Динамика вод океана

Вода в силу своей плотности является высоко подвижным веществом. Поэтому она всегда находится в движении. Непрерывное движение воды в океанах и морях под воздействием различных внешних факторов называется циркуляцией океанических вод. Различают колебательное и поступательное движения океанской воды. Колебательное движение выражается в виде морских волн и лишь у самого берега на мелководье колебательное движение переходит в поступательное. Среди колебательных движений выделяют ветровые волны, сейсмические волны (цунами) (см. выше "Землетрясение") и приливные волны, которые объединяются под общим названием волнение. Распространяется волнение на глубину до 150 м. Поступательные движения в свою очередь делятся на вертикальные и горизонтальные (течения).

Колебательные движения воды. Ветровые волны вызываются действием ветра. Под воздействием ветра частицы воды совершают не поступательные, а круговые движения. Если мы бросим в воду, где есть волны какой-либо плавающий предмет, то увидим, что он поднимается вместе с волной то вверх, то вниз, но его перемещения не происходит, а если он перемещается, то только под действием силы ветра. Самая высшая точка морской волны называется гребень, а самая низкая – подошва. Основные характеристики волны – это ее высота, длина и период. Высота волны – расстояние по вертикали от гребня до подошвы. Высота волны может быть от нескольких мм до 13 м. Волны, имеющие небольшую высоту, называются рябь. Длина волны – расстояние по горизонтали между соседними гребнями или подошвами. Максимальная длина ветровой волны чаще всего не более 250 м, но бывает и до 400 м. Период волны – время, за которое волна пробегает расстояние равное ее длине. Период ветровых волн обычно не превосходит 30 секунд. При подходе к берегу на мелководье усиливается трение подошвы волны о дно и она как бы отстает в движении от своей вершины, тогда происходит опрокидывание гребня, называемое прибоем.

Приливные волны образуются в результате сил тяготения Луны и Солнца. Приливообразующая сила Луны из-за ее близости почти в 2,2 раза больше аналогичной силы Солнца. Поэтому приливы в большей степени зависят от Луны. Приливы бывают полусуточные, суточные, двухнедельные, месячные, полугодовые и годовые. Чаще всего наблюдаются полусуточные приливы, когда за лунные сутки происходят 2 прилива и 2 отлива, но иногда в зависимости от положения Луны относительно Земли и конфигурации береговой линии происходит отклонение и встречаются суточные приливы, т.е. 1 прилив и 1 отлив за сутки. Наивысший уровень воды во время прилива называется полной водой, а самый низкий уровень во время отлива – малой водой. Особенно сильные приливы наблюдаются, когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой. Тогда приливные силы Луны и Солнца суммируются, вызывая наибольшие приливы. В открытой части океана величина прилива не превышает 1 м, но у берегов она может достигать больших величин. В отличие от ветровых волн приливные волны имеют большую длину. Максимальная величина приливов наблюдается в заливе Фанди на Атлантическом побережье Канады, где составляет 18 м. В некоторых пунктах побережья пролива Ла-Манш величина прилива достигает 15 м. В Пенжинской губе на севере Охотского моря – почти 13 м. Приливы обладают огромной энергией, больше чем энергия всех рек мира. Энергия приливных волн используется для выработки электроэнергии, для чего строят приливные электростанции (ПЭС). Такие ПЭС построены во Франции, Норвегии и в России, недалеко от Мурманска. Недостатком ПЭС служит то, что их возведение обходится дороже, чем строительство электростанций других типов.

Поступательные движения воды. Как уже говорилось, поступательные движения могут быть вертикальные и горизонтальные. Вертикальные поступательные движения воды связаны с ее температурой и плотностью. Более холодная или более плотная (более соленая) вода опускается вниз, а более теплая и менее плотная поднимается вверх, создавая в океане конвекционные токи воды. Конвекция способствует перемешиванию водной массы, выравнивая соленость морских вод, снабжает глубинные воды кислородом и обогащает верхнюю часть воды биогенными (питательными) веществами, накапливающимися в глубинных водах. Благодаря конвекции, когда в зимний период более теплые глубинные воды поднимаются к поверхности, климат прибрежных территорий смягчается.

Горизонтальные поступательные движения воды или океанские (морские) течения разделяют на поверхностные и глубинные. Глубинные течения более медленные, чем поверхностные и обычно направлены в противоположную поверхностным течениям сторону, как, например, под Гольфстримом. Поверхностные течения образуются в океане в результате действия ветра на водную поверхность (ветровые или дрейфовые течения), и из-за перепада уровней воды, когда вода стремится выровнять свою поверхность. Различают постоянные и временные ветровые течения. Постоянные течения создаются постоянно дующими ветрами, а временные - периодическими ветрами, например, муссонами. В зависимости от температуры водной массы течения по отношению к окружающим водам могут быть теплыми или холодными. Обычно холодные течения движутся от полюсов к экватору, а теплые - наоборот. Как теплые, так и холодные течения оказывают большое влияние на климат прилегающей суши. Скорость ветровых течений обычно меньше 1 м/с. На направление движения течений всегда оказывает действие ускорение Кориолиса, отклоняя их в северном полушарии вправо, а в южном – влево.

