Свойства вод поверхностной структурной зоны формируются в процессе непосредственного обмена энергии и веществ между океаном и атмосферой. В такой обмен вовлекается относительно небольшой слой воды толщиной всего около 200-300 м. В соответствии с особенностями развития планетарных процессов у поверхности Земли динамика и физико-химические характеристики вод подвержены широтной изменчивости. Циркуляция вод представляет собой последовательно сменяющие друг друга с географической широтой антициклонические и циклонические макроциркуляционные системы. Сезонные изменения динамики и свойств вод в основном ограничиваются поверхностной структурной зоной.
Воды промежуточной структурной зоны образуются главным образом из поверхностных, опускающихся в местах интенсивных нисходящих движений, которые возбуждаются горизонтальной циркуляцией на поверхности. Увлекаясь на различные глубины (в зависимости от плотности и мощностивертикальных потоков), они несколько охлаждаются и уплотняются в результате смешения с другими водами. Затем промежуточные водные массы начинают перемещаться на различных уровнях в горизонтальном направлении. Возникновение горизонтального переноса обусловлено компенсационным эффектом, поскольку в одних местах происходит постоянное опускание вод, а в других - их подъем.
С началом горизонтального движения заметно ослабевает влияние поверхностных макроциркуляционных систем. Преобладание зональной циркуляции отмечается до оси промежуточных вод, располагающейся большей частью на глубине 800-1000 м. Ниже этой оси все более усиливается меридиональный перенос. Тем самым начинает осуществляться межзональный обмен вод, энергии и веществ. Следовательно, промежуточная структурная зона играет особую «промежуточную» роль в процессах обмена энергии и веществ в Мировом океане, подобно стратосфере воздушной оболочки. На верхнюю часть промежуточной структурной зоны, как и на нижние слои стратосферы, большое влияние оказывают процессы, зарождающиеся у поверхности Земли. В остальной же толще обеих сред формируются существенно отличные условия.
В промежуточной структурной зоне воды из низких широт, проникая в полярные области, создают теплую промежуточную прослойку. Опресненные воды высоких широт, перемещаясь в направлении экватора, образуют под высокосолеными поверхностными тропическими водами мощный промежуточный слой с пониженной соленостью. Вынос вод из Средиземного, Красного морей и Персидского залива создает в смежных районах океана промежуточный слой с повышенной соленостью.
Процессы, свойственные промежуточной структурной зоне, распространяются до глубины 1500-2000 м. Ниже располагаются глубинные воды, еще более изолированные от непосредственного влияния обмена океана с атмосферой, создающего всю сложность процессов в поверхностных и промежуточных водах. Однако динамика и свойства глубинных и придонных вод определяются тем переносом и перераспределением масс, которые возбуждаются планетарным обменом энергии и веществ. Для глубинных вод большую роль играет меридиональный обмен, прослеживающийся на большей части Атлантического, Индийского и Тихого океанов, а также обмен между всеми океанами. Он возбуждается различием свойств вод каждого из океанов и антарктическим циркумполярным (круговым) переносом, захватывающим всю толщу океана.
Глубинным водам свойственна большая гомогенность (однородность) и небольшая интенсивность обращения. Однако масса переносимой энергии и веществ весьма велика, поскольку огромны объемы вод. Толщина занимаемого ими слоя около 2000 м, в нем заключена почти половина всей массы вод Мирового океана.
Граница между глубинными и придонными водами располагается примерно на глубине 4000 м. Придонные воды, образуясь главным образом в Антарктике, перемещаются на север по наиболее глубоким котловинам и соединяющим их проходам. Распространяясь по обширнейшим пространствам и смешиваясь с глубинными водами, они воспринимают поток тепла из недр земли и вступают в химический обмен с дойными осадками. Поэтому придонные воды подвергаются значительной трансформации и их свойства изменяются в несколько большей степени, чем у глубинных.
Благодаря различию направлений и скоростей переносе поверхностных, промежуточных, глубинных и придонных вод сохраняется многообразие свойств водных масс, поддерживается квазистационарность стратификации и структуры вод Мирового океана, характерных для современной эпохи развития Земли. Смешение водных масс и перераспределение энергии и веществ не только в пределах отдельных структурных зон, но и между ними происходит в значительной степени путем вертикальных перемещений. В этих условиях динамическое равновесие поддерживается за счет большой устойчивости макроциркуляционных систем. Если бы этого не было, воды Мирового океана за долгую историю Земли подверглись бы полному перемешиванию; они стали бы совершенно однородными, не было бы столь хорошо выраженной стратификации вод.
