Динамика вод Мирового океана

Воды Мирового океана никогда не находятся в состоянии покоя. Движения происходят не только в поверхностных водяных массах, но и в глубинах, вплоть до придонных слоев. Частицы воды совершают как колебательные, так и поступательные движения, обычно сочетающиеся, но при заметном преобладании одного из них.

Волновые движения (или волнение) — преимущественно колебательные движения. Они представляют собой колебания водной поверхности вверх и вниз от среднего уровня, в горизонтальном направлении водные массы при волнении не перемещаются. В этом можно убедиться, наблюдая поплавок, качающийся на волнах.

Волны характеризуются следующими элементами:

• подошва волны — наиболее низкая ее часть;
• гребень волны — наиболее высокая ее часть;
• крутизна склона волны — угол между ее склоном и горизонтальной поверхностью;
• высота волны — расстояние по вертикали между подошвой и гребнем. Она может достигать 14-25 метров;
• длина волны — расстояние между двумя подошвами или двумя гребнями. Наибольшая длина достигает 250 м, но редко встречаются волны до 500 м.;
• скорость волны — расстояние, пробегаемое гребнем за секунду. Скорость волны характеризует быстроту продвижения ее.

Главной причиной образования волн является ветер. При малых его скоростях возникает рябь — система мелких равномерных волн. Они появляются с каждым порывом ветра и мгновенно затухают. Гребни ветровых волн запрокинуты в ту сторону, куда дует ветер; когда ветер стихает, поверхность воды продолжает колебаться по инерции — это зыбь. Крупную зыбь с малой крутизной и длиной волны до 400 м при отсутствии ветра называют ветровой зыбью. При очень сильном ветре, переходящем в шторм, подветренный склон оказывается круче наветреного, а при очень сильном ветре гребни срываются вниз и образуют белую пену — «барашки».

Волнение, вызванное ветром, с глубиной затухает. Глубже 200 м даже сильное волнение незаметно. При подходе к пологому берегу нижняя часть набегающей волны тормозится о грунт; длина 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. Он всегда параллелен берегу. Вода, выплеснутая волной на берег, медленно стекает обратно. При подходе к обрывистому берегу волна со всей силы ударяется о скалы. Сила удара порой доходит до 30 тонн на 1 м². При этом главную роль играют не механические удары водных масс о скалы, а образующиеся водные пузырьки. Они и разрушают горные породы, слагающие скалы (см. «Береговая зона»). Для защиты от волн портовых сооружений, рейдовых причалов, берегов из камня или бетонных глыб строят волноломы.

Форма волны все время меняется, производя впечатление бегущей. Это происходит вследствие того, что каждая водная частица равномерным движением описывает круги около уровня равновесия. Все эти частицы движутся в одну сторону. В каждый момент частицы находятся в разных точках круга, это и есть система волн.

Наибольшие ветровые волны наблюдаются в Южном полушарии, так как большая его часть занята океаном и западные ветры наиболее постоянны и сильны. Здесь волны могут достигать 25 метров в высоту и 400 метров в длину. Скорость передвижения их около 20 м/сек. В морях волны меньше по размеру: так, например, в большом Средиземном море они достигают только 5 м.

Для оценки степени волнения моря применяется 9-балльная шкала Бофорта.

Вследствие подводных землетрясений и вулканов возникают сейсмические волны — цунами (японск.). Это гигантские волны, обладающие разрушительной силой. Подводные землетрясения или извержения вулканов обычно сопровождаются сильным подземным толчком, передаваемым водой на поверхность, что бывает небезопасно для судов, находящихся в этом районе. Последующие волны, вызванные ударом, в открытом море заметить практически невозможно, поскольку они здесь пологие. Приближаясь к берегу, они становятся круче и выше, приобретает страшную разрушительную силу. В результате на побережье могут обрушиваться гигантские волны; высота их до 50 м и больше, а скорость распространения от 50 до 1000 км/час.

Сила ветра в баллах	Сила волнения в баллах	Влияние ветра на поверхность моря
0	0	Зеркальное море
1 —2	1	Образуются небольшие волны без барашков. Рябь.
3	2	Короткие, хорошо выраженные волны, гребни их начинают опрокидываться, но белой пены еще нет.
4	3	Волны еще длиннее, все море в «барашках», шум прибоя непрерывным рокотом.
6	5	Образуются гребни большой высоты. Прибой сопровождается глухими раскатами. Ветер срывает белую пену с больших волн.
7	б	Волны громоздятся и производят разрушение. Шум прибоя слышен издалека.
8	7	Высота и длина волн заметно увеличиваются. Пена ложится по воде густыми полосами. Шум в открытом море раскатами. Пена покрывает склоны и местами достигает подошвы.
9 — 10	8	Высокие гороподобные волны с опрокидывающимися гребнями. От пены вся поверхность моря белая. Шум в открытом море ударами.
11 — 12	9	Высота волн так велика, что их вершинами скрываются корабли; полосы пены вытянуты по поверхности моря. Верхушки гребней волн скрываются водяной пылью. Раскаты моря превращаются в сплошной грохот. Водяная пыль с гребней становится настолько густой, что значительно уменьшает видимость.

