Штормовой нагон. Цунами и приливы.

Явление штормового нагона следует рассмотреть, пока мы еще не оставили вопрос о ветрах, производящих работу над поверхностными водами. Хотя штормовой нагон — это, строго говоря, не волна, он очень сильно влияет на человеческую деятельность, так как возникает в сочетании с ветровыми волнами и приливами. Именно поэтому мы его здесь и рассмотрим.

В гл. 10 содержится описание эффекта Экмана: в глубоком океане ветер, дующий над поверхностью, заставляет поверхностный слой воды перемещаться перпендикулярно направлению ветра. Теперь мы знаем, что этот эффект возникает вследствие двух причин: 1) передачи количества движения от ветра к воде через капиллярные и очень короткие гравитационные волны и 2) отклоняющего действия силы Кориолиса. Однако при уменьшении глубины океана направление экмановского переноса становится все ближе к направлению ветра, а значит, и к направлению волн, возбуждаемых этим ветром. Важно осознать потенциальную опасность штормовых нагонов: на рис. 17.1 показано, что экмановский перенос может вызвать повышение уровня моря у берега. Если нагон происходит во время прилива, сочетание нагона и высоких ветровых волн может привести к тому, что вода затопит берег.

В историческом плане жители Нидерландов имеют больший опыт встреч со штормовыми нагонами, чем большинство других народов, поскольку они населяют низменную страну, большая часть которой отвоевана от соседнего мелководного Северного моря путем строительства дамб и откачки морской воды. Штормы, возникающие на мелководье Северного моря, неоднократно причиняли ущерб Нидерландам и уносили человеческие жизни. В США печально знаменит штормовой нагон 1900 г., возникший в результате шторма в мелководной части Мексиканского залива недалеко от портового города Галвестон, шт. Техас. Этот нагон причинил ущерб на большой площади и стал причиной гибели около 2 тыс. человек. В 1973 г. в результате сильного штормового нагона в Бенгальском заливе были затоплены обширные площади в прибрежных провинциях Республики Бангладеш. В этом случае число жертв превысило 300 тысяч!

Очень длинные волны: цунами и приливы. В обыденном английском языке ежедневные повышения и понижения поверхности моря у берегов обозначают словом tide (по-русски — приливы и отливы). Чаще всего мы не называем их tide waves (приливные волны), хотя это именно волны; вместо этого волновой характер данного процесса выражают другими терминами: flood tide (полная вода), ebb tide (малая вода), slack tide (кроткая вода — период застоя между приливом и отливом), spring tide (сизигийный прилив — самый высокий прилив, наблюдаемый в новолуние и полнолуние), neap tide (квадратурный прилив — самый низкий прилив) и т. д. В нашей книге при описании приливных явлений используются как этот просторечный жаргон, так и точный термин: приливные волны. Англосаксы привыкли называть так любые катастрофические явления, когда вода стеной обрушивается на берег. В океанологии — и в этой книге — высвобождение огромного количества энергии, обладающей колоссальной разрушительной силой, обозначается японским словом цунами (буквально — «волна в заливе»).

В действительности эти два явления — приливы и цунами — не связаны между собой, если не считать того, что 1) оба они представляют собой очень длинные океанские волны и поэтому 2) скорость этих волн (D, м/с) зависит от глубины (D, м) океана в соответствии с формулой

При средней глубине океана 4000 м скорость их составляет х 4000 = 200 м/с, т. е. 720 км/ч. Приливы вызываются теми силами, которые удерживают планеты нашей Солнечной системы на постоянных орбитах. Цунами же возникают под действием сейсмических подвижек самого морского дна; энергия этих подвижек передается очень длинным волнам.

Цунами. В спектре, приведенном на рис. 17.2, для пере волн цунами указан интервал от 6 до 60 мин, тогда как приливы имеют периоды порядка 12—24 ч. Такое большое различие характерных периодов обусловлено природой сил, возбуждающих эти волны. Цунами — реакция океана на импульс энергии, воздействующий на большую площадь, и может описываться как свободные колебания после «однократного» воздействия. Приливы же всегда вынужденные по своей природе в том смысле, что океаны постоянно находятся под действием сил, порождающих эти волны.

