Движения морской воды

Рассмотрим важнейшие движения морских вод:

1) волновые движения (в том числе цунами, приливы и отливы),

2) морские течения,

3)штормовые нагоны.

 

Волновые движения представляют собой перемещения частиц воды по замкнутым или почти замкнутым круговым орбитам в вертикальной плоскости параллельно направлению ветра в некотором слое водной массы. По происхождению волны делят на волны трения (фрикционные или ветровые), приливы, анемобарические (например, сейши), цунами, корабельные. Кроме того, различают поверхностные волны, возникающие на поверхности и в приповерхностном слое моря, и внутренние, проявляющиеся на некоторой глубине и незаметные на поверхности. Существуют также поступательные и стоячие волны; короткие (длина волны меньше глубины моря); коротко- и длиннопериодные.

В любой волне можно выделить следующие элементы:

 

 

Гребень – наивысшая точка волнового профиля.

Подошва – самая низшая точка волнового профиля.

Фронт волны – линия, проходящая вдоль гребня волны. перпендикулярная к направлению перемещения волн.

Высота волны Н – расстояние по вертикали от наивысшей до ближайшей наинизшей точки волнового профиля (обычно в океане высота волны 1-3 м, однако известны ветровые волны до 30 м).

Длина волны L – горизонтальное расстояние между двумя последовательно расположенными наинизшими или двумя наивысшими точками по фронту волны (протяженность гребня волны в направлении ее фронта).

Крутизна волны А – отношение высоты волны к ее полудлине, на практике часто берут просто отношение высоты к длине; в этом случае крутизна будет вдвое меньше принятого в научной литературе.

Перечисленные элементы относятся к геометрическим характеристикам. Выделяются также кинематические характеристики:

- скорость волны с, равную расстоянию, пробегаемому гребнем за единицу времени;

- период волны λ – время, за которое волна проходит путь равный ее длине.

 

Дадим характеристику пяти генетическим типам волн.

 

1. Волны трения (ветровые волны) обязаны своим происхождением ветру. Длина и высота волны зависит от силы ветра: при силе ветра в 4 балла высота волны составляет 2,1 м, при 10 баллах – 10,2 м. Увеличивается и средняя длина волн от 51 м до 195 м. При сильных штормах высота волны может достигать 15 – 18 м. Морские волны, подходя к берегу захватывают всю толщу воды на мелководье и вместо круговой формы, характерной для открытого моря, приобретают эллипсоидальную. Это происходит оттого, что у подошвы вода движется медленнее, чем на гребне, колебательное движение воды сменяется поступательным. Скорость и длина волны уменьшаются, но значительно возрастает высота и крутизна, особенно ее переднего склона. В результате волна опрокидывается и возникает прибой. Разрушение волн происходит на глубинах, соответствующих одной или полуторной (иногда двойной) высоте волны. У крутых берегов волны предварительно не разрушаются, а разрушаются только у берега, образуются мощные всплески.

 

2. Приливы и отливы – периодические колебания уровня Мирового океана, вызываемые притяжением Луны и Солнца. При этом основное воздействие оказывает Луна, меньше Солнце. Амплитуда прилива отмечается расстоянием между уровнем малой и полной воды. По периоду колебания приливные волны разделяются на полусуточные и суточные. Наивысшей величины приливы достигают при новолунии и полнолунии (2 раза в месяц), когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной линии (сизигия – от греч.syzygia –соединения, пара – общее название двух фаз Луны: полнолуния и новолуния).

 

Наименьшая величина приливов бывает в квадратуре

 

 

Высота приливов в открытом море около 1 метра, но значительно возрастает в области шельфа – до 18 м. Приливно-отливные движения охватывают всю толщу воды и поэтому являются мощным динамическим фактором в перемещении осадочного материала.

 

3. Сейши – особый вид волн, возникающих в замкнутых или частично замкнутых бассейнах (озера, заливы). Напоминают колебания воды в ванне или кастрюле. Это так называемые стоячие волны. Классический пример их – колеблющаяся струна. Причина возникновения сейши – изменение атмосферного давления, вызванного, например, прохождением циклона.

4. Цунами - волны тектонического происхождения, обусловленные перемещением блоков океанической литосферы (моретрясение). Возникают они, как правило, вдали от берега, и распространяются в равной степени во все стороны. Высота волны достигает до 30 м, длина измеряется сотнями километров (100-300 км), скорость достигает 800 км/час.

5. Корабельные волны вызываются движением корабля. Они бывают косые (расходящиеся) и поперечные. Первые образуют угол 18-20^о с направлением движения судна, фронт вторых волн перпендикулярен направлению движения корабля. При образовании таких волн судно теряет скорость, причем величина потерь возрастает с увеличением скорости.

 

6. Штормовые нагоны возникают при устойчивых сильных ветрах, дующих продолжительное время в сторону суши, Высота нагонных волн достигает 6 м. Со штормовыми нагонами связаны наводнения в Санкт-Петербурге.

 

Течения Мирового океана

Течения – горизонтальные перемещения огромных океанских масс. Различают постоянные и периодические течения; первые возникают, в основном, за счет неравномерного прогрева океанских вод и действую постоянно, вторые – в результате действия меняющихся ветров и носят периодический характер.

Постоянные течения классифицируются на:

- фрикционные,

- стоковые,

- плотностные.

 

Все Все главнейшие течения Мирового океана являются фрикционными или дрейфовыми. Причинами их возникновения являются: перепад температур, господствующие ветры (пассаты – постоянно дующие ветры, муссоны – периодически меняющие свое направление в зависимости от времени года, зимой с суши на море, летом – наоборот), силы Кариолиса (силы вращения Земли)

Стоковые течения возникают в результате накопления воды при обильном выпадении атмосферных осадков, таянии льдов или нагонном действии ветра.

 

Плотностные течения обусловлены неравномерным распределением температуры и солености воды и, следовательно, плотности по горизонтали.

Скорость течений от 15-50 до 150-200 см/сек, ширина течений может достигать до 1000 км, глубина до 1000-1300 м.

 

Рассмотренные течения относятся к поверхностным, кроме них различают промежуточные (подповерхностные) – до глубины 1 км, глубинные (придонные) – до гл. 6 км и донные течения.

Наименее изучены глубинные течения, в движение вовлечен слой воды толщиной почти 60 см со скоростью 28 см/с.

Глубинные течения обычно направлены в противоположные стороны по отношению к поверхностным. Возникают противотечения – мощные движения глубинных вод, направленные в обратную сторону. Существует представление о том, что массы морской воды находятся в состоянии конвективного движения, при этом источник подогрева находится в верхних слоях океана, им является солнечное тепло. В тех местах, где происходит опускание масс воды, могут образовываться обширные водовороты. В местах подъема и выхода на поверхность холодных возвратных потоков возникает апвеллинг (от англ. Up-наверх, well- хлынуть). Скорость такого восходящего потока всего несколько метров в месяц (у побережья Калифорнии 20 м в месяц). Обычно они возникают в дивергентных зонах морей и океанов. Зона дивергенции – зона расхождения течений, зона конвергенции – зона схождения течений, что сопровождается погружением вод на глубину – это зона пустыни в океанах, в отличие от апвеллинга – это зона оазиса в океане – наиболее густо заселенная морскими организмами и растениями область Мирового океана, поскольку поднимающиеся из глубин холодные воды богаты биогенными элементами.