Движение воды в океане


Морская вода – очень подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины и прежде всего ветер. Он возбуждает поверхность течения в океане, которые переносят огромные массы воды из одних районов в другие. Однако непосредственное влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м) расстояние от поверхности.  Подвижность вод океана проявляется и в вертикальных колебательных движениях – таких, например, как волны и приливы. С последними связаны и горизонтальные движения воды – приливные течения. Ниже в толще воды и в придонных горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления, связанные с рельефом дна.

Поверхностные течения образуют два больших круговорота, разделенных противотечением в районе экватора. Водоворот северного полушария вращается по часовой стрелке, а южного - против. Баланс между вращающей парой сил среднего поля ветра и результирующими течениями складывается на площади всего океана. Кроме того, течения аккумулируют огромное количество энергии. Поэтому сдвиг в поле среднего ветра не приводит автоматически к сдвигу больших океанических водоворотов.

Циркуляция глубинных вод

На водовороты, приводимые в движение ветром, накладывается другая циркуляция, термохалинная («халина» - соленость). Вместе температура и соленость определяют плотность воды. Океан переносит тепло из тропических широт в полярные. Этот перенос осуществляется при участии таких крупных течений, как Гольфстрим, но существует также и возвратный сток холодной воды в направлении тропиков. Он происходит в основном на глубинах, расположенных ниже слоя возбуждаемых ветром водоворотов. Ветровая и термохалинная циркуляции представляют собой составные части общей циркуляции океана и взаимодействуют друг с другом. Так, если термохалинные условия объясняют в основном конвективные движения воды (опускание холодной тяжелой воды в полярных районах и ее последующий сток к тропикам), то именно ветры вызывают расхождение (дивергенцию) поверхностных вод и фактически «выкачивают» холодную воду обратно к поверхности, завершая цикл.

Представления о термохалинной циркуляции менее полны, чем о ветровой, но некоторые особенности этого процесса более или менее известны. Считается, что образование морских льдов в море Уэдделла и в Норвежском море имеет важное значение для формирования холодной плотной воды, распространяющейся у дна в Южной и Северной Атлантике. В оба района поступает вода повышенной солености, которая охлаждается зимой до температуры замерзания. При замерзании воды значительная часть содержащихся в ней солей не включается в новообразующийся лед. В результате соленость и плотность остающейся незамерзшей воды увеличиваются. Эта тяжелая вода опускается ко дну. Обычно ее соответственно называют антарктической донной и североатлантической глубинной водой.
Другая важная особенность термохалинной циркуляции связана с плотностной стратификацией океана и ее влиянием на перемешивание. Плотность воды в океане с глубиной возрастает и линии постоянной плотности идут почти горизонтально. Воду с разными характеристиками значительно легче перемешать в направлении линий постоянной плотности, чем поперек них.
 Представляя себе в общем плане циркуляцию океанических вод в виде системы обширных антициклонических вихрей, необходимо отметить, что течения, в сумме образующие круговороты, весьма сильно отличаются в их разных участках. Западные пограничные течения, такие, как Гольфстрим и Куросио, - узкие, быстрые, глубокие потоки с довольно хорошо выраженными границами. Направленные к экватору течения на другой сторонне океанических бассейнов, такие, как Калифорнийское, Перуанское и Бенгальское, напротив, широкие, слабые и неглубокие потоки с расплывчатыми границами, некоторые исследователи даже считают, что эти границы есть смысл проводить на мористой стороне течений такого типа.
Основные факторы, определяющие циркуляцию глубинных вод, - температура и соленость.
В приполярных районах Мирового океана вода на поверхности охлаждается. При образовании льда из него выделяются соли, которые дополнительно осолоняют воду. В результате вода становится более плотной и опускается на глубину. Области интенсивного образования глубинных вод находятся на севере Атлантического океана у Гренландии и в морях Уэдделла и Росса у Антарктиды.
Распространение глубинных вод существенно зависит от рельефа дна. Установлено, например, что североатлантические глубинные воды, следуя рельефу дна, пересекают Атлантический океан и частично вовлекаются в мощное течение Западных ветров.

