Глава 5

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МИРОВОГО ОКЕАНА

5.1. ВОЛНЕНИЕ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ. ВИДЫ ВОЛНЕНИЙ

	олнение в Мировом океане — одно из природных
Â	явлений, издавна известных	человеку. Многие

древние государства возникали на прибрежных территориях (Египет, Греция, Рим, Индия). Уже тогда люди не только любовались, страшились, но интересовались регулярно возникающими на морской поверхности волновыми движениями. Впоследствии было установлено, что в результате воздействия на воды океанов и морей различных сил возникают колебательные и поступательные движения частиц воды.

Распространение колебаний в морской воде называют волновыми движениями или волнами.

Основными причинами возникновения волн в морях и океанах являются:

а) ветры, вызывающие короткие ветровые волны; б) приливы, вызывающие длинные приливные волны; в) изменения атмосферного давления, вызывающие образова

ние стоячих волн — сейш и солитонов;

г) землетрясения, вызывающие особо длинные волны цуна-

ìè;

д) движения кораблей, вызывающие корабельные волны и т. д. Если волны образуются на поверхности или в приповерхностном слое моря, их называют поверхностными волнами, если же они возникают на некоторой глубине — их называют внутренними волнами. Различают поступательные и стоячие, а также длинные и короткие волны. У коротких волн длина меньше глу

70	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

РИС. 12. Хокусаи (1760-1849). “Большие волны”.

Цветная гравюра на дереве

бины моря, у длинных волн, наоборот, длина больше глубины моря. К числу длинных волн относятся приливные волны и волны цунами. Рассмотрим волны цунами и сейши.

Цунами. Длинные морские волны, образующиеся в океанах и морях в результате землетрясений и вулканических извержений, возникающих на морском дне или вблизи берега, называют японским словом “цунами”. Термин “цунами” дословного перевода не имеет. Смысловое значение термина — “гигантская волна в заливе” (рис. 12). Эти волны часто несут с собой колоссальную энергию и, обрушившись на берега, вызывают катастрофические разрушения.

В исторических хрониках сохранились сведения о самых страшных цунами. Примерно в XV веке до н. э. произошло сильнейшее землетрясение в результате взрыва вулкана на острове Крит в Средиземном море. Предполагают, что вместе с вулканом перестала существовать под огромными волнами древняя критская культура. До нас дошли письменные свидетельства о десятке цунами, наблюдавшихся в течение первого тысячелетия до нашей эры. Известны разрушительные цунами 1821 г. на острове Сулавеси, в 1960 г. — цунами на побережье Чили. Волны были столь огромной силы, что их чувствовали на себе жите

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

71

ли всего побережья Тихого океана. Волны этого цунами дошли до берегов Новой Зеландии, Австралии, Филиппин. Но самой страшной разрушительной силы цунами за последние сто лет произошло 26 декабря 2004 г. с эпицентром на о. Суматра, унесшее жизни около 300 тыс. человек.

Цунами — это необычайно длинные и высокие волны, внезапно появляющиеся на побережье и в гаванях океанов. Как правило, они возникают в океанах, где проходят активные сейсмические зоны. Цунами образуются в результате подводных землетрясений с силой более 6,5 балла, с эпицентром на глубине 50 км, а также при извержении подводных, а иногда и прибрежных вулканов.

Разрывы в земной коре, сопровождающие такие землетрясения, могут поднимать или опускать крупные участки дна (рис. 13). Это, в свою очередь, вызывает большое изменение объема водного бассейна. Вода, как мы знаем, не сжимается и не растягивается, поэтому в ней быстро формируются продольное волны, которые со скоростью 1500 м/с достигают поверхности океана и образуют новые поверхностные волны, распространяющиеся концентрическими кругами во все стороны (рис. 14). Это и есть цунами. Возникают

цунами одинаково, а распространяются по-разному. Многое зависит от рельефа дна, очертаний побережья и т. д. Длина волн цунами на поверхности океана достигает 100—300 км, а высота ее в открытом океане 2—3 м. Высота волн возрастает при выходе на мелководье, а самой большой высоты они достигают у берега (20—30 м). В Тихом океане скорость цунами 650—800 км/ч. Идут они серией (цугом) в 3—9 волн подряд. В открытом океане волны цунами незаметны. Но подойдя близко к берегу, затормаживаясь на неровностях дна, цунами принимают резко асимметричную форму, опрокидывают свой гребень вперед и тараном обрушиваются на берег. Поэтому разрушительная сила цунами огромна.

1. Яростно устремляются цунами в узкие клинообразные бухты. Они огромными валами вкатываются по долинам рек вглубь материка (рис. 15).

2. Если цунами подходят к низинному пологому берегу, их ударная сила уменьшается, но увеличивается зона затопления. Например, невысокое побережье Бангладеш затапливается волной цунами на 50 км вглубь страны. Как правило, цунами в Бангладеш вызваны не землетрясениями, а тайфунами (рис. 16).