В этой книге волнам цунами не будет уделено много внимания, но некоторые особенности данного явления упомянуть стоит. Начнем со смысла этого японского слова — «волна в заливе». Почему именно это слово используют для обозначения сейсмически возбужденной волны? Оказывается, потому, что для корабля в открытом море волна цунами визуально неразличима. Только когда волна подходит к очень мелководным участкам у побережья, она внезапно становится видимой и часто принимает форму гигантского вала, выкатывающегося далеко на берег. Поселки японских рыбаков часто уничтожались такими волнами, но сами рыбаки, если они в это время находились в море, не знали о случившейся катастрофе, пока не возвращались домой. Поскольку их деревни всегда находились на берегах заливов и мелководных бухт, рыбаки, не видя волны в открытом море, должны были сделать вывод, что она возникает в самом заливе.

Если скорость свободной волны составляет, как мы подсчитали, 200 м/с (720 км/ч), т. е. примерно в 10 раз превышает скорость малолитражки на открытом шоссе, цунами с периодом 10 мин будет иметь в открытом море расстояние между гребнями, т. е. длину волны, 120 км. Эти гребни не будут очень высокими — от силы несколько сантиметров; почувствовать, что корабль поднимается и опускается на 2 см за период 10 мин, невозможно, так как обычные ветровые волны качают корабль гораздо сильнее.

Однако когда волна вступает на мелководье залива, ее скорость в соответствии с приведенной выше формулой резко падает. Если передняя часть волны замедляется, а остальная часть все еще быстро приближается, полная энергия волны начинает концентрироваться. Форма волны меняется: гребень становится выше, а впадины — глубже. В конце концов гребень начинает обрушиваться вперед, как у обычных бурунов в зоне прибоя, но в отличие от обычного прибоя гребень цунами может иметь высоту в десятки метров и, выплеснувшись на берег, производит колоссальные опустошения.

Раннее предупреждение о цунами может предотвратить гибель людей и значительно уменьшить материальный ущерб. Океанологи разместили сеть станций раннего предупреждения о цунами (TEWS) по всему Тихому океану (рис. 17.8).

Эти станции, оборудованные датчиками, отмечают сигналы, вызванные цунами, и сразу же сообщают об этом всем станциям сети. Поскольку скорость волн легко рассчитывается, станции этой сети предсказывают и время появления цунами в том или ином пункте побережья; благодаря этому службы гражданской обороны могут подготовить местное население к надвигающейся опасности. Станции TEWS связаны также с сейсмическими станциями, регистрирующими землетрясения, так что сеть оповещения о цунами немедленно приводится в полную готовность, как только поступает сигнал о землетрясении, происшедшем где-либо в океане.

Мы оставили на самый конец разговор о том, как возникают волны цунами, ввиду следующего обстоятельства. Причиной цунами считаются резкие подвижки земной коры под океаническим дном при землетрясении. Мы не знаем, каким образом смещение коры сообщает энергию движения волнам: при одних «моретрясениях» цунами возникают, при других — нет. Но если корабль окажется точно над тем местом, где происходит подвижка, т. е. в эпицентре землетрясения, то его команда ощутит последовательность продольных волн (волн давления), возбужденных этим толчком. Они распространяются со скоростью звука в воде. Моряки говорят, что это похоже на то, как если бы ужасный Дейви Джонс молотил в днище корабля гигантской кувалдой. Мне не хотелось бы испытать это ощущение.

Приливы. После ветровых волн самое известное свойство морей — приливы. В английском языке они упоминаются во множестве поговорок и метафор: «плывем на приливе», «время и прилив никого не ждут», «в делах людей бывают приливы и отливы». Во всех этих выражениях подчеркивается свойство пульсации, регулярности приливов и отливов. Такие пульсации не только происходят ежедневно, но и сама их величина, т. е. разность между отметками высокой и низкой воды в течение одних суток, тоже как бы пульсирует между некоторым максимумом, называемым сизигийным приливом, и минимумом — квадратурным приливом, с периодом 14,75 сут, причем регулярно, как часы. И сама этимология названия этого периода “fortnight” («две недели») восходит к староанглийскому выражению.