Циркуляция полярных вод

Циркуляция вод Мирового океана в полярных районах северного и южного полушарий совершенно различна. Арктический океан скрыт под покровом дрейфующих льдов. Существующие сведения о течениях в Северном Ледовитом океане указывают на наличие медленного переноса воды в направлении против часовой стрелки. Свободному перемешиванию глубинных холодных вод Арктики с глубинными водами Атлантического и Тихого океанов препятствуют два довольно мелководных порога между континентами. Глубина мелководного порога в Беринговом проливе, разделяющем Чукотку и Аляску, не достигает и 100 м, но сильно препятствует водообмену между Атлантическим и Тихим океанами через Северный Ледовитый.

В южном полушарии все выглядит иначе. Широкий (300 миль) и глубокий (3000 м) пролив Дрейка - между Южной Америкой и Антарктидой - обеспечивает беспрепятственный водообмен между Атлантическим и Тихим океанами. Благодаря этому направленное на восток Антарктическое циркумполярное течение простирается до дна и при расчетной величине расхода воды оказывается величайшим течением Мирового океана.

Антарктическое циркумполярное течение приводится в действие господствующими здесь западными ветрами, а его средняя скорость и расход воды определяются балансом между касательной силы ветра на поверхности и силой трения о дно. Установлено, что над понижениями дна течение отклоняется к югу, а над поднятиями - к северу, что указывает на несомненное влияние рельефа дна на направление этого течения.

Наиболее хорошо выраженные адвективные потоки воды в глубоководной области океанов отмечаются вдоль западных границ бассейнов [1].

Течения

Горизонтальное поступательное перемещение вод в океанах и морях обобщенно называют морскими течениями. Они создаются под воздействием различных природных факторов. Морские течения на поверхности океанов и морей вызываются главным образом ветром (ветровые течения). Его касательное напряжение создает трение, а движущийся воздух оказывает давление на водную поверхность. В результате этого верхний слой воды толщиной около 1,5 км начинает перемещаться в пространстве. Если ветер, вызвавший течение, устойчиво действует длительное время примерно в одном направлении, то образуется постоянное течение. Оно может распространяться на 1000 км. Если ветер, образующий течение, действует кратковременно, то создается эпизодическое случайное течение, существующее лишь сравнительно небольшое время. Главную роль в Мировом океане играют постоянные течения. Именно они осуществляют обмен водами между различными частями океана, именно они переносят тепло и соли, т.е. обеспечивают единство Мирового океана.

Перемещение вод в пространстве создает температурные различия течений. Соответственно они подразделяются на: теплые течения – их вода теплее окружающих вод; холодные – их вода холоднее окружающих вод; нейтральные – их вода близка по температуре к окружающим водам.

Основные характеристики морского течения: скорость (V м/с) и направление. Последнее определяется обратным способом по сравнению со способом определения направления ветра, т.е. в случае с течением указывается, куда течет вода (северо-восточное течение идет на северо-восток, южное – на юг и т.п.), тогда как в случае с ветром указывается, откуда он дует (северный ветер дует с севера, западный с запада и т.д.).

По направлению движения вод течения бывают прямолинейные, когда воды перемещаются по относительно прямым линиям, и круговые, образующие замкнутые окружности. Если движение в них направлено против часовой стрелки, то это – циклонические течения, а если по часовой стрелке – то антициклонические, иногда их называют антициклональными.
Морские течения охватывают всю толщу вод от поверхности до дна Мирового океана. По глубине своего протекания они подразделяются соответственно на поверхностные, глубинные и придонные. Скорость движения наиболее высока в самом верхнем (0 – 50 м) слое. Глубже она снижается. Глубинные воды движутся значительно медленнее, а скорость перемещения придонных вод 3 – 5 см/с. Скорости течений неодинаковы в разных районах океана.
Горизонтальное движение вод океана приближенно характеризуется симметрией относительно экватора, хотя в каждом полушарии имеются свои особенности.
Северное и Южное пассатные течения, Межпассатное (экваториальное) противотечение и Антарктическое циркумполярное течение – основные течения Мирового океана в целом.  
 В Мировом океане хорошо выражены вихревые движения вод, различные по происхождению, размерам и т.п. Так, основная струя Гольфстрима движется не прямолинейно, а образует горизонтальные волнообразные изгибы – меандры. Длина волны между гребнями 35 – 370 км. Вследствие неустойчивости потока меандры иногда отделяются от Гольфстрима севернее мыса Гаттерас и образуются самостоятельно существующие вихри. Их диаметр 100 – 300 км, толщина от тысячи до нескольких тысяч метров, продолжительность существования от нескольких месяцев до нескольких лет, скорость движения воды может достигать 300 см/с. Слева от струи Гольфстрима образуются теплые антициклонические вихри, а справа от нее – холодные циклонические. И те и другие дрейфуют со средней скоростью около 7 км/сут в сторону, противоположную направлению самого течения.

