7.3. Морские течения и их классификация
Морские течения — постоянные или периодические потоки в толще ми- рового океана и морей. Различают постоянные, периодические и неправильные течения; поверхностные и подводные, теплые и холодные течения. В зависимо- сти от причины течения, выделяются ветровые и плотностные течения. Расход течения измеряется в Свердрупах (Свердруп – это единица измерения объемно- го транспорта (расхода). Эквивалентна 106 кубических метров в секунду (0,001 км³/c). Используется в океанологии для измерения транспорта океаниче- ских течений. Символ Sv. Не является единицей СИ.
Течения классифицируют по различным признакам: по вызывающим их силам (генетические классификации), по устойчивости, по глубине расположе- ния в толще вод, по характеру движения, по физико-химическим свойствам.
Выделяют три группы течений.
Градиентные течения, вызванные горизонтальными градиентами гид- ростатического давления, возникающими при наклоне изобарических поверх- ностей 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 из-
бытка 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.
Приливные течения, вызванные приливами.
Приливные течения наиболее сильные, особенно проявляются у берега,
на мелководье, в проливах и устьях рек.
В океанах и морях течения (рис. 56), 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 определенным периодом. К таким те-
чениям относят приливные течения.
Непериодические течения связаны с временными причинами (например,
возникают под воздействием циклона). Выделяют течения, скорости и направ-
ления которых мало меняются за сезон (муссонные) или за год (пассатные).
|
Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися течениями, а изменяющиеся во времени – неустановившимися.
Рис. 56. Основные океанические течения
7.4. Приливы и отливы
Приливы и отливы – периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяже- нием Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные ак- ватории: океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики.
Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня – стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива. Средний уровень моря – условная величина, выше которой расположены отметки уровня во вре- мя приливов, а ниже – во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений. Средняя высота прилива (или отлива) – осреднен- ная величина, рассчитанная по большой серии данных об уровнях полных или малых вод. Оба этих средних уровня привязаны к местному футштоку.
Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов со- пряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к бе- регу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне назы- вают приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикаль- ные колебания уровня воды – приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, тогда как океаниче- ские течения, движущиеся непрерывно и однонаправлено, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства открытого океана.
Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяю-
щейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой.
Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.
Хотя Солнце играет существенную роль в приливо-отливных процессах,
решающим фактором их развития служит сила гравитационного притяжения
|
Луны (рис. 57).
Рис. 57. Схема возникновения приливов и отливов:
В точках А и В притяжение Луны ослабляет силу тяжести на земной поверхности, а в точках С и Д наоборот, усиливает. В результате действия этих ускорений вода в океанах на одной половине Земли стремится к точке А, над которой Луна в зените; в другой половине Земли – к точке В, где Луна в надире: в точках А и В будет прилив, в точках С и Д – отлив
Действие приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирно- го тяготения Ньютона. Этот закон гласит, что две материальные частицы при- тягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем более масса тел, тем больше возникающая между ними сила взаимного притяжения (при одинаковой плотности меньшее тело создаст меньшее притяжение, чем большее). Закон также означает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между дву- мя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстоя- ния играет значительно бóльшую роль, чем массы тел.
Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживаю- щее ее на околоземной орбите, противоположно силе притяжения Земли Луной, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны. Точка земной по- верхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на
6 400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме то-
го, масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, при- близительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны. Существует представле- ние, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направ- лении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, что его недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.
Тем не менее, океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, способны, перемещаться под действием силы бокового сме- щения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в дви- жение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной во- вне, и подвергаются горизонтальному смещению относительно твердой земной коры. В результате, возникает течение воды из прилегающих районов земной поверхности по направлению к месту, находящемуся под Луной. Результирую- щее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно при- ливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30-60 см, но она значи- тельно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.
За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Лу-
ной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удален- ных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отме- тить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повы- шением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне. Этот факт тоже объясняется законом Ньютона. Два или несколько объектов, расположенные на разных расстояниях от одного и то- го же источника тяготения и подвергающиеся, следовательно, ускорению силы
тяжести разной величины, перемещаются относительно друг друга, поскольку ближайший к центру тяготения объект сильнее всего притягивается к нему. Во- да в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, возникает приливная вол- на, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на про- тивоположной – обратной. Первая из них всего на 5\% выше второй.
Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя после-
довательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит при-
мерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива около 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.