Тема 5. Движение вод океана

Вся масса океанских вод непрерывно движется, происходят изменения и колебания уровенной поверхности. Это обеспечивает постоянное перемешивание воды, перераспределение тепла, солей, газов. При этом отдельные частицы воды совершают поступательные и колебательные движения. Динамические явления в океане подразделяются на волны, приливы-отливы и течения. Постоянные поверхностные течения образуют круговороты - макроциркуляции.

Волнение - результат нарушения равновесия уровенной поверхности и стремления силы тяжести восстановить это равновесие. По происхождению волны бывают:

• ветровые (волны трения)

• приливные (образуются под действием притяжения Луны и Солнца)

• анемо-барические (образуются в областях тропических циклонов и движутся вместе с ними в сторону суши, приводя к наводнениям)

• сейсмические (цунами)

• корабельные

• нагонные волны в устьях рек

Волны, возникающие и существующие под непосредственным воздействием вызывающих их сил, называются вынужденными или связанными. Волны, продолжающие существовать и двигаться некоторое время после того, как вызвавшая их сила прекратила действие, называют свободными. Волны бывают также: поступательные, стоячие и поступательно-стоячие. По размерам волны бывают короткие (в местах с небольшой глубиной) и длинные (в открытом океане). По расположению волны бывают поверхностные и глубинные (на границе между слоями с различной плотностью).

Волна имеет следующие элементы:

• высота волны - разность отметок гребня и подошвы волны

• длина волны - расстояние между двумя соседними гребнями или подошвами

• крутизна волны - тангенс угла наклона профиля волны к горизонту

• период волны - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями гребней через одну точку пространства

• частота волны - величина, обратная периоду волны

• фазовая скорость - скорость распространения волнового профиля

Волна имеет фронт и направление распространения (луч). Наивысшие ветровые волны возникают в открытом океане южных широт (высота 13-15м, длина 400м, скорость 20м/с, период 20с.). В морях волны меньше. Волнам в океане присущи все свойства волн - интерференция (наложение волн, идущих от разных источников), рефракция (разворот волны фронтом параллельно берегу), дифракция (распространение волн на закрытые участки акватории при обходе мысов, выступов берега). Волнение оценивается по 10-бальной шкале (0 баллов - волнение отсутствует, 9 баллов - исключительное волнение, высота волн более 11м). Наиболее часты сильные волнения на широтах 40⁰, средняя высота волн Мирового океана - менее 2м (66% всех волн), повторяемость очень высоких волн более 6м невелика (8%).

Особую группу волн образуют сейши - стоячие свободные волны в закрытых и полузакрытых водоемах, вызванные резким нарушением равновесия вод под воздействием:

• перепада атмосферного давления

• сгонно-нагонных явлений

• быстрой сменой или затуханием ветра

• обильным выпадением осадков в одном из районов бассейна

При этом создается наклон уровенной поверхности, что приводит к колебательному процессу всей водной массы. Линия, вдоль которой не происходят колебания, называется узловой линией. Сейши бывают поверхностные и внутренные (на границе между слоями разной плотности).

Приливы и отливы в Мировом океане - это волновые движения, возникающие под воздействием приливообразующих сил Луны и Солнца. Высота прилива - разница отметок наивысшего и наинисшего положения уровня. Часть берега, периодически затапливаемая в течение приливов, называется полосой осушки. Распространение воды на полосу осушки - приливное течение. Период прилива включает промежуток времени между последовательными моментами высокой воды.

Высота приливов и их период могут колебаться значительно в одной и той же точке. По периоду различают приливы суточные, полусуточные и даже четвертьсуточные, по высоте - правильные и неправильные. Неравенство высоты и периодов прилива объясняется фазой Луны (сизигийные приливы высокие, квадратурные - низкие, в полнолуние приливы полусуточные, в новолуние - суточные и наиболее высокие), склонением Луны - ее наивысшим положением то в северном, то в южном полушарии (тропическое неравенство, при высоком склонении Луны приливы тропические, при малом - равноденственные), расстоянием от Луны до Земли (параллактическое неравенство). Кроме того, на высоту приливов влияют форма береговой линии и строение дна береговой зоны. Вязкость воды вызывает запаздывание прилива вслед за прохождением Луны (лунный промежуток). В прибрежных районах Мирового океана преобладают полусуточные приливы с высотой 4-6м, особенно высоки они в узких заливах с крутыми стенками (16-18м - залив Фанди). В открытом океане прилив не превышает 1м. Приливная волна имеет огромную энергию и может быть использована.