Наиболее часто цунами обрушиваются на побережье Тихого океана, что связано с высокой сейсмической активностью этого района. За последнее тысячелетие Тихоокеанское побережье подвергалось ударам цунами около 1000 раз, в то время как в других океанах (кроме Северного Ледовитого) эти гигантские волны возникали только десятки раз.

Обычно перед приходом цунами в течение нескольких минут вода отступает от берега на несколько метров, а иногда и на километры; чем дальше отступает вода, тем большей высоты цунами следует ожидать. Существует специальная служба оповещения, заблаговременно предупреждающая жителей побережья о возможной опасности. Благодаря ей число жертв становится меньше.

Ущерб, причиняемый цунами, во много раз превосходит последствия, вызываемые самим землетрясением или извержением вулкана. Большие разрушения причинили Курильское цунами (1952 г.), Чилийское (1960 г.), Аляскинское (1964 г.).

Цунами могут распространяться на очень большие расстояния. Например, от волн, возникших при землетрясении в Чили, существенно пострадали берега Японии, а цунами, вызванное извержением вулкана Кракатау в Индонезии (1912 год), обошло весь Мировой океан и было зафиксировано в Гавре (Франция) через 32 часа 35 минут после последнего взрыва, пройдя расстояние, равное половине окружности земного шара. Ущерб, нанесенный этой гигантской волной, даже трудно оценить: были затоплены берега всех близлежащих островов, с них были смыты не только жители, но и вся почва, в порту о. Ява крупные корабли сорвало с якорей, и они были заброшены на 9 метров в высоту на 3 км в глубь суши; были фактически стерты с лица Земли постройки.

С цунами связаны не только сильные разрушения, но и значительные человеческие жертвы. Цунами, вызванные извержением вулкана Кракатау в 1883 году, унесли жизни 40 000 человек, а во время цунами в 1703 году в Японии погибло около 100 000 человек.

Под действием силы притяжения Луны и Солнца возникают периодические колебания уровня океана — приливно-отливные движения океанских вод. Эти движения происходят примерно два раза в сутки. Во время прилива уровень океана постепенно повышается и достигает наивысшего положения. При отливе уровень постепенно падает до наинизшего. При приливе вода течет к берегам, при отливе — от берегов. Приливы и отливы — это стоячие волны.

По законам взаимодействия космических тел Земля и Луна притягивают друг друга. Это притяжение способствует «выгибанию» поверхности океанов навстречу лунному притяжению. Луна движется вокруг Земли, и за ней «бежит» по океану приливная волна, дойдет она до берега — прилив. Пройдет немного времени, вода вслед за Луной отойдет от берега — отлив. По тем же космическим законам приливы и отливы образуются и от притяжения Солнца. Оно притягивает Землю значительно сильнее, чем Луна, но Луна гораздо ближе к Земле, поэтому лунные приливы вдвое сильнее солнечных. Если бы не было Луны, то приливы на Земле были бы в 2,17 раз меньше. Объяснение приливообразующих сил впервые было дано И.Ньютоном.

Высший уровень воды во время прилива называется полной водой, низший уровень при отливе — малой водой. Наиболее распространены полусуточные приливы, при которых за лунные сутки (24 час. 50 мин.) бывают 2 полные и 2-малые воды. В зависимости от положения Луны относительно Земли и от конфигурации береговой линии бывают отклонения от такого правильного чередования. Иногда наблюдается 1 полная и 1 малая вода в сутки. Такое явление можно наблюдать на островных дугах и побережьях Восточной Азии, Центральной Америки.

Высота приливов разнообразна. Теоретически одна полная вода при лунном приливе равна 0,53 м и 0,24 м при солнечном. Таким образом, самый высокий прилив должен иметь высоту 0,77 м. В открытом океане и у островов величина прилива близка к теоретической: на Гавайских островах — 1 м; на островах Фиджи — 1,7 м, на острове Святой Елены — 1,1 м. У материков, при входе в сужающиеся заливы, величина прилива значительно больше: в Мезенской губе Белого моря — 10 м; в Бристольском заливе в Англии — 12м.

Наиболее крупными из зарегистрированных в Мировом океане являются следующие приливы:

• в Атлантическом океане в заливе Фанди — 16-17 м. Это самый большой показатель прилива на всем земном шаре.
• в Охотском море в Пенжинской губе — 12-14 м. Это самый большой прилив у берегов России.