О приливах написаны целые книги. Уже давно математики обратили внимание на регулярность приливов и пришли к выводу, что должно существовать уравнение, с помощью которого можно было бы подсчитать высоту прилива для любой точки побережья. Связь между сроками полной воды и прохождением Луны и Солнца через меридиан данного места стала ясна уже в древние времена. Но первые попытки найти формулу для предсказания колебаний уровня моря не увенчались успехом. Хотя величину и продолжительность действия сил, создающих приливы, можно было рассчитать с большой точностью, основываясь на данных об орбитах небесных тел, тем не менее ни одна математическая формула не могла адекватно описать сложную динамическую реакцию морской воды на эти силы. Мы вернемся к этому вопросу позже.

Можно сформулировать несколько общих утверждений о приливах. Перечислим их, сопроводив подробными пояснениями.

1. Сила, создающая двугорбый прилив. Каждый знает, что океанские приливы вызываются Луной, точнее — взаимным притяжением масс Луны и Земли. Хотя это выражение не исчерпывает всех происходящих процессов, но в общем оно верное. Пара взаимодействующих масс (Земля — Луна) создает одну приливообразующую силу, которая в свою очередь создает в Мировом океане два горба воды. Эти водные горбы располагаются симметрично на ближней и дальней сторонах земного шара, причем возникают одновременно. Разобраться, почему так происходит, всегда было для студентов трудной задачей.

2. Суммарный прилив. Поскольку существует много небесных тел, образующих пару с Землей и создающих дополнительную приливообразующую силу, общая сила, возбуждающая на Земле приливы, представляет собой суммарный эффект многих сил. В дальнейшем, говоря о реальных приливах, мы будем иметь в виду результирующую реакцию океана на действие многих сил (в основном Луны и Солнца. — Ред.). Все эти силы циклические, и их период зависит от взаимного расположения орбит Земли и другого небесного тела, образующего с Землей пару. Ни один из периодов не совпадает с другим, и все силы различаются по времени действия и относительной величине.

3. Суточное неравенство. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, наблюдатель на протяжении одного оборота видит две приливные волны и каждый цикл продолжается около 12 ч. Но поскольку земная ось наклонена к плоскости эклиптики, в которой находится орбита обращения Земли вокруг Солнца, примерно на 23,5°, происходящие за сутки два прилива оказываются разной высоты. Этот результат называют суточным неравенством приливов.

4. Местное запаздывание. Хотя каждая компонента прилива «возбуждается» своей приливообразующей силой, скорость распространения результирующей волны определяется глубиной океана и оказывается меньше, чем скорость перемещения самой «силы». Следовательно, время, когда гребень приливной волны достигнет данной точки на побережье, обычно отстает от времени, когда Луна или другое приливообразующее небесное тело проходит в этом месте прямо над головой. Эта временная задержка называется местным запаздыванием.

5. Приливные течения. Из-за того что у приливных волн такая большая длина — половина земной окружности для каждого из двух периодов двойной волны, — орбиты частиц воды при прохождении таких волн на самом деле совсем не похожи на «круговые орбиты»: они совершенно расплющены и в открытом океане скорее похожи на колебания вперед-назад. Вблизи побережья они превращаются в приливные течения. Но, поскольку под приливными течениями «прокручивается» и сама Земля, в нашем восприятии движения приливных волн выглядят как течения с непрерывно меняющимися направлениями — вследствие эффекта Кориолиса. (Описание приливных течений на шельфе см. в гл. 18.)

6. «Стоячая» приливная волна. Большинство приливных волн создает самые сильные приливные течения тогда, когда водная поверхность располагается на среднем уровне моря, а не в периоды полной или малой воды. Поэтому приливные волны относят к категории «стоячих волн».

Двугорбый прилив. Одна особенность приливных волн особенно трудна для понимания: это чередование двух максимумов и двух минимумов в течение одних суток. Попросту говоря, если приливы вызываются гравитационным притяжением Луны, действующим на воду Мирового океана, то, казалось бы, должно происходить одно повышение уровня океана — на стороне, ближайшей к Луне! А в действительности такое же повышение одновременно возникает и на противоположной от Луны стороне Земли. Как объяснить двугорбый характер приливной волны, т. е. возникновение двойной приливной волны? Ясно, что это нельзя объяснить одним только гравитационным притяжением. По величине непосредственное притяжение Луной некоторого объема воды, расположенного на земной поверхности в точке, ближайшей к Луне, составляет всего лишь одну девятимиллионную от притяжения самой Земли, действующего на тот же объем воды. Например, на экваторе ускорение силы тяжести Земли, действующей на единичную массу морской воды на среднем уровне моря, составляет, согласно измерениям, 9,78049 м/с2. В то же время максимальное ускорение, создаваемое притяжением Луны, составляет здесь всего 1 * 10 -6 м/с2, т. е. пренебрежимо мало.

