Динаміка вод Світового океану

Води Світового океану перебувають в безперервному русі. Динамічний стан характеризується їх хвильовими рухами, горизонтальним га вертикальним переміщенням.

Хвильові рухи в океані. Основна причина утворення хвиль - вітер. Вони виникають при швидкості вітру понад 1 м/с. При слабкому вітрі близько 0,25 м/с - спочатку утворюються мало помітні хвилі. При посиленні вітру хвилі збільшуються одночасно в висоту і довжину, при цьому наростає період їх коливання та швидкість. Утворюються гравітаційні хвилі, які на першому етапі хвильового процесу характеризуються значною крутизною. Проте надалі довжина хвиль зростає швидше висоти і крутизна хвиль зменшується.

Навіть постійний вітер нерідко змінює свій напрям у певних межах. Іому він і утворює різні хвилі. Одночасно з великими утворюються невеликі хвилі, а на поверхні великих - вторинні хвилі. Тому хвилі часто мають різну швидкість і накладаються одна на одну, тобто інтерферують.

Якщо швидкість вітру зменшується, то спочатку зникають малі та вторинні хвилі, потім більші і врешті-решт залишаються лише довгі невисокі хвилі, які є найбільш стійкими і зникають повільно.

Із глибиною висота хвиль зменшується. Максимальна глибина, на якій зафіксоване утворення хвиль - 180 м. Це межа поширення поверхневих хвиль по вертикалі.

Величина хвиль залежить від швидкості та довжини шляху вітру над водною поверхнею. Максимальні висоти хвиль спостерігаються в помірних широтах, де панує стійке перенесення повітря із заходу на схід. Середні висоти хвиль у цих широтах 1-3, при потужних вітрах 6-10 м. Особливо великі хвилі (до 20-30 м) утворюються в Південній півкулі, де площа океанів більша. Максимальна висота вітрової хвилі була зафіксована в Тихому океані - 34 м (при швидкості вітру до 40 м/с).

Найменша висота хвиль в океані спостерігається в екваторіальному поясі, де штормові вітри бувають дуже рідко, а повторюваність штилів досягає 20-33%. На широтах, де панують пасати водна поверхня перебуває в постійному неспокої, переважають хвилі середніх розмірів.

Хвилі активно руйнують узбережжя. Там, де енергія хвиль не гаситься тертям, сила їх удару дуже велика. Відомі випадки зміщення хвилями кам'яних монолітів масою 250 тонн.

В океані спостерігаються також цунамі та сейші. Цунамі виникають, як правило, під час підводних землетрусів і найчастіше на заході Тихого океану. їх довжина досягає 300 км, а швидкість руху - до 700-800 км/ год. Вони завдають катастрофічних руйнувань на узбережжі. На малих глибинах рух хвилі гальмується до 30-70 км/год, її висота різко зростає (іноді до 50 м), хвиля набуває форми гігантського валу. У відкритому океані цунамі мають невелику висоту (не більше 2 м) і практично непомітні. За 30-40 хвилин до приходу цунамі вода відступає на декілька сотень метрів від берега. Найбільших руйнувань завдали Курильське цунамі (1952), Чилійське (1960), Аляскинське (1964 рік).

Нерухомі хвилі - сейші виникають у результаті різких змін атмосферного тиску над водною поверхнею. їх амплітуда - 1-1,5 м. Вони найбільш характерні для невеликих замкнутих морів та заток.

У товщі океаносфери утворюються внутрішні хвилі. Як відомо, океанічна вода по вертикалі неоднорідна. Із глибиною змінюються її в'язкість, щільність, швидкість горизонтального руху. Все це викликає на межі кожного шару води хвильові рухи. Внутрішні хвилі мають, як правило, значно більшу амплітуду, ніж поверхневі, вітрові. Проте швидкість їх поширення, а, отже, і енергія менша, ніж поверхневих. Ці хвилі впливають на життя, фізичні та хімічні процеси, будову поверхні дна океанів тошо.