В Мировом океане наблюдается закономерная система поверхностных течений, обусловленная, главным образом, постоянно дующими ветрами, возникающими в результате глобальной циркуляции воздушных масс в атмосфере, связанной с распределением на Земле воздушного давления. Под влиянием образующихся в тропических широтах пассатов в Южном и Северном полушариях развиваются в океанах соответственно южное и северное пассатные течения, которые пересекают океаны в широтном направлении с востока на запад. Встречаясь с континентами, они отклоняются в Северном полушарии к северу, а в Южном - к югу. Далее течения движутся вдоль материков и прилегающих к ним островов, примерно до широты 45°, образуя в Северном полушарии такие известные теплые течения, как Гольфстрим и Куросио, а в Южном полушарии, например, Бразильское течение в Атлантическом океане вдоль Южной Америки. Затем на широте 40°- 45° под влиянием дующих здесь западных ветров течения отклоняются на восток и снова движутся в широтном направлении, пересекая океан. В результате в Северном полушарии образуются мощные Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения, а в Южном полушарии – течение Западных ветров, широтно пересекающее все южное океаническое пространство. Встречаясь с материками, они ветвятся, образуя ветви течений направленных к экватору и к полюсам. Течения, направленные вдоль западных берегов материков к экватору, затем смыкаются в тропических широтах с началом пассатных течений, образуя, таким образом, в субтропических и тропических широтах Северного и Южного полушарий замкнутые кольцеобразные системы течений в океанах, которые называют большими круговоротами течений или антициклональными круговоротами субтропических (низких) широт из-за того, что в центре их наблюдаются по обе стороны от экватора постоянные максимумы давления – антициклоны. В Северном полушарии антициклональные круговороты течений движутся по часовой стрелке, а в Южном – против часовой стрелки.

Между Северным и Южным пассатными течениями, направленными как было сказано с востока на запад наблюдаются движущиеся в противоположную сторону межпассатные (экваториальные) противотечения. Особенно ярко межпассатное течение проявляется в Тихом океане, где оно существует круглый год. В других океанах оно является временным течением и носит сезонный характер, в Атлантическом океане - летом, а в Индийском – зимой, когда вдоль южного побережья Азии возникает муссонное течение, направленное с востока на запад.

В Северном полушарии ветви Северо-Тихоокеанского и Северо-Атлантического теплых течений, следующие в высокие широты вдоль западных берегов соответственно Северной Америки и Европы, смыкаются там с поверхностными холодными течениями (Курильско-Камчатским и Лабрадорским), которые движутся из высоких широт в умеренные вдоль восточных берегов Азии и Северной Америки. Эти холодные течения на юге соединяются опять с Северо-Тихоокеанским и Северо-Атлантическим течениями, образуя движущиеся против часовой стрелки малые кольцеобразные круговороты течений, которые связаны с центрами низких давлений. Их еще называют циклональными круговоротами умеренных (высоких) широт. В Южном полушарии хорошо выраженных малых круговоротов течений, двигающихся по часовой стрелке, не наблюдается, вероятно, из-за слияния здесь океанов в единое водное пространство и присутствия Антарктиды, хотя тенденция движения воды именно по часовой стрелке имеется.

К периодическим течениям относятся приливо-отливные течения и течения, возникающие в результате кратковременных, но сильных ветров, которые вызывают сгонно-нагонные явления, во время которых происходит опускание или поднятие уровня моря и соответственно осушение или затопление низменной прибрежной части суши. Например, наводнения в Санкт-Петербурге вызываются дующим с запада сильным ветром, поднимающим уровень воды в Финском заливе, в результате чего воды р. Невы, не имея выхода, выходят из берегов.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое циркуляция океанических вод?
2. Какие бывают движения воды в океане?
3. В чем выражается колебательное движение воды?
4. Какие виды волн выделяют?
5. Какими показателями характеризуется волна?
6. Какие бывают приливы?
7. Где и каков максимальный прилив на Земле?
8. Где и каков максимальный прилив в России?
9. Как использует человек энергию приливных волн?
10. Что такое волнение и на какую глубину оно распространяется?
11. Какие бывают поступательные движения океанской воды?
12. Что такое конвекция? В результате чего образуются конвекционные токи воды?
13. Какие морские течения бывают в зависимости от глубины, от температуры, от времени?
14. К какому типу относятся муссонные течения?
15. За счет чего образуются поверхностные течения? Как их разделяют?
16. Какова скорость ветровых течений?
17. Что собой представляет глобальная система поверхностных течений и чем она обусловлена?
18. Какие течения относятся к периодическим течениям?