Ключ к пониманию двойной приливной волны содержится в следующих четырех положениях.

1. Любая пара небесных тел, одно из которых обращается вокруг другого, находится в состоянии равновесного вращения. Ось, вокруг которой вращается пара Земля—Луна, проходит на расстоянии примерно 3/4 земного радиуса от центра Земли (рис. 17.9, а).

Она гораздо ближе к центру Земли, чем к центру Луны, так как масса Земли в 81,5 раза больше.

2. Земля перемещается вокруг общего центра масс поступательно: она не вращается вокруг него. На рис. 17.9, б показан этот характер движения при исключенном собственном вращении Земли: ориентировка земной оси в пространстве остается постоянной. Обратите внимание на ориентацию Гренландии в каждом из четырех квадрантов, характеризующих положение пары Земля—Луна в процессе обращения вокруг общего центра масс; поступательное движение этого региона вокруг обшей оси означает, что каждая точка Гренландии имеет одну и ту же скорость как по величине, так и по направлению, а следовательно, и центробежное ускорение в каждый момент времени такое же, как и в любой другой точке Земли в этот момент.

3.Материальная точка в центре Земли находится в состоянии силового равновесия, так как к ней приложены совершенно одинаковые по величине и противоположные по направлению силы: центробежная, направленная от Луны, и гравитационное притяжение, направленное к Луне. Но частицы вещества земной поверхности не находятся в равновесии. Массы на ближней к Луне стороне Земли испытывают большее воздействие силы притяжения, чем центробежной силы, и, следовательно, притягиваются к Луне. В это же время на массы противоположной стороны Земли действуют силы притяжения более слабые, чем центробежные силы, что вызывает подъем земной поверхности в сторону, противоположную от Луны. Этот эффект иллюстрирует рис. 17.10.

4. Океанские воды приводятся в движение только тогда, когда небольшая сила, являющаяся разностью между центробежной силой и силой притяжения, направлена горизонтально, т. е. вдоль земной поверхности (рис. 17.10,а). Даже малые по величине силы в состоянии смешать морскую воду в горизонтальном направлении, например, вдоль поверхностей постоянной плотности (вспомним характеристики зоны апвеллинга, приведенные в гл. 8). Следовательно, эти отклонения от равновесия, создающие тянущие приливообразующие силы, вызывают стекание океанских вод в два «горба», один из которых оказывается на ближней, а другой — на дальней от Луны стороне Земли.

Это последнее положение объясняет, что происходит за время суточного оборота Земли вокруг ее полярной оси. Наблюдатель, находящийся в какой-либо точке побережья, за период 24,8 ч перемещается через две зоны конвергенции, т. е. поднятия уровня, и в обеих таких зонах он отмечает четко выраженный прилив (рис. 17.10,6). Для наблюдателя смена двух приливов и двух отливов имеет вид волны с периодом 12,4 ч, т. е. эта волна проходит за сутки дважды.

Суммарный прилив. Рассмотрим типичную запись ежечасных отметок уровня моря на береговом мареографе (рис. 17.11).

Общий характер кривой повторяется с интервалом около 24,8 ч, соответствующим так называемому «суточному» приливу. Эту кривую можно «разложить» на ряд составляющих, каждая из которых имеет свою амплитуду и свой отличный от других период цикла; эти циклические изменения называются частными, или парциальными, приливами. В 1922 г. А.Т. Дудсон выделил примерно 390 различных составляющих прилива; по величине периода они меняются от очень долгопериодных — год и более — до повторяющихся через каждые несколько часов. Большинство их имеет столь малые амплитуды, что совершенно не требуется учитывать все составляющие в прогнозном анализе; обычно предвычисление приливов делается по четырем главным составляющим.

