§ 27. Внутренние волны

На рис. 57 показано вертикальное распределение плотности о воды в море (Н — глубина). Температура и соленость воды с глубиной существенно изменяются. Это изменение происходит не плавно. Обыч­но из-за сильного прогрева температура верхних слоев воды значи­тельно выше, чем подстилающих. Причем, если соленость на поверх­ности из-за притока речных вод или дождей меньше, чем в глубине, то в верхнем слое плотность воды значительно отличается от плотно­сти глубинных вод. Увеличение плотности от поверхности до дна про­исходит неравномерно. Слой, где температура и соленость, а следо­вательно и плотность, бывают наибольшими, называется слоем скачка. Устойчивый слой скачка плотности толщиной в несколько метров образует как бы поверхность в океане, разделяющую менее плотные и более плотные водные массы. Если на эту поверхность бу­дут воздействовать какие-нибудь внешние силы, то она начинает ко­лебаться и создаст внутренние в о л н ы.

Внутренние волны могут образовываться под влиянием приливо-образующих сил Луны и Солнца, ветра, атмосферного давления, те­чений, подводных препятствий и т. п.

Наблюдаемые в природе внутренние волны обычно являются ре­зультатом сложения отдельных волн, каждая из которых порождена каким-либо возмущением. Например, приливообразующие силы и пере­пады атмосферного давления непосредственно воздействуют на слой скачка. Ветер генерирует поверхностные волны, которые, в свою оче-

Рис. 57. Вертикальное распределение плотности воды в море

Рис. 58. Мертвая вода

редь, как бы раскачивают нижние слои до тех пор, пока там не возни­кают огромные, но медленно распространяющиеся внутренние волны.

В зависимости от воздействующих сил длина, высота и период вну­тренних волн изменяются в широком диапазоне. Приливы обычно по­рождают внутренние волны с полусуточным и суточным периодом и высотой, достигающей в некоторых случаях более 30 м. Ветровые волны заставляют слой скачка колебаться с периодом от нескольких минут до часа. Высота таких волн до 5—6 м.

Развитие внутренних волн вдали от берега зависит в основном от рельефа дна, направления, постоянных течений и господствующего направления атмосферных образований — циклонов.

Вблизи берега слой скачка плотности возникает чаще всего в райо­нах впадения рек, а также во время таяния льда, когда относительно тонкий слой почти пресной воды располагается на высокосоленой и плотной морской воде. Эти факторы служат причиной образования так называемой «мертвой воды» (рис. 58). Она возникает на границе разде­ла между верхним и нижним слоями, резко отличающимися по плот­ности, если толщина верхнего слоя приблизительно равна погружен­ной части судна.

Явление «мертвой воды» встречается повсеместно вблизи устьев крупных рек: Лены, Енисея и др. Особенно часто оно наблюдается в арктических морях в штилевую весеннюю погоду при ледотаянии. Судно, скорость которого примерно совпадает со скоростью сво­бодного движения волны, будет создавать не только судовые волны на поверхности, но и внутренние волны (рис. 59) на границе раздела двух слоев воды — «легкого» верхнего и «тяжелого» нижнего. Волновое сопротивление сильно возрастает, так как вода в верхнем слое, тол­щиной, равной осадке судна, двигается в обратном направлении и вызывает потерю скорости судна.

Суда, идущие с небольшой скоростью, попав в «мертвую воду», внезапно теряют ход и, наоборот, при выходе из нее сразу набирают скорость. Буксируемые суда на «мертвой воде» рыскают и плохо слушаются руля.

Рис. 59. Внутренние волны:

/ — траектория течения; 2 — Поверхность раздела

Поверхность воды при движе­нии по «мертвой воде» приобретает в штиль своеобразный вид. За кор­мой увеличиваются поперечные волны, впереди появляется боль­шая волна, которую судно толкает.

В узких проливах при значи­тельных скоростях течений внут­ренние волны разрушаются и образуется внутренний прибой. В некоторых случаях он заметен на поверхности. Иногда, благодаря сильному сужению сечения, вихревое движение внутренней прибойной волны достигает поверхности и вызывает сильную толчею и водовороты.

Внутренние волны способствуют размыванию берегов и разруше­нию оснований портовых сооружений. На некоторой глубине давле­ние, вызываемое ударами внутренних волн, может быть больше, чем давление поверхностных волн.