Основные течения Мирового океана

Название

Температурная градация

Устойчивость

Средняя скорость, см/с

Тихий океан


Северное пассатное

Минданао

Куросио

Северо-Тихоокеанское

Аляска

Алеутское


Курило-Камчатское
(Ойясио)

Калифорнийское

Межпассатное
(экваториальное)
противотечение


Южное пассатное

Восточно-Австралийское

Южно-Тихоокеанское

Перуанское

Антарктическое
циркумполярное


Нейтральное

Нейтральное

Теплое

Нейтральное

Теплое

Нейтральное


Холодное


Холодное


Нейтральное



Нейтральное

Теплое

Холодное

Холодное


Нейтральное


Устойчивое

Устойчивое

Весьма устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Неустойчивое


Устойчивое


Неустойчивое


Устойчивое



Устойчивое

Устойчивое

Слабо устойчивое

Слабо устойчивое


Устойчивое


80

30

35

35

15

15


25


12


50 – 130



95

20

5


25 – 75

Индийский океан


Южное пассатное

Агульясское (Игольного мыса)

Западно-Австралийское
Антарктическое циркумполярное


Нейтральное
Теплое

Холодное


Нейтральное


Устойчивое
Весьма устойчивое

Неустойчивое


Устойчивое



70


25 – 75

Северный Ледовитый океан


Норвежское

Западно-Шпицбергенское

Восточно-Гренландское

Западно-Гренландское


Теплое

Теплое

Холодное

Теплое


Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое






50

Атлантический океан


Северное пассатное

Гольфстрим

Северо-Атлантическое

Канарское

Ирмингера

Лабрадорское

Межпассатное противотечение

Южное пассатное

Бразильское

Южно-Атлантическое

Бенгальское

Фолклендское

Антарктическое циркумполярное


Нейтральное

Теплое

Теплое

Холодное

Теплое

Холодное


Нейтральное

Нейтральное

Теплое

Нейтральное

Холодное

Холодное


Нейтральное


Устойчивое

Весьма устойчивое

Весьма устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое


Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое

Устойчивое


Устойчивое


25

75

50

50



75


75

95

25

65

25


25

Апвеллинг

Подъем глубинных холодных вод к поверхности называется апвеллингом. Зоны апвеллинга связаны с районами дивергенции, образования циклонических вихрей, постоянным сгоном теплых прибрежных вод устойчивыми ветрами — муссонами, пассатами и др.

Циклоническое вихревое движение вод всегда сопровождается их подъемом из глубинных слоев к поверхности в центральной части круговорота и опусканием поверхностных вод на глубины на его периферии.

Зона апвеллинга ограничена по протяженности и ширине, но поднявшиеся на поверхность воды и их влияние на океанологические условия могут распространяться на обширные районы океана. Глубинные воды в зоне апвеллинга обычно поднимаются довольно медленно: несколько десятков метров в месяц.
Опускание вод и подъем их с глубины на поверхность имеют огромное значение прежде всего для развития жизни в океане. При погружении поверхностные воды, насыщенные кислородом вследствие взаимодействия с атмосферой и жизнедеятельности растительных организмов, обогащают им придонные и глубинные слои.