Самая большая приливообразующая сила вызывается взаимодействием Земли и Луны. «Основной период» этой силы равен времени между последовательными появлениями Луны в самой высокой точке (в кульминации) над фиксированным пунктом земной поверхности; поскольку Луна обращается вокруг Земли в том же направлении, в каком происходит вращение Земли вокруг своей оси, этот период несколько длиннее солнечных суток и составляет приблизительно 24,84 ч. Далее, поскольку фиксированная точка на поверхности Земли пройдет за один оборот через два цикла прилив-отлив, т. е. испытает прохождение двойной приливной волны, основной период этой составляющей прилива будет равен 12,42 ч, и эта компонента М2 называется полусуточным приливом. В табл. 17.2 перечислены важнейшие составляющие приливов, их точные периоды и относительные амплитуды по сравнению с М2.

Например, вторая по амплитуде составляющая полусуточного прилива связана с взаимодействием Земли и Солнца. Она называется компонентой S2, ее амплитуда составляет 46% от М2, а период равен точно 12,0 ч.

Все эти главные составляющие связаны с солнечно-земными, лунно-земными или комбинированными взаимодействиями. Самая сильная составляющая из околосуточных приливов — лунно-солнечная компонента К, с амплитудой 58,4% от М2 и периодом 23,93 ч. Заметим, что четыре главные составляющие — М2, S2, К, и О, — дают в сумме более 68% от общего потенциала приливов.

Если нам известны амплитуды и периоды этих приливообразующих сил, почему так трудно предсказать колебания уровня моря? Во-первых, потому что скорость приливных волн зависит от глубины океана; рельеф дна в окрестности данного участка побережья влияет на интенсивность и время прихода каждой компоненты прилива к мареографической станции. У каждой точки берега свои собственные неповторимые особенности рельефа близлежащего дна, в результате чего каждая точка будет иметь отличный от других «набор» амплитуд и времен прихода компонент прилива и во всех пунктах реальный прилив будет различным.

Во-вторых, размер и форма океанского бассейна определяют характер резонансных колебаний воды в данном бассейне. Это явление называют сейшами, и с ним связано то, что приливы имеют природу стоячих волн. У каждого бассейна — своя особая конфигурация, способствующая усилению одних составляющих и затуханию других.

Однако почему общая приливообразующая сила состоит из такого множества компонент? Ответ складывается из двух частей.

1. Математически можно показать, что величина приливообразующей силы изменяется обратно пропорционально кубу расстояния от Земли до соответствующего небесного тела. Из-за того что орбита Луны представляет собой элипс, в одном из фокусов которого располагается Земля (рис. 17.12, в), приливообразующая сила Луны на 18% больше в перигее (когда она ближе всего подходит к Земле) и на 15% меньше в апогее (где она дальше всего от Земли), чем ее среднее значение.

Значит, в течение всего лунного месяца величина составляющей М2 изменяется — это и служит источником лунной месячной составляющей Мт (табл. 17.2) и других, более высокочастотных составляющих, связанных с лунной эллиптической. Орбита обращения Земли вокруг Солнца также имеет эллиптическую форму, и Солнце располагается в одном из фокусов этого эллипса. Поэтому изменение расстояния между ними от перигелия, когда Земля находится ближе всего к Солнцу, до афелия, когда она дальше всего от него, также служит источником компонент приливов.

2. Эллиптические орбиты обращения Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли непрерывно меняются. Лунная орбита в наибольшей степени влияет на образование парциальных приливов. Ось лунной орбиты обходит вокруг Земли, совершая полный оборот за 8,85 года. Воздействие этих изменений выражается прежде всего в появлении двухнедельного парциального прилива М, и его более высокочастотных составляющих. Это явление схематически показано на рис. 17.12,6: когда Солнце, Земля и Луна лежат на одной прямой, т. е. в фазы полнолуния и новолуния, приливообразующие силы Солнца и Луны складываются и вызывают сизигийные приливы. Но вклад Луны в формирование сизигийных приливов изменяется на протяжении периода 8,85 лет; он наибольший, когда Луна оказывается на самом близком расстоянии к Земле и все три небесных тела находятся на одной прямой (рис. 17.12,6 вверху).

Кроме того, существует циклическое изменение наклонения плоскости лунной орбиты. Продолжительность этого цикла 18,6 лет. По отношению к экваториальной плоскости Земли наклон орбитальной плоскости Луны меняется от минимального 18,5° до максимального 28,5° (рис. 17.12, в).

