18 Билет 2 вопрос и 20 билет 1 вопрос

Океанические, или морские, течения — это поступательное движение водных масс в океанах и морях, вызванное различными силами. Хотя наиболее значительной причиной, образующей течения, является ветер, они могут сформироваться и из-за неодинаковой солёности отдельных частей океана или моря, разности уровней воды, неравномерного нагрева разных участков акваторий. В толще океана существуют вихри, созданные неровностями дна, их размер нередко достигает 100—300 км в диаметре, они захватывают слои воды в сотни метров толщиной.

Если факторы, вызывающие течения, постоянны, то образуется постоянное течение, а если они носят эпизодический характер, то формируется кратковременное, случайное течение. По преобладающему направлению течения делятся на меридиональные, несущие свои воды на север или на юг, и зональные, распространяющиеся широтно. Течения, температура воды в которых выше средней температуры для тех же широт, называют тёплыми, ниже — холодными, а течения, имеющие ту же температуру, что и окружающие его воды, — нейтральными.

Муссонные течения изменяют своё направление от сезона к сезону, в зависимости от того, как дуют прибрежные ветры муссоны. Навстречу соседним, более мощным и протяжённым течениям в океане, движутся противотечения.

На направление течений в Мировом океане оказывает влияние отклоняющая сила, вызванная вращением Земли, — сила Кориолиса. В Северном полушарии она отклоняет течения вправо, а в Южном — влево. Скорость течений в среднем не превышает 10 м/с, а в глубину они распространяются не более чем на 300 м.

Течения классифицируют по различным признакам: по вызывающим их силам (генетические классификации), по устойчивости, по глубине расположения в толще вод, по характеру движения, по физико-химическим свойствам.

Выделяют три группы течений:

Градиентные течения, вызванные горизонтальными градиентами гидростатического давления, возникающими при наклоне изобарических поверхностей относительно изопотенциальных (уровневых) поверхностей

Плотностные, вызванные горизонтальным градиентом плотности

Компенсационные, вызванные наклоном уровня моря под воздействием ветра

Бароградиентные, вызванные неравномерным атмосферным давлением над морской поверхностью

Сейшевые, возникающие в результате сейшевых колебаний уровня моря

Стоковые или сточные, возникающие в результате возникновения избытка воды в каком-либо районе моря (как результат притока материковых вод, осадков, таяния льдов)

Течения, вызванные ветром

Дрейфовые, вызванные только влекущим действием ветра

Ветровые, вызванные и влекущим действием ветра, и наклоном уровня моря и изменением плотности воды, вызванными ветром

Приливные течения, вызванные приливами.

Отбойное течение

Приливные течения наиболее сильные, особенно проявляются у берега, на мелководье, в проливах и устьях рек.

В океанах и морях течения обычно обусловлены совокупным действием нескольких сил. Течения, которые продолжают существовать после окончания действия вызвавших их сил, называют инерционными.

По изменчивости течения разделяют на периодические и непериодические.

Периодические течения меняются с определённым периодом. К таким течениям относят приливные течения.

Непериодические течения связаны с временными причинами (например, возникают под воздействием циклона).

Выделяют течения, скорости и направления которых мало меняются за сезон (муссонные) или за год (пассатные).

Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися течениями, а изменяющиеся во времени — неустановившимися.

Ветровые течения определяются направлением преобладающих ветров. Это всегда поверхностные течения, они образуются под совокупным влиянием сил трения, турбулентной вязкости, градиента давления, отклоняющей силы вращения Земли и др. К числу сильнейших ветровых течений относятся Северное и Южное Пассатные течения, течение Западных Ветров и др.

Плотностные течения определяются различиями в плотности воды. Примером плотностного течения является Гольфстрим, а также северо-тихоокеанское течение.

Причины, могущие возбудить движение вод в океане и создать наблюдаемую систему океанических течений, можно подразделить на три группы. Причины космического характера, разность плотностей и ветры.

Согласно современному взгляду, космические причины, вращение Земли и приливы, не могут возбудить ничего подобного наблюдаемым в поверхностных слоях течениям, и потому эти причины здесь и не рассматриваются.

Второй группой причин, возбуждающих течения, являются все те условия, которые производят разность плотностей в морской воде, а именно неравномерное распределение температуры и солености.

Третья причина возникновения поверхностных (а следовательно, отчасти и подводных) течений есть ветер.

Теории возникновения течений

Разность плотности воды

Разность плотностей многими признавалась как важнейшая причина океанических течений, этот взгляд получил распространение в особенности после океанографических исследований экспедиции Challenger.

В это время сперва Карпентер, а потом Моя высказали предположение, что разность плотностей есть одна из главных причин течений. В последнее время скандинавские ученые: Нансен, Бьеркнес, Сандштрём, Петтерсон, снова возобновили интерес к явлению разности плотностей, как причине течений.

