного моря заметно выражены сейши с периодами от нескольких минут до 1—2 ч и с амплитудами обычно до 40—50 см и несколько больше. Сейши малых (2—3 мин) периодов и амплитуд образуются в основном при волнении в открытом море и при трансформации крупных волн в прибрежной зоне. Сейши со значительными периодами и амплитудами возникают при резких колебаниях атмосферного давления и при прохождении циклонов.
Среди рассмотренных разновидностей колебаний уровня для Черного моря наиболее существенны сгонно-нагонные. Пространства Черного моря, за небольшим исключением, всегда свободны ого льда. Лишь в отдельные годы в северо-западной части прибрежные воды покрываются льдом. В особо суровые зимы льды вдоль западного берега могут распространяться до Босфора, а в мягкие зимы замерзают только лиманы и некоторые бухточки. Обычно льдообразование начинается в середине декабря. В течение зимы ледяной покров неустойчив. В зависимости от погоды происходит то вскрытие, то замерзание прибрежной зоны моря. Толщина льда достигает 14—15 см, а в суровые зимы у Одессы образуются льды толщиной до 50—55 см. Вскрытие начинается в конце февраля — начале марта. К концу марта льды повсеместно полностью исчезают.
Гидрохимические условия. По гидрохимическим условиям, особенно в отношении растворенных в воде газов, Черное море весьма своеобразно. Одна из основных присущих только ему особенностей — отсутствие кислорода от горизонтов примерно 170—180 м и до дна. Его другая специфическая черта — наличие ядовитого сероводорода, распространенного во всей толще воды от нижней границы кислородного слоя (около 170—180 м) до самого дна.
В поверхностных и нижележащих, до горизонтов 125—150 м, водах кислород присутствует всегда и повсюду в море. Его содержание изменяется не столько в пространстве, сколько по вертикали. Верхний, 50‑метровый слой воды характеризуется высоким, близким к насыщению, содержанием кислорода по всей акватории Черного моря. Глубже концентрация этого газа резко уменьшается, на горизонтах 150—180 м он присутствует в очень малых количествах, а ниже практически не встречается, поэтому для кислородных условий Черного моря наиболее показателен верхний слой толщиной 50 м. Его содержание и распределение здесь определяется температурой и циркуляцией вод и в значительной мере фотосинтезом, который обогащает этот слой кислородом. В связи с этим в теплое время года на некоторых горизонтах содержание-кислорода достигает наибольших годовых величин — до 9 мл/л и более.
Концентрация и распределение кислорода по вертикали в верхнем слое подвержены сезонным изменениям. Зимой под влиянием вертикальной циркуляции содержание кислорода почти одинаково по величине (примерно 7 мл/л), как по акватории, так и по глубине до горизонта 50 м в центральных и до 100 м в прибрежных районах.
Четко выраженной границы между кислородным и сероводородным слоями в море не существует. Она размыта и прослеживается в виде переходной зоны, где оба газа присутствуют одновременно в наибольших количествах. Ее верхняя и нижняя границы местами несколько поднимаются, местами опускаются в зависимости от развития и сезонной изменчивости динамических процессов и перемешивания водных слоев. В сероводородной зоне Черного моря содержание этого газа увеличивается от 0,15 мг/л на горизонте 150 м до 8,0—10,0 мг/л на горизонте 1500 м, а глубже оно почти стабилизируется.
Пока еще нет единого общепризнанного объяснения происхождения сероводорода в Черном море. Считают, например, что он образовался в результате разложения пресноводных животных, погибших при проникновении соленых средиземноморских вод во время образования Босфора и Дарданелл (Эгейская катастрофа).
В. И. Беляев (1974), Т. А. Айзатулин, Б. А. Скопинцев (1974), исследовав баланс сероводорода в зоне его сосуществования с кислородом, пришли к выводу, что сероводородное заражение Черного моря обусловлено установившимся равновесным круговоротом соединений серы, а не застоем глубинных вод моря.
Черное море богато биогенными веществами. Содержание и распределение нитритов и нитратов изменяется в широких пределах в зависимости от использования их фитопланктоном. В осенне-зимнее время концентрация этих веществ наибольшая и в верхнем слое, на горизонтах 50—75 м может достигать 15 мкг/л. Летом они встречаются только в зонах влияния речного стока.
Для моря характерно относительно высокое по сравнению с другими морями содержание фосфатов, особенно в глубинных водах. Наибольшее количество этих веществ в верхнем слое толщиной до 50—100 м наблюдается в январе—феврале, когда происходит интенсивное перемешивание вод и фосфаты поступают сюда из нижележащих слоев. В мае—июне отмечается их минимальное содержание, вплоть до полного исчезновения, что связано с максимальным развитием фитопланктона. Глубинные воды моря — зона накопления фосфатов, откуда они поступают к поверхности. Их первый по глубине максимум находится на горизонте 130 м, а наибольшая концентрация фосфатов (до 200—250 мкг/л) наблюдается в придонных горизонтах.
Количество растворенного кремния в черноморской воде велико во всей толще моря. Его концентрация в поверхностном слое равна 900—1300 мкг/л, причем в прибрежных районах она всегда выше, чем в открытых водах. Содержание кремния увеличивается с глубиной, кроме горизонтов 10—25 м, где сосредоточена основная масса диатомовых водорослей, потребляющих это вещество. Концентрация кремния у дна достигает 7000—8000 и даже 9000 мкг/л. Отмеченные гидролого-гидрохимические и гидробиологические особенности Черного моря делают его одним из самых своеобразных морей нашей планеты.
Хозяйственное использование. Черное море широко используется в хозяйственной жизни страны. Прежде всего оно служит важной транспортной магистралью, по которой осуществляются большие по объему грузовые и пассажирские перевозки. Черноморские порты обслуживают многочисленные международные и внутригосударственные линии морского транспорта. Второе по экономической значимости направление — рекреационное использование черноморского побережья. В настоящее время Черное море — главная здравница Советского Союза, где лечатся и отдыхают миллионы трудящихся.
Сравнительно скромное место в последние годы занимает рыболовство. Однако черноморские рыбохозяйственные предприятия ведут океанический промысел, что обусловливает их общегосударственное значение. Существенную роль на современном этапе играет добыча нерыбных объектов — моллюсков и водорослей. В перспективе намечается широкое развитие марикультуры в разных районах побережья Черного моря.
Дальнейшее хозяйственное освоение Черного моря требует развития исследований его природных условий. За последние годы в изучении Черного моря сделаны немалые успехи. Однако еще остались и появились новые важные исследовательские проблемы. В качестве примеров наиболее существенных из них можно привести изучение механизма формирования вертикальной структуры моря и ее разновидностей, роль динамических и термохалинных процессов в нем, выяснение пространственно-временной изменчивости характеристик различных масштабов, исследование динамики прибрежной зоны, решение вопроса о происхождении сероводорода в море и др. Вместе с решением таких крупных, но частных проблем в настоящее время стоит актуальная задача — создание природно-экономической модели Черного моря, которое можно рассматривать как сложную природную систему со многими прямыми и обратными связями и взаимодействующую с хозяйственной деятельностью людей. Такая обобщенная модель позволит дать научно обоснованные рекомендации для дальнейших исследований и эффективного хозяйственного использования Черного моря.