Предвычисление приливов. Несмотря на всю их сложность, приливы можно заранее вычислять с практически необходимой точностью. В каждом приморском поселке имеется по меньшей мере один магазин, где продаются книжечки с «таблицами приливов», в которых указаны время и высота приливов на год вперед. Как составляются эти таблицы? Национальная служба исследования океана (бывшая Береговая и геодезическая служба США) в некоторый момент времени записывает уровни приливов в каком-то пункте побережья, анализирует полученную кривую на главные компоненты (амплитуду и фазу), а затем вкладывает эти данные в модель, имитирующую образование приливов. Будучи запрограммирована на будущее время, эта модель «выдает» требуемый прогноз в виде таблиц. Первые имитационные модели были механическими и строились из вращающихся шестерен и эксцентрических кулачковых механизмов разного диаметра, имитирующих величину различных компонент; все эти устройства связывались шнуром, и тем самым все составляющие суммировались. Приспособив однажды такую машину к специфическим условиям данной береговой станции, далее заводили мотор и «прокручивали» приливные циклы, прогнозируя приливы на будущее. В другом способе строят масштабную модель прибрежного района (рис. 17.13) и «затопляют» ее, имитируя приливные волны. Такая модель помогает решать сложные проблемы предсказания приливного воздействия именно на данный район.

Приливы как «стоячие волны». Поскольку расстояние между гребнями волны равно половине окружности Земли, приливные волны ведут себя в океаническом бассейне со средней глубиной 4 км как в очень мелком водоеме. Для таких волн континентальные окраины являются вертикальными стенками, поэтому большая часть энергии приливных волн просто отражается от них и переносится взад-вперед через океанские бассейны. В подобных условиях должны возникать стоячие волны. Горизонтальное движение воды приостанавливается, когда уровень моря максимальный или минимальный; эти периоды называются соответственно «стоячая полная вода» и «стоячая малая вода». Периоды стоячей воды чередуются с периодами самого быстрого горизонтального течения: наиболее быстрые «приливные» течения наблюдаются посреди интервала между самой низкой и самой высокой водой, а «отливные» течения — между полной водой и следующей малой водой.

Мы наблюдаем такой режим приливов почти везде. При множестве возможных составляющих прилива в каждом океаническом бассейне могут происходить отражения волн, усиливающие по меньшей мере одну компоненту и превращающие ее в мощную стоячую волну. Например, для Тихого океана резонансным является как суточный, так и полусуточный период; поэтому мареограммы, записанные на Тихоокеанском побережье, имеют типичный «смешанный» вид, иллюстрируемый рис. 17.11. С другой стороны, в Атлантическом океане суточные колебания приглушены, но зато сильно проявляется полусуточная стоячая волна. Сравнивая времена наступления полной воды на многих станциях вокруг Тихого океана, можно увидеть, что гребень стоячей волны появляется сначала в его северо-западной части.

Сизигийный и квадратурный приливы.Рассмотрение проблемы приливов было бы неполным без более подробного описания сизигийно-квадратурного цикла приливов.

Уже в древности люди замечали, что величина приливов меняется от максимума, который они назвали«высоким» приливом (spring tide), до минимума, получившего название «низкий» прилив (neap tide), и что полный цикл — от высокого до низкого прилива и снова до высокого — занимает около 15 сут, т. е. период, которому англичане дали название fortnight (от староанглийского feowertyne niht — четырнадцать ночей. — Перев.) (рис. 17.14, а).

Оказалось, что самые сильные приливные течения образуются во время высоких (сизигийных в русской терминологии. — Перев.) приливов, а самые слабые — во время низких (квадратурных). При сизигийных приливах уровень воды бывает наивысшим, а при соответствующих отливах обнажается наибольшая площадь пляжа, на которой остается много мелких озер и луж.