Различие плотностей в морской воде есть результат одновременного действия многих причин, всегда существующих в природе и потому непрерывно изменяющих плотности частиц морской воды в разных местах.

Разность плотностей, постоянно поддерживаемая многими причинами во всей массе вод Мирового океана, должна содействовать образованию движения вод, как на поверхности, так и на глубинах.

Норвежский ученый В. Бьеркнес изложил свои взгляды на причины, могущие возбудить движение в какой-либо среде, безразлично жидкости или газе. Причины эти заключаются единственно в неоднородности самой среды, что в природе всегда и наблюдается. Идеи Бьеркнеса потому именно и замечательны, что он разбирает движение в случаях, взятых из природы, а не какую-либо идеальную среду, совершенно однородную, как это обычно делается.

Так как Бьеркнес берет среду не однородную, то основанием его рассуждений должно быть обстоятельное изучение распределения плотностей в рассматриваемой среде. Знание распределения плотностей дает представление о внутреннем строении среды, а последнее позволяет судить и о характере возникающих в ней движений частиц.

Сущность идеи Бьеркнеса вычисления скоростей течений на основании распределения плотностей. Предположим, что в какой-либо массе вод температура и соленость распределены совершенно равномерно, тогда и плотность везде будет одинакова, и, следовательно, избранная масса воды будет однородна. В таких условиях на одинаковых глубинах давления будут одни и те же и будут зависеть только от числа слоев, находящихся над каждым слоем (в первом приближении с каждыми 10 м глубины давление увеличивается на одну атмосферу).

Бьеркнес вместо плотности пользуется обратными величинами — удельными объемами и через места в жидкости, где последние одинаковы, проводит поверхности, которые на взятом вертикальном сечении изобразятся кривыми, названными им изостерами.

Таким образом, на вертикальном разрезе получится две системы линий, одни будут прямые, параллельные горизонту изобары, а другие — изостеры — будут их пересекать под разными углами. Чем равновесие в жидкости будет более нарушено, т. е. чем она будет далее от однородности, тем и плотности, а следовательно, и удельные объемы будут более различны на одинаковых глубинах. Потому там, где жидкость однороднее, и изостеры будут близки к изобарам; где же на близких расстояниях по горизонтальной поверхности изобар встречаются значительные разности в однородности строении жидкости, там изостеры будут круто подниматься или опускаться.

Влияние ветра

Связь между ветром и поверхностными течениями настолько проста и легко заметна, что среди моряков ветер давно признавался важной причиной течений.

Первый, кто указал в науке на ветер как на главную причину течений, был В. Франклин в своих рассуждениях о причинах, вызывающих Гольфстрим (1770 г.). Затем А. Гумбольдт (1816 г.), излагая свой взгляд на причины течений, указал на ветер как на первую причину их. Первостепенное значение ветра как причины течений, таким образом, давно признавалось многими, но оно получило сильную поддержку после математической обработки вопроса, произведенной Цёпприцем (1878 г.).

Цёпприц разобрал вопрос о постепенной передаче движения от поверхностного слоя воды, приведенного в движение ветром, к следующему, от последнего к лежащему под ним и т. д. Цёпприц показал, что в случае бесконечно долгого времени действия движущей силы ветра, движение будет передаваться ,в глубину таким образом, что скорости в слоях будут убывать пропорционально глубинам независимо от величины внутреннего трения. Если же силы действуют ограниченное время, и вся система движущихся частиц не пришла в стационарное состояние, то скорости на разных глубинах будут зависеть от величины трения. Цёпприц заимствовал для своей гипотезы коэффициент трения из опытов над истечением жидкостей, в том числе и морской воды, и, вставив его в свои формулы.

Теория Цёпприца (господствовавшая около 30 лет) обратила внимание на важные особенности ветровой (дрейфовой) гипотезы течений, и ее главная заслуга в том, что она впервые выразила влияние ветра численно, и, как всегда в таких случаях бывает, недостатки гипотезы послужили источником для дальнейшего изучения, результатом чего явилась новая, более совершенная ветровая теория, принадлежащая шведскому ученому В. Экману, в которой принята во внимание уклоняющая сила от вращения Земли на оси.

Если предположить океан безбрежным и бесконечной глубины, а ветер над ним действующим непрерывно, настолько долгое время, что в воде, приведенной им в движение, установилось стационарное состояние, то при этих условиях получаются следующие выводы.

Прежде всего необходимо указать, что поверхностный слой воды приводится в движение ветром вследствие двух причин: во-первых — трения, а во-вторых — давления на наветренные стороны волн, потому что вследствие ветра возникает не только течение, но и волнение. Обе эти причины могут быть в совокупности названы тангенциальным трением.

Согласно ветровой (дрейфовой) теории Экмана, движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии. При этом направление поверхностного течения уклоняется от направления производящего его ветра на 45° для всех широт одинаково.