На відміну від практично постійних вітрів помірних широт, тропічні циклони виникають несподівано в результаті підвищення температури і інижєння атмосферного тиску на певних ділянках океану. В області шиженого тиску на великій швидкості вриваються повітряні маси сусідніх іілянок, де тиск відносно вищий і температура понижена. При цьому утворюється потужний атмосферний вихор діаметром в сотні кілометрів і заввишки до 20-30 км. Він пересувається у невному напряму, який визначається, як правило, пануючими вітрами з океану на сушу. Швидкість його руху в океані досить повільна - 20-30 км/год.

Виникають тропічні циклони переважно в трьох районах - у західній чистині Атлантичного і Тихого та на північному сході Індійського океанів. У західній частині Тихого океану тропічні циклони називаються тайфунами, в Атлантиці - ураганами, в Індійському океані, залежно під району виникнення — орканами, аравійськими та бенгальськими циклонами тощо. На островах і узбережжях тропічні циклони завдають величезної шкоди, руйнуючи будівлі хвилями та вітром. Тропічні циклони називають власними іменами, додаючи цифри, що визначають масштаби можливої повені (у 10-бальній системі) та руйнувань (за 5-бальною шкалою).

Періодичні припливо-відпливні рухи води в океані, що обумовлені силами тяжіння Місяця та Сонця, у творюють хвилі дуже великої довжини і тривалого періоду. У залежності від деяких умов на узбережжя впливають півдобові, добові та змішані припливи. Тривалість припливу та відпливу у них неоднакова (як правило, приплив триває менше).

Величина, характер, час дії припливу залежить від положення небесних світил, їх віддаленості від Землі, взаємного розміщення, а також від глибини моря, обрисів берега, кута підходу припливної хвилі до берега та інших місцевих факторів. Все це викликає різноманітність припливів у Світовому океані.

Енергія припливної хвилі дуже залежить від її висоти. У різних районах Світового океану висота припливу різна: у відкритому океані коливається в межах 1-1,5 м, а біля узбережжя, зазнаючи впливу невеликої глибини та конфігурації берега, досягає 18 метрів у вузькій затоці Фанді на Атлантичному узбережжі Північної Америки. Високе підняття рівня води під час припливу характерне також для східного узбережжя Азії, західних берегів Індії, північного сходу Австралії та ін.

Оскільки припливи та відпливи - це хвилі з дуже значним періодом та довжиною, то їх дія супроводжується переміщенням великих мас води. Нони активно впливають на узбережжя та шельф, виконують значну роботу по переміщенню відкладів, розмиву дна та створенню акумулятивних форм рельєфу.

Течії. Основна маса вод Світового океану перемішується під впливом постійних і непостійних течій. Причина постійних течій - стійкі панівні вітри глобальної циркуляції атмосфери, перш за все пасати. Найважливішим для утворення системи океанічних течій є рух повітряних мас у центрах баричної дії атмосфери, насамперед в антициклонах. Вище зазначалося, що у результаті добового обертання Землі повітряні маси під дією сили Коріоліса рухаються в антициклонах Північної півкулі від центру до периферії за годинниковою, а в Південній - проти годинникової стрілки. Тому течії відхиляються в Північній півкулі вправо, а у Південній

• вліво.

У тропічних широтах пасати спричинюють рух теплої води на захід, утворюючи Північну та Південну пасатні течії. На місце теплої води з глибин піднімаються холодні води. Так утворюються холодні компенсаційні течії — Канарська, Каліфорнійська, Сомалійська та деякі інші. Між пасатними течіями в протилежному напрямку (на схід) тече Міжпасатна (Екваторіальна) протитечія.