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

73

3. В узких скалистых берегах (воротах больших замкнутых бухт Авачинская на Камчатке и Владивостокская) цунами разбиваются о скалистые берега, теряя при этом свою энергию. Внутри таких бухт происходит незначительный подъем воды, не представляющий серьезной опасности (рис. 17).

Поэтому при оповещении о приближении цунами многие морские суда находят убежище в Авачинской или Владивостокской бухтах. Имеются такие бухты и у берегов США и Канады.

Предсказание и оповещение цунами. На протяжении многих столетий жителями прибрежных государств накоплен опыт сведений о приближении цунами.

1. За 10—40 мин до появления этой страшной волны происходит отступление (втягивание) воды, т. е. обнажение на несколько десятков, а иногда и сотен метров океанической прибрежной зоны дна.

2. Незадолго до отступления морской воды, над океаном воцаряется гнетущая тишина, сменяющая шум или стон прибоя.

3. На приближение цунами очень активно реагируют домашние животные — кошки, собаки, лошади и др., а из диких — ласки, крысы, мыши, суслики, змеи. Можно наблюдать и за неожиданным поведением птиц (крики фазанов, многие птицы улетают подальше от берега).

4. За приближением цунами следят приборы (мореографы). В последние десятилетия установлен постоянный обмен ин

формацией по предупреждению цунами между учеными США, России, Японии. Международный центр информации о возникновении и распространении цунами расположен в г. Гонолулу (Гавайские острова). С 1975 г. международная связь оповещения налажена по линии Гонолулу — Токио — Хабаровск.

Волны цунами могут вызываться не только землетрясениями и вулканическими извержениями, но и тайфунами, циклонами, ураганами. Правда, в этих случаях их называют не словом “цунами”, а “барическими волнами”, т. е. волнами, вызванными глубокими и внезапными изменениями атмосферного давления. От таких волн особенно страдают побережья Атлантического океана — Бристольский залив в Северном море, устье реки Темзы; в пределах Балтийского моря — Финский залив. Такие цунами здесь получили название солитоны. Они распространяются не в виде серии волн, а в виде одной-единственной (солирующей), т. е. солитона. В большей части они вызываются циклонами. Если циклон надолго устанавливается на значительном участке морской

74	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

поверхности и сопровождается выпадением обильных осадков, тогда он успевает вызвать заметное поднятие (вспучивание) поверхности моря. Этому способствуют и ветры, сгоняющие воду к центру циклона. Солитоны часто застаиваются в Северном и Балтийском морях, в результате чего здесь на долгое время устанавливается низкое давление, а постоянные дожди вызывают вспучивание, поднятие (на 80 см) поверхности моря вокруг циклонального центра. В результате внезапного изменения атмосферного давления, сопровождающегося сильными порывистыми ветрами западного направления, солитон устремляется на восток. Волны “солитоны” несут ответственность за известные наводнения в Бристольском заливе в Лондоне (Великобритания), в Санкт-Петербурге (Россия).

Солитоны — это единичные волны, образующиеся над морской поверхностью, где на длительное время устанавливается циклональная погода с постоянными дождями.

Сейши. Нередко в морях наблюдаются колебания уровня поверхности, охватывающие все море в целом. Эти колебания напоминают стоячие волны огромной протяженности, с характерными для них “узлами”. Амплитуда таких стоячих волн может достигать нескольких метров. Подобные волны получили название сейши (фр. seiche, что означает свободные колебания, или от лат. siccus — сухой). Образуются сейши в замкнутых водоемах (морях, бухтах, заливах, озерах). Представляют собой колебательные движения всей массы воды без распространения профиля волн по поверхности, в результате чего у берегов наблюдаются особые периодические колебания уровня, незаметные на глаз. Термин “сейши” употребляется уже в течение двух столетий для описания подъемов и спадов воды, которые происходят периодически в узкой части Женевского озера, где генезис этого явления изучал еще в конце XIX века швейцарский ученый Форель. Он установил, что сейши в своем элементарном виде обязаны двум длинным волнам, распространяющимся одновременно в противоположных направлениях. В результате вместо двух волн появляется “стоячая волна”, которая выглядит таким образом: если на одном конце озера (залива) — отлив, то на другом — прилив.

Между этими крайними положениями уровень озера не изменяется в течение всего цикла колебаний. Линия (вертикальный разрез) по всей ширине озера, на котором нет никаких вертикальных перемещений поверхности, называется узловой линией, а сейша называется одноузловой, если наблюдается один узел по

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

75

всей длине озера; если же имеются два узла — двухузловая, если

три узла — трехузловая и т. д. Обычно сейши из-за внушительных размеров водоемов имеют довольно большие периоды колебаний, но иногда этот период составляет всего несколько минут, тогда сейши начинают создавать определенные проблемы в морских портах. Например, в бухте Лос-Анджелеса (США) возникают волновые колебания с периодами от 12 до 2—3 мин. Столь высокочастотные колебания уже не являются сейшами, а получили название тягуна. Горизонтальные перемещения частиц воды при тягуне могут достигать нескольких метров и возникающие при этом волнения столь сильны, что невидимые подводные волны рвут стальные тросы, срывают корабли с прочных якорных цепей, бьют корабль о причал. А бывают случаи, когда корабли, при казалось бы спокойном море и ясной погоде, гибнут в порту. Обладая малыми вертикальными смещениями воды, тягун практически не видим. Спастись от него можно только в открытом море. Несмотря на длительные исследования, причина образования тягуна до сих пор не выяснена.