Значение приливов огромно: каждая приливная волна несет огромный запас энергии, и сейчас в ряде стран строятся приливные электростанции. Кроме того, значение приливов велико и для морского судоходства.

Поступательное движение водных масс в океанах и морях, вызванное различными силами, называется морскими или океаническими течениями. Это «реки в океане». Движутся они со скоростью до 9 км/час. Причинами, вызывающими течения, являются нагревание и охлаждение поверхности воды, осадки и испарение, различия в плотности воды, но наиболее значимой причиной образования океанических течений является ветер.

Течения по преобладающему в них направлению делятся на зональные (течения западных ветров), идущие на запад, на восток, и меридиональные — несущие свои воды на север или юг (Гольфстрим). В отдельные группы можно выделить противотечения и муссонные течения. Противотечения — это такие течения, которые идут навстречу соседним, более мощным и протяженным. Потоки, которые изменяют свою силу от сезона к сезону в зависимости от направления прибрежных ветров, называются муссоны.

Самым мощным в Мировом океане является течение Западных ветров. Оно располагается в Южном полушарии в широтах у побережья Антарктиды, где нет значительных массивов суши. Над этим пространством преобладают сильные и устойчивые западные ветры, способствующие интенсивному переносу воды океанов в восточном направлении. Течение Западных ветров соединяет в своем круговом потоке воды трех океанов и переносит каждую секунду до 200 млн. тонн воды. Ширина течения Западных ветров 1300 км, а вот скорость его невелика: чтобы обойти Антарктиду один раз, водам течения необходимо 16 лет.

Другим мощным течением является Гольфстрим. Он переносит каждую секунду 75 млн. тонн, что в 3 раза меньше, чем течение Западных ветров. Роль Гольфстрима очень велика: он переносит тропические воды Атлантического океана к умеренным широтам, благодаря чему климат Европы является мягким и теплым. Подходя к Европе, Гольфстрим уже не тот поток, что вырывается из Мексиканского залива, поэтому северное продолжение этого течения называется Северо-Атлантическим течением.

Океанические течения отличаются не только направлениями, но и в зависимости от температуры разделяются на теплые, холодные и нейтральные. Течения, направляющиеся от экватора, являются теплыми, а к экватору — холодными. Они обычно менее соленые, чем теплые, так как текут из областей, где выпадает много осадков, или из областей, где опресняющее действие оказывает таяние льда. Холодные течения тропических широт образуются благодаря поднятию холодных глубинных вод. Примерами теплых течений являются Гольфстрим, Куросио, Северо-Атлантическое, Северо-Тихоокеанское, Северное пассатное, Южное пассатное, Бразильское и др. Примерами холодных течений являются течение Западных ветров (или Антарктическое), Перуанское, Калифорнийское, Канарское, Бенгальское и другие.

На направление океанических течений оказывает большое влияние ускорение Кориолиса, и направление ветра не совпадает с направлением течений. Течение отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном от направления ветра на угол до 45°.

Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубине, не превышающей 300 м, но иногда обнаруживают течения в глубинных слоях. Причиной этого является разная плотность воды. Она может быть вызвана давлением массы воды сверху (например, в местах нагона или сгона ее ветром), изменениями температуры воды и солености. Изменения плотности — причина постоянных вертикальных перемещений воды: опускания холодной (или более соленой) и подъема теплой (менее соленой).

Кроме ветровых течений, широко распространены  также приливные течения, меняющие направление 4 или  2 раза в сутки; в узких проливах скорость этих течений  может достигать 6 м/сек (22 км/час).

Значение океанических течений заключается прежде всего в перераспределении на Земле солнечного тепла: теплые течения способствуют повышению температуры, а холодные понижают ее. Огромное влияние оказывают течения на распределение осадков на суше. Территории, омываемые теплыми водами, всегда имеют влажный климат, а холодными — сухой; в последнем случае дожди не выпадают, увлажняющее действие имеют только туманы. С течениями переносятся и живые организмы. Это в первую очередь относится к планктону, вслед за которым движутся и крупные животные. При встрече теплых течений с холодными образуются восходящие токи воды, которые поднимают глубинную воду, богатую питательными солями. Она благоприятствует развитию планктона, рыб и морских животных, поэтому эти места являются важными промысловыми участками.

Итак, течения в океане вызываются ветром (ветровые океанические течения); возникают вследствие разной высоты уровня воды (стоковые течения) и разной ее плотности (плотностные течения). Во всех случаях на направление течения оказывает действие вращение Земли. Ветровые океанические течения можно классифицировать по направлению и температуре.