Рух повітряних мас на західних периферіях Азорського та Південно- Атлантичного максимумів є причиною утворення ряду теплих течій - Гольфстріму, Бразильської, Гвіанської, які спочатку течуть паралельно берегу Північної та Південної Америки, а потім відхиляються вправо або вліво (у залежності від того, в якій півкулі розміщені). В результаті відхиляючої дії сили Коріоліса Гольфстрім повертає свої води на північний схід та схід і переходить у Північно - Атлантичну течію, а Бразильська вливається у потужну Течію Західних вітрів (Антарктична циркумполярна течія), яка охоплює кільцем Південну півкулю в помірних широтах. Її ширина 1300 км, а швидкість невелика (2 км/год).

Схожі циркуляційні процеси властиві для центрів баричної дії атмосфери Тихого океану - Гавайського та Південно-Тихоокеанського максимумів. На західній периферії цих антициклонів формуються теплі течії Куросіо та Східно-Австралійська, які течуть паралельно з узбережжям і відхиляються за рухом повітряних мас. Далі Куросіо продовжує шлях до берегів Північної Америки і називається Північно-Тихоокеанською течією, а Східно-Австралійська, як і Бразильська, вливається в Течію Західних вітрів.

На західній периферії антициклонів Південної півкулі формуються потужні холодні течії - Перуанська, Бенгельська, Західно-Австралійська, їх напрям обумовлений рухом повітряних мас на східній периферії максимумів Південної півкулі і вони виносять до екватора холодні води помірних і субантарктичних широт (із Течії Західних вітрів). У Північній півкулі холодні течії Каліфорнійська та Канарська є менш потужними,

Карга основних постійних течій Світовою океану

1 - напрям течій, 2 - район поширення іропічних мусонів

компенсаційними (у результаті відгону вод пасатними течіями з глибин піднімаються холодні води, які і течуть вздовж західних берегів Північної Америки та Євразії^-). Вздовж північно-східних берегів материків Північної півкулі рухаються холодні течії - Лабрадорська та Оясіо (Курило- Камчатська). Перша з них виносить дуже холодні води з Американського сектора Арктики і суттєво впливає на формування клімату північно- східних районів Північної Америки.

В Індійському океані постійною є лише Південна пасатна течія, яка біля берегів Африки утворює дві течії - теплу Мозамбіцьку та холодну Сомалійську. Остання, викликана мусонними вітрами, змінює свій напрям за порами року. Взимку вона тече на південний захід і південніше екватора переходить у Міжпасатну (Екваторіальну) протитечію. Влітку рухається на північний схід і є продовженням Південної пасатної течії. У цю пору року Сомалійська течія несе холодні компенсаційні води, тому що основна маса теплих поверхневих вод рухається, як і пануючі вітри, вздовж берегів Африки (Мозамбіцька течія).

Отже, система поверхневих течій Світового океану формується під впливом циркуляції атмосфери і тому в обох півкулях вони утворюють антициклональні і циклональні кругообіги. В цілому циркуляція водних мас Світового океану набагато складніша. Гак, під Південною Пасатною течією Тихого океану на схід рухається течія Кромвеля, в Атлантиці під нею є течія Ломоносова, а в індійському океані - течія Тареєва.

Вертикальна циркуляція вод. Вона пов'язана з поверхневими течіями. В одних районах Світового океану помітні зони сходження (конвергенції) течій, в інших - зони розходження (дивергенції). У перших виникає надлишок вод, що викликає їх низхідні рухи, а в зонах розходження створюються сприятливі умови для висхідних рухів глибинних вод. Зони підняття глибинних вод на поверхню називаються апвепінгами. Вони виникають також у результаті дії потужних стійких вітрів - пасатів та сезонних мусонів, які відносять прогріті поверхневі води і сприяють підняттю холодних глибинних вод.

Вертикальне переміщення океанічних вод відбувається також у процесі конвекційного обміну між товщами води, які мають різну щільність і температуру. Наприклад, на шельфі Антарктиди та Арктики великі маси води охолоджуються і опускаються на глибину. При опусканні дуже переохолоджених вод (особливо антарктичних) утворюється система донних течій. Останні відіграють дуже важливу роль у перенесенні відкладів, утворенні акумулятивних форм рельєфу на значних глибинах, а іноді і в ерозії дна. У придонних товщах океану конвекційні рухи можуть виникати за рахунок надходження тепла з надр Землі.