Особое место занимают приливные явления в устьях рек. Прилив в устье распространяется вверх по течению. Так, на Амазонке приливы заметны на расстоянии 1400км от устья и идут в виде крутой волны навстречу течению. Такое явление называется бора или маскарэ. Причем морская вода более соленая и плотная идет по дну, пока речное течение не преодолеет прилив.

Приливные течения - это горизонтальные периодические возвратно-поступательные движения воды со сменой направления и скорости. Вдали от берегов приливные течения имеют незначительные скорости, но в прибрежных зонах, особенно в проливах, заливах и устьях они достигают значительных скоростей.

Течения - поступательные горизонтальные движения воды. Выделяют по происхождению течения:

• за счет сил трения - фрикционные (ветровые - образуются ветрами непостоянными переменного направления, дрейфовые - образуются господствующими ветрами постоянного направления)

• градиентно-гравитационные, возникающие в результате перепада какого-либо фактора (плотностные, соленостные, стоковые - при перепаде уровня воды и наклоне уровенной поверхности, компенсируют убыль воды из какой-либо части Мирового океана)

• инерционные - остаточные течения после прекращения действия возбуждающих течение факторов

• приливно-отливные течения

По устойчивости течения бывают периодические, постоянные, временные (случайные). По расположению они бывают поверхностные, глубинные, придонные, прибрежные, течения открытого моря. По физико-химическим свойствам: теплые, холодные, нейтральные, опресненные, осолоненные. По характеру движения: прямолинейные, криволинейные, циклонические, антициклонические. Под каждым поверхностным течением на определенной глубине под действием силы Кориолиса формируется глубинное течение противоположного направления. Общая схема течений Мирового океана формируется под влиянием взаимодействия океана и атмосферы. Океан и атмосфера образуют единую систему. В тепловом отношении активнее океан, а в динамическом отношении активнее атмосфера. Это обусловлено соотношением масс оболочек и их плотностью.

Общая циркуляция вод Мирового океана. Водные массы

Горизонтальный и вертикальный переносы воды в океане осуществляется циркуляционными системами разных размеров. Микроциркуляции - относительно кратковременные и небольшие вихри в океане. Мезоциркуляцииимеют большие размеры и более устойчивы. Макроциркуляции - круговороты, которые образуются постоянными течениями и являются стационарными системами планетарного обмена вод.

Водные массы - это большие массы воды с однородными характеристиками, распространяющиеся на огромные расстояния. Выделяют 6 зональных типов поверхностных водных масс, отличающихся мощностью толщи, температурой, соленостью, плотностью, содержанием кислорода, углекислоты, фосфатов и общим плодородием:

• экваториальные

• тропические

• субтропические

• умеренные

• субполярные

• полярные

Наиболее плодородны полярные и субполярные водные массы, а тропические и субтропические являются океаническими пустынями. Важнейшими факторами плодородия вод являются содержание кислорода и питательных фосфатов.

Поверхностные водные массы отделяются друг от друга океанскими фронтами, совпадающими с некоторыми трансокеаническими течениями.

Области Мирового океана, где возникают схождение водных масс и последующее их опускание, называются областями конвергенции. Области Мирового океана, где возникает подъем воды из глубин и расхождение водных масс, называются областями дивергенции.

Зональность в Мировом океане проявляется в виде географических поясов, являющихся природными комплексами, в которых взаимосвязаны климатические условия, водная масса с определенными характеристиками и особенностями циркуляции, особенности строения дна и совокупность организмов. Границами географических поясов Мирового океана являются крайние сезонные положения главных океанических фронтов. В вертикальном разрезе толща воды делится на слои по характеристикам, аналогично атмосфере. Верхняя сфера поверхностных водных масс распространяется в среднем до глубины 200-300м и наиболее динамична. Промежуточная сфера до глубины 1500-2000м образуется за счет опускания поверхностных вод, но преобладает в ней горизонтальный перенос. Глубинная сфера не доходит до дна на 1000м и составляет основную массу воды, малоподвижна. Придонная сфера толщиной 1000м от дна образуется в холодных поясах, в Арктике и Антарктике, а также в котловинах и желобах, тесно взаимодействует с дном океана и недрами Земли.