Четырехслойность циркуляции и структуры вод имеет исключительно большое значение не только для процессов протекающих в Мировом океане, но и для глобального обмена энергии и веществ, а, следовательно, планетарных процессов определяющих формирование и изменение природы Земли в целом.
Природные воды реки Оби во все фазы гидрологического режима относятся к гидрокарбонатному классу группе кальция. Минерализация их колеблется в зависимости от водности сезона в пределах от 60-120 мг/л в период весенне-летнего половодья до 310 мг/л в межень. Содержание кислорода колеблется от 6 до 12 мг/л, жесткость от 1,1 до 3,1 мг-экв/л. Концентрации биогенных элементов в речных водах региона, обусловленные в значительной степени комплексом антропогенных и естественных факторов, могут достигать весьма больших значений, существенно превышающих их обычные содержания. Уровень содержания микроэлементов изменяется в достаточно широком диапазоне, однако в целом наблюдаются относительно невысокие их концентрации, близкие по величине к средним показателям для рек мира.
Содержание органических веществ (по БПК5) колеблется по сезонам от 1,2 мг/л до 7,7 мг/л. Для Оби характерно несколько повышенное естественное содержание в воде фенолов (0,002 – 0,016 мг/л), меди, рН колеблется от 7,3 до 8,9.
Химическое потребление кислорода по имеющимся данным достигает значительных величин, что объясняется сильной заболоченностью большой части бассейна Оби. Качество воды в реке Оби и ее притоках контролируется по 25 показателям. Основные загрязнители: БПК, взвешенные вещества, нефтепродукты, азот аммоний, фенолы, нитриты, железо, цинк, хром шестивалентный, медь, СПАВ, капролактам, сероуглерод, сульфиды.
Особенно выражено техногенное загрязнение р. Оби - концентрация нефтепродуктов и систематических поверхностно-активных веществ (СПАВ) превышают ПДК как по средним, так и по максимальным значениям, причем максимальные значения концентрации нефтепродуктов превышают ПДК от 5 до 350 раз.
В течение безледного периода 2002 г. на территории Новосибирской области впервые проводился биомониторинг пресных вод по показателям макрозообентоса. Исследования проводили в комплексе с гидрохимическим анализом и биотестированием вод. Всего было исследовано 10 створов на р. Обь, Пня, Бердь и Тула. Наиболее загрязненным был участок р. Тула в черте Новосибирска. Также загрязненными следует признать участки Оби от Искитима до 9 км ниже Новосибирска и нижнее течение р. Бердь. Река Обь в окрестностях с. Дубровино должна считаться слабозагрязненной, а Бердь выше Искитима - относительно чистой. Участки рек Иня (о. п. Отгонка - о. п. Разъезд Иня) и Бердь (с. Новососедово) являются чистыми [Ежегодник..., 2004].
Были определены различные группы гетеротрофных и литотрофных микроорганизмов, среди которых имеют место:
а) бактерии, усваивающие азотсодержащие органические вещества;
б)бактерии, усваивающие безазотистые органические вещества;
в) олигптрофные;
г) углеводородоокисляющие;
д) денитрифицирующие;
е) тионовые бактерии.
В целом состояние речных вод можно охарактеризовать как неудовлетворительное. Наиболее критическая ситуация отмечается для нефтепродуктов, по содержанию которых воды изученных рек соответствуют сильно и очень сильно загрязненным даже по среднегодовым значениям. Кроме нефтепродуктов речные воды сильно загрязнены другими органическими веществами, азотом аммонийным и нитритным, железом. Использование других показателей во многих случаях не меняет полученной картины, либо невозможно из-за ограниченности необходимой информации.
Анализ результатов классификации качества речных вод позволил сделать следующие выводы:
- речные воды бассейна Средней Оби с вероятностью 5 % соответствуют классам сильно и очень сильно загрязненных вод;
-сильное загрязнение речных вод во многих случаях поддерживается в течение всего года;
-с учетом систематичности обнаружения повышенных концентраций практически во всех реках приоритетными загрязняющими веществами следует считать органические соединения;
-наблюдается существенное микробиологическое загрязнение речных вод, представляющее серьезную проблему для водопользования;
-значительное загрязнение наблюдается также по содержанию железа, азота аммонийного и нитритного. В ряде случаев отмечается сильное загрязнение по величине рН, а в северных реках - по содержанию кремния;