Объяснение двухнедельного цикла приливов состоит в периодическом расположении Земли, Луны и Солнца приблизительно по одной прямой (рис. 17.14,6). Такое явление возникает дважды в течение каждого лунного месяца, продолжающегося 29,5 сут. Когда Земля располагается между Луной и Солнцем и Луна находится в сизигии (соединении), т. е. в фазе полнолуния или новолуния, возникают сизигийные приливы, так как гребни двойной волны, создаваемой парой Земля—Луна, совпадают с максимумами двойной волны, порождаемой взаимодействием пары Земля—Солнце. Когда же Солнце и Луна находятся в поперечном расположении относительно Земли (рис. 17.14,6), т. е. когда направления на них образуют прямой угол — четверть круга (отсюда название — квадратурный прилив), эти двойные волны отделяются одна от другой и приливы становятся «вялыми».

Если в древности люди заметили регулярность смены высоких и низких приливов и использовали этот феномен, чтобы отмечать течение времени двухнедельными интервалами (от одного мощного прилива до другого), то и морские животные в своем жизненном цикле тоже следуют этому интервалу. Классический пример такой адаптации — периодичность икрометания небольшой (длиной около 15 см) рыбки западного побережья США, называемой калифорнийской атериной-грунион. Весной и летом эта рыба выбирает моменты самого высокого прилива для нереста на высоких участках калифорнийских пляжей. Более того, рыба чувствует «самые высокие» приливные волны и «оседлывает» их гребни, чтобы достичь самых высоких мест на песчаном пляже, далеко отстоящих от моря. Там, извиваясь и скользя, самка находит углубление в песке и мечет икру; затем в то же углубление заплывает самец и выбрасывает там свою молоку. Когда следующая волна перехлестывает через берму, обе рыбы пробиваются назад, в безопасные участки моря. Таким образом, икра остается недоступной для морских животных, а солнечное тепло способствует созреванию зародышей, выполняя роль инкубатора. Как раз перед наступлением следующего сизигийного прилива, т. е. через 14 сут, потомство вылупляется из икринок. Когда новые волны достигают самых дальних участков пляжа, молодь уносится с ними вниз, попадая в необходимую для ее жизни водную стихию.

Заключение.Познание волн и волновых движений в океанах — весьма трудная задача из-за большого разнообразия свойств океанских волн. Мы можем обобщить данные о волновых движениях в виде спектральной диаграммы, на которой легко показать, какие движения вызываются ветром, какие представляют собой результат действия приливообразующих сил и т. д. Перечислим главные типы рассмотренных волн.

1. Капиллярные и очень короткие гравитационные волны. Капиллярные и короткие гравитационные волны — самые короткие из всех волн, создаваемых ветрами, которые дуют над поверхностью жидкости. Возникая под действием ветра, эти волны в то же время способствуют трению между ветром и водой.

2. Ветровые волны. Мы всегда думали, что знаем ветровые волны лучше всего, поскольку они всегда доступны для изучения. Однако потребовалась работа многих исследователей в течение многих лет, чтобы расшифровать внутреннюю взаимосвязь между распределением давления ветра и скоростью роста энергии волн. Конечное состояние моря определяется тремя видами связи между ветром и водой: скоростью ветра, продолжительностью действия ветра и разгоном. Интересным результатом изучения волн стало открытие, что волны зыби могут переносить энергию от места своего возникновения на расстояния порядка 10 тыс. км.

3. Штормовой нагон. Особого вида волны, называемые штормовым нагоном, возникают, когда обусловленный ветром экмановский перенос на очень мелкой воде складывается с высоким приливом и высокими ветровыми волнами. Штормовые нагоны нередко приводят к гибели людей и большим материальным потерям в таких районах, как побережье Мексиканского залива в шт. Техас и побережье Бенгальского залива в Бангладеш.

4. Цунами. Цунами представляют собой цуги (серии) волн, возникающих вследствие сейсмических подвижек океанического дна. Распространяясь со скоростью более 700 км/ч, они вызывают разрушения на побережьях вдали от места генерации.

5. Приливы. Из всех рассматриваемых волн наибольшее впечатление всегда производили приливы. Когда выяснилось, что существует целый ряд приливообразующих сил, каждая из которых создается благодаря взаимодействию Земли с другими небесными телами, стали думать, что в будущем удастся предсказывать приливы математически. Теперь мы осознаем всю сложность этого процесса, вытекающую из разнообразия рельефа прибрежных районов. Приливы можно прогнозировать только с помощью удачно построенной модели приливов для конкретной местности, экстраполируя «работу» этой модели на будущее.