ДИНАМИКА ГИДРОСФЕРЫ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Может быть, вам приходилось наблюдать, когда порывы ветра набегают на хлебную ниву, по ее поверхности бегут волны. При этом верхние части стеблей совершают движения по замкнутой орбите, близкой к окружности. При волнении поверхности воды происходит то же самое. В верхней части орбиты частица воды движется в направлении движения волны, а в нижней—в обратном направлении, так что частица вновь возвращается в свое прежнее положение. Испытывающий давление ветра наветренный склон волны всегда более пологий, а подветренный—крутой. Высота волны—это расстояние от самой низкой точки ложбины до гребня, длина— расстояние между соседними гребнями. Наибольшая длина волны около 250 м, крайне редко—до 500 м. Расстояние, проходимое волной в единицу времени, называется ее скоростью. Высота волн в океане до 14—20 м, при землетрясении на дне моря цунами — до50м.

Самые мелкие ветровые волны — рябь. Возникают они в тихую погоду, при штиле, когда неожиданно налетает порыв ветра. При очень сильном ветре, переходящем в шторм (скорость его достигает 20 м/с и более), гребни волны срываются и образуется белая пена— «барашки». Когда шторм кончается, по морю еще долго ходят высокие волны, но уже без острых гребней. Длинные и пологие волны после прекращения ветра—зыбь. Крупную зыбь с малой крутизной и длиной волны до 300—400 м при полном отсутствии ветра называют мертвой зыбью.

При резком изменении атмосферного давления над какой-либо частью моря происходит наклон водной поверхности, и тогда образуются барические волны. При выравнивании поверхности появляются стоячие волны, или сейши,—колебания уровня воды с амплитудой от нескольких миллиметров до нескольких метров (в Женевском озере, например, до 2 м с периодом более часа). Такое колебание массы воды происходит без распространения поверхностных волн.

В зависимости от формы берега приближающаяся к нему волна ведет себя по-разному. У пологого берега нижняя часть набегающей волны тормозится о грунт; длина ее уменьшается, а высота—увеличивается. Верхняя часть волны движется быстрее нижней. Волна опрокидывается, и гребень ее, падая, рассыпается на мелкие, насыщенные воздухом, пенистые брызги. Волны, разрушаясь у берега, образуют прибой. Если волна разбивается в некотором отдалении от берега, на отмели, происходит частичное опрокидывание гребня с образованием пены—возникает бурун. Когда волна подходит к обрывистому берегу, около которого большие глубины, она со всей силой ударяется о скалы. В таком случае волна взбрасывается вверх в виде красивого, насыщенного воздушными пузырьками, водяного вала, достигающего высоты 30—60 м. В зависимости от формы скал и направления волн вал разбивается на части в виде фонтанов, мощных струй, водяных столбов и т. п. Сила удара волн доходит до 30—38 т на 1 м2. Волна способна поднимать на несколько метров обломки скал весом в 5—10 т, а более мелкие — до 20 м над уровнем моря. Прибой при сильных штормах передвигает глыбы весом до 100 т.

Для защиты от волн портовых сооружений, рейдовых причалов, береговых участков моря строят из камня или бетонных глыб волноломы, гасящие энергию волн. В то же время существуют проекты (некоторые из них реализованы) использования силы морских волн для получения электроэнергии. Но все-таки до сих пор сильные морские волны приносят людям преимущественно вред, а цунами время от времени причиняют огромный ущерб и иногда разрушают прибрежные города.

Морские течения. В океанах и морях перемещаются в определенных направлениях на расстояния в тысячи километров огромные потоки воды шириной в десятки и сотни километров, глубиной в несколько сотен метров. Такие потоки—«реки в океанах» называются морскими течениями. Движутся они со скоростью 1—3 км/ч, иногда до 9 км/ч. Вызываются течения главным образом постоянно дующими в одном направлении ветрами, а также целым рядом других, менее действенных, причин. Ветровые, или дрейфовые, течения в свою очередь вызывают компенсационные течения, возмещающие убыль воды, вызванную дрейфовыми течениями. Близки по характеру к компенсационным стоковые течения, образующиеся в результате наклона уровня моря, вызванного нагоном воды, выносом речных вод или выпадением осадков. Есть еще плотностиые течения— между морями с разной плотностью воды.

Представим себе началом всех течений пассаты, непрерывно дующие со скоростью 30— 40 км/ч. По обеим сторонам экватора северовосточный пассат образует Северное пассатное течение, а юго-восточный—Южное пассатное течение. Между ними— компенсационное Межпассатное противотечение. Кроме поверхностного противотечения открыты мощные глубинные течения противоположных пассатным течениям направлений, которые восстанавливают убыль воды из восточных частей океанов. Если бы не было суши, эти течения так бы и огибали весь земной шар. Но материки усложняют картину, заставляя течения раздваиваться. В умеренных широтах западные течения связаны с ветрами западных направлений (см. Динамика атмосферы). Эта закономерность особенно ярко выражена в южном полушарии в виде мощного течения, вызываемого западными ветрами. Муссоны несколько осложняют картину в северной части Индийского океана, где Северное пассатное течение отсутствует. В Мировом океане есть участки, лишенные течений. Они находятся в зонах затропических максимумов атмосферного давления обоих полушарий, где господствуют устойчивые антициклоны. Течения окружают эти центры в северном полушарии по часовой стрелке, в южном—против. В деталях своеобразную картину течения океанов и окраинных морей можно рассмотреть по карте.

Вращение Земли отклоняет потоки вод в северном полушарии вправо, в южном — влево-на угол до 45°. Например, пассатные течения идут с востока на запад, тогда как вызвавшие их ветры имеют северо-восточное и юго-восточное направления.

В зависимости от температуры воды течения бывают теплыми, если они несут воду более теплую, чем вода района, куда они приходят. Вода холодных течений приходит из высоких широт к экватору и несет туда более холодную воду. Есть еще нейтральные течения, температура которых одинакова с окружающими водами. Принося с собой тепло или холод, течения влияют на климат. Особенно ярко это прослеживается на примере теплого Северо-Атлантического течения, смягчающего климат Скандинавского полуострова, да и вообще северной половины Европы.

Вызванное ветром движение воды передается в глубину; при этом каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево в южном полушарии) от направления движения вышележащего слоя до тех пор, пока на некоторой глубине течение становится противоположным (поворачивает на 180°), что практически означает его прекращение. Эта глубина определена многочисленными измерениями; оказалось, что течения прекращаются на глубинах, не превышающих 300 м. Постоянство солевого состава на больших глубинах свидетельствует о перемешивании всей толщи вод Мирового океана. Но точной карты глубинных и придонных течений пока не составлено.

В каждом море своя система течений, что определяется местными условиями и размерами водоемов. В одних морях—круговые течения (Черное и Средиземное), в других— приливно-отливные (Белое море), в третьих — проникают ветви океанических течений (Северное и Карибское). Интересны течения в проливах. В одних—проточные, когда течение направлено в одну сторону (во Флоридском проливе); в других — обменные, когда вода движется в противоположных направлениях, как бы в два этажа (в Босфоре и Гибралтарском), или когда течения располагаются рядом друг с другом (проливы Лаперуза и Дэвиса). В узких и мелких проливах направление меняется на противоположное в зависимости от ветра (Керченский пролив).

Изучение морских течений ведется как в прибрежных зонах морей и океанов, так и в открытом море специальными морскими экспедициями на научных кораблях. Для этого нередко организуются международные экспедиции по соглашению между несколькими странами и международными организациями океанологов.