Вертикальна циркуляція вод має велике значення для важливих процесів у Світовому океані, особливо для розвитку органічного життя. При опусканні поверхневих вод, насичених киснем, відбувається ібагачення цим газом глибинних шарів води, що сприяє покращенню умов існування морських організмів. Підняття глибинних вод у зонах дивергенції сприяє виносу з глибин біогенних елементів та інтенсивному розвитку морських організмів, і тому зони апвелінгу є найбільш густо і а різноманітно заселеними акваторіями Світового океану.

Таким чином, динаміка вод - основна умова розвитку життя в океаносфері. Процеси переміщення обумовлюють аерацію океанічних вод і постійне оновлення біогенних елементів у верхніх, найбагатших на морські організми товщах води. Горизонтальні рухи води сприяють поширенню на всій площі Світового океану різноманітних організмів, перш за все планктону.

Водні маси Світового океану. У результаті динамічних процесів, іцо відбуваються в товщі океанічних вод, встановлюється стійка стратифікація водних мас.

Водні маси - це значні об'єми води з певними властивостями (температура, солоність та ін.), яких вона набуває у районах утворення і зберігає у межах певного простору. На відміну від повітряних мас, для них характерна вертикальна зональність. В залежності від глибини розрізняють такі типи водних мас: поверхневі, перехідні, глибинні та придонні.

Поверхневі водні маси поширюються, як правило, до глибини 200- 250 м. Формуються під впливом атмосферних опадів та прісних вод суші, переміщуються переважно течіями та хвилями, можуть змінювати температуру, солоність, насиченість газами, щільність та інші властивості. І и водні маси характеризуються максимальною швидкістю перенесення як у горизонтальному, так і вертикальному напрямах. Поділ поверхневих водних мас на підтипи здійснюється за зональними особливостями (.екваторіальні, тропічні, субполярні та полярні).

Перехідні водні маси розміщуються на глибинах від 250 до 1000 метрів. У полярних широтах вони характеризуються підвищеною температурою, у помірних та тропічних - підвищеною чи зниженою солоністю. Виділяють такі підтипи перехідних водних мас: полярні, субполярні, північноатлантичні та північноіндоокеанські. Більшість субполярних перехідних водних мас формується за рахунок опускання поверхневих вод у зонах субполярної конвергенції. У північній частині Індійського океану перехідні водні маси утворюються на поверхні в областях значного випаровування, у результаті чого солоність та щільність код зростає і вони занурюються на глибину.

Глибинні водні маси знаходяться на глибинах від 1000 до 4000 метрів. Утворюються вони головним чином при перемішуванні поверхневих і перехідних водних мас, охолодженні вод на шельфі. Охолоджені води стікають вниз по материковому схилу і продовжують рухатись у напряму до екватора. Опускання цих вод на глибину посилюється у високих широтах, де вони поступово охолоджуються. Глибинні водні маси північної частини Індійського і Тихого океанів мають місцеве походження: їх утворення пов'язане із стоком солоних вод Червоного моря і Перської затоки в Індійський та охолоджених вод шельфу Берінгового моря в Тихий океан.

Придонні водні маси займають глибини понад 4000 м. Для них характерна найнижча температура і найбільша щільність, повільний горизонтальний рух і дещо більша швидкість вертикального переміщення в порівнянні з глибинними водами у зв'язку з протоком тепла з дна океану. Ці води утворюються в результаті опускання водних мас, що знаходяться вище. Придонні водні маси Антарктики мають найнижчу температуру і відносно високий вміст кисню.

Отже, води океаносфери знаходяться в безперервному русі, основним джерелом якого є приток енергії з атмосфери і сила обертання Землі навколо своєї осі. В основних рисах динаміка поверхневих вод має зональний характер; із глибиною ця зональність помітно слабшає.