Влияние уклоняющей силы от вращения Земли на оси сказывается не только в уклонении течения на поверхности от ветра на 45°, но и в дальнейшем непрерывном повороте направления течения при передаче движения в глубину от слоя к слою. Таким образам, с передачей течения от поверхности в глубину не только быстро (в геометрической прогрессии) убывает скорость, но и направление течения постоянно поворачивает в северном полушарии вправо, а в южном — влево.

Влияние давления атмосферы

В морях подобное влияние давления атмосферы на их различные части сказывается значительно на течениях в проливах, соединяющих их с океанами или другими морями. Например, Гольфстрим в своем начале во Флоридском проливе, случается, обладает большей скоростью при северных, т. е. противных, ветрах и меньшей при южных, попутных. Такое несоответствие объясняется влиянием давления атмосферы; когда северные ветры дуют над Гольфстримом во Флоридском проливе, тогда над Мексиканским заливом бывает слабое давление атмосферы, отчего уровень в заливе повышается, уклон к Флоридскому проливу увеличивается, а это в свою очередь ускоряет вытекание воды из залива через Флоридский пролив к северу. Южные же ветры бывают во Флоридском проливе при условии существования над Мексиканским заливом высокого давления, почему тогда уровень в заливе понижается и уклон уровня во Флоридском проливе становится меньше, а следовательно, и скорость течения уменьшается, несмотря на попутные ветры.

Обзор всех указанных выше причин течений

Указанные выше причины, возбуждающие передвижение воды в океане, сводятся к трем условиям: влиянию разностей давления атмосферы, влиянию разностей плотности морской воды и влиянию ветра. Влияние вращения Земли на оси и влияние берегов могут только видоизменять характер уже существующих течений, но сами по себе два последние обстоятельства никаких движений воды возбудить не могут.

Влияние разностей давления атмосферы никаких значительных течений возбудить не может. Остаются две следующие причины: разности плотностей морской воды и ветер.

Разности плотностей в океане всегда существуют, а следовательно, всегда стремятся привести частицы воды в движение. При этом разности плотностей действуют не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, возбуждая конвекционные течения.

Ветер, согласно современным взглядам, не только обуславливает возникновение поверхностных течений, но также служит причиной происхождения течений и на разных глубинах до самого дна. Таким образом, значение ветра, как возбудителя течений, в последнее время расширилось и стало более всеобщим.

Материал, которым располагает океанография, по распределению плотностей в разных местах и на разных глубинах в океанах еще очень мал и недостаточно точен; но на основании его уже можно сделать попытку определить численно (по способу Бьеркнеса) те скорости течений, какие разность плотностей может возбудить в поверхностных слоях океанов.

Из этих трех причин течений надо признать, что ветер представляет одну из важнейших. На это указывают многие обстоятельства; несомненно, что если бы ветер не существовал, то возникшие в океанах системы течений очень значительно отличались бы от существующих.

Тут будет уместно указать, что в океане существует много течений с водами совершенно различных плотностей, идущих рядом, и, несмотря на то, между ними, однако, вовсе не образуется обмена воды.

Наконец, все течения идут по ложу, образованному водами океана, всегда обладающими совершенно иными физическими свойствами, нежели воды самих течений; однако и при этих условиях течения продолжают существовать и двигаться, не смешивая немедленно своих вод с соседними. Конечно, такое смешение вод их происходит, но оно совершается очень медленно и в значительной мере обуславливается образованием водоворотов при движении одного слоя воды по другому.

Подстилающая поверхность, как фактор климатообразования, это и характер морских течений у берегов материков.

В береговых зонах материков температурный режим территорий, увеличение или сокращение количества атмосферных осадков зависит от характера морских течений.

С теплыми течениями связано повышение температуры воздуха в прибрежных районах (особенно ярко это проявляется в зимнее время в умеренном и субарктическом климатических поясах) и усиление выпадения осадков. Над теплыми течениями, как более нагретыми поверхностями, возрастает испарение, в воздух поступает больше водяного пара и, следовательно, количество атмосферных осадков возрастает.

Холодные течения, наоборот, препятствуют выпадению осадков. Это обусловлено следующими моментами: при прохождении над холодным течением снижается температура нижних слоев воздуха в воздушной массе (в них развивается мощный инверсионный слой – слой пониженных температур в приземном воздухе), который препятствует конвекции и она приобретает устойчивую стратификацию, т.е. внизу воздух тяжелый холодный, а вверху – легкий теплый. Поэтому внутри воздушной массы приостанавливается вертикальное перемешивание воздуха и становится невозможным снижение его температуры до точки росы. Тем самым не происходит его полного насыщения, и атмосферные осадки не могут образоваться, хотя относительная влажность составляет примерно 80%. Холодные течения также снижают температуру воздуха.