Волнение в океане

Волнение – одно из разновидностей волновых движений, существующих в океане. Это волны, вызванные воздействием ветра на поверхность моря. Кроме волнения в океанах и морях существуют другие виды волн: приливные, сейшевые, внутренние и т.п. Все волновые движения представляют собой деформацию массы воды под воздействием внешних сил. Сила может быть разовой (единичной), постоянно действующей или периодически, но в любом случае эта сила, выведя массу воды из равновесия, возбуждает в ней колебательное периодическое движение, выражающееся двояко: колеблется форма поверхности воды около поверхности покоя и колеблются отдельные частицы вокруг своих точек равновесия. Так как это колебание развивается во времени, то можно определить и скорость этих движений. Для деформации поверхности это будет скорость распространения волны, или фазовая скорость, а для частицы – скорость обращения ее вокруг точки равновесия – центра орбиты, т.е. орбитальная скорость. Это характеристика волн поступательных или прогрессивных, которые перемещаются на большие расстояния. Есть еще волны стоячие, в которых деформация происходит на месте, без распространения.
Во время волнения вода около берега имеет, поступательное движение, но вдали от берегов частицы воды движутся только колебательно. Если бросить в открытом море поплавок, то он будет только качаться - то опускаясь, то поднимаясь. Частицы воды совершают орбитальное движение, т. е. каждая частица движется. при этом, как вращающееся колесо, кверху и вместе с тем по направлению движущей силы вперед, затем вниз и назад.
Профиль волны лучше всего может быть сравниваем с трохоидой, и поэтому формулы трохоиды могут быть применяемы к волнам (трохоидой называется кривая, описываемая любой точкой на спице - колеса, когда колесо катится по горизонтальной поверхности, тогда как точка на окружности колеса описывает кривую, называемую циклоидой). Правильную трохоидальную форму имеют установившиеся волны зыби, тогда как под влиянием продолжающегося воздействия ветра на поверхности главной волны возникают волны вторичного порядка; кроме того, гребень волны смещается по направлению ветра, наветренный склон становится длиннее и положе, а подветренный короче и круче.
На основании уравнений трохоиды можно вычислить главные-элементы волны.
В ветровых волнах можно констатировать такое же изменение положения водяных частиц.
 
Если ветер быстро меняется, то получаются волны, направленные в различные стороны, - одни еще не угасли, как уже появились другие. В результате происходит интерференция волн.
Когда волна растет, то водяные гребни увеличиваются и становятся круче (максимум наклона до 12°); ветер ударяет в верхнюю часть гребня в срывает его, образуя мелкие брызги и пену; получаются белые барашки. Вот причина, почему высота волны увеличивается вместе с ветром, но только до известного предела, а при дальнейшем усилении ветра рост волны прекращается. Эти волны - самые опасные для судов, так как они обладают большой силой.
По мере приближения к берегу волна укорачивается. Волна набегает на берег, и если берег пологий, то нижние частицы вследствие трения задерживаются, а гребни теряют симметричную форму, наклоняются вперед и опрокидываются, - получается прибой, если разбивание волны происходит у самой береговой черты, или бурун, и если оно бывает на некотором расстоянии от берега над полосой отмелей или подводных рифов. Прибой у высоких берегов имеет несколько иной характер. Волна, встречая крутую стену, отбрасывается от нее и, не имея возможности податься назад и в сторону, подымается вверх, часто на значительную высоту (до 30 м). При взбросе волна получает огромную силу, которая производит нередко значительные разрушения.
Волнение распространяется в глубину на величину не более полутора длин той же волны.

Есть волны, происходящие от землетрясении и вулканических извержений. У таких волн все размеры грандиозны по сравнению с волнами, вызываемыми ветрами, и только их высота незначительна. Период растягивается на полчаса и дольше. С такой неимоверной скоростью волны пересекают весь океан.
Стоячие волны (сейши) - сущность их заключается в том, что в то время как у одного берега вода поднимается, у другого - она опускается, или вода поднимается посредине и опускается у обоих берегов. Обыкновенно эти волны одноузловые, но могут быть двуузловыми и многоузловыми; происходят они от внезапного удара ветра на поверхность воды под большим углом, в результате здесь поверхность воды понижается, затем по инерции повышается, и образуется стоячая волна. Другая причина образования таких волн - это внезапное увеличение барометрического давления у одного берега, которое тоже понижает поверхность воды.
 
Приливы и отливы

Приливом и отливом называется такое периодическое колебание уровня океана или моря, которое происходит от притяжения Луны и Солнца. Явление заключается в следующем: уровень воды постепенно поднимается, что называется приливом, достигает наивысшего положения, называемого полной водой. После того уровень начинает понижаться, что называется отливом, и через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) достигает наиболее низкого положения, называемого малой водой. Затем уровень снова начинает повышаться, и еще через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) наступает опять полная вода.

Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне называют приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды – приливами и отливами.




  • Меню

  • Реклама