Основными причинами, вызывающими образование сейша, являются: резкое изменение атмосферного давления; внезапный сильно дующий ветер; выпадение сильного дождя, снега или града над поверхностью водного бассейна; быстрое изменение атмосферного давления в результате прекращения шквала; паводковые стоки рек; коренные нарушения морского ложа во время сильных землетрясений и т. д.

В пределах больших водных пространств (морей, бухт) на образование сейш оказывает влияние вращательное движение Земли и силы Кориолиса. Но этот фактор не имеет существенного значения на образование сейш в небольших водных бассейнах.

В нашем учебном пособии есть необходимость остановиться на характеристике особых волн.

Бор (анг. bore) — деформированная приливная волна, наблюдающаяся в условиях некоторых рек и эстуариев. Проявляется в форме одиночной длинной волны с опрокидывающимся гребнем и высокой скоростью распространения (10 м/с). Высота этой волны не менее 2—6 м и представляет высокий водяной вал, передняя сторона которого напоминает движущуюся водную стену. Как правило, фронтальная атака волны идет по всему периметру реки до самого дна. В разных районах мира эти волны носят различные названия. На Атлантическом побережье Франции (устье реки Сены) — это явление называют “ма

76	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

скаре” — высота 1,5 м. В устье Конго (Африка) эту волну называют “калема” — высота 1,5—2 м. Она приурочена к периоду выпадения зенитальных дождей. Самый сильный бор наблюдается на реке Фучуньцзян в Китае, высота волны до 6—7 м. На реке Ганг это явление называют баре — высота до 2 м. В классической форме деформированная приливная волна бор представлена в устье реки Амазонки. На языке народа тупи эту волну называют поророка, что значит “гремящая вода”. Многие

жители называют ее амазуну, что означает “крушитель лодок”, возможно, отсюда произошло и название самой реки. Поророка приходит из Атлантического океана, начинается на мелководье и мчится с огромной силой и скоростью по всей ширине реки против ее течения, образуя волну высотой в 4—6 м, неся пресную воду и не смешиваясь с солеными водами океана. Поророка заходит на тысячу километров вглубь материка, затапливает низкие берега, круша и разрушая десятки метров берегового грунта и вырывая с корнями тысячи вековых деревьев амазонского леса. Это явление сопровождается громким грохотом, который слышен на десятки километров вокруг. Скорость движения волнового вала достигает 10 м/с. Амазуну (поророка) распространяется по всей ширине реки (10—30 км), достигая дна (70 м). На своем пути волна переносит миллиарды тонн грунта, разрушая все, и представляет страшное зрелище. Поророка (амазуну) активна в феврале—марте—апреле и обычно приурочена к полнолунию, но продолжается не более 30 мин и несется дальше против течения Амазонки.

Центры штормового волнения в Мировом океане. Современные достижения в изучении режимных функций океанического волнения дали возможность выявить в пределах Мирового океана ряд штормовых центров, где ветровые волны достигают значительных высот. В связи с наличием в Южном полушарии обширных акваторий, в пределах которых ветер способен длительно воздействовать на поверхность океана, приантарктическая область Южного полушария является главным источником штормовых волнений. На 40—60 ю. ш. почти всегда существует несколько районов штормового волнения, перемещающегося в восточном или юго-восточном направлении со скоростью около 40 км/ч. Но сила и направление ветров на этом обширном пространстве очень устойчивы во времени. Режимные волны здесь получили широтное распространение. Наибольших значений штормовые волны достигают не вблизи “ревущих” 40-х широт, а

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

77

вблизи 50—60 ю. ш. в Атлантическом, Тихом, Индийском и Южном океанах. В зоне западного воздушного переноса приантарктического района выделяется 5 центров волнения.

1. В пределах Индийского (а ныне Южного океана с центром вблизи о. Кергелен) располагается самый штормовой район Мирового океана. Во все сезоны года здесь наблюдаются наибольшие высоты ветровых волн (до 35 м).

2. Второй район повышенной штормовой активности расположен между Новой Зеландией и Антарктидой, в окрестностях островов Маккуори и Эмералда. Площадь этого района намного меньше Кергеленского. В Новозеландском штормовом центре средние высоты волн постоянны и составляют 2—3 м, а максимальные — 20—25 м.

3. Третье место по штормовой активности занимает штормовой центр в проливе Дрейка, где высота волн до 20 м. Во время парусного флота это был самый опасный район для морского плавания.

4. К северо-востоку от Южных Сандвичевых островов расположен четвертый центр штормового волнения, где максимальные волны достигают 15—20 м.

5. Повышенная штормовая активность наблюдается также в Южном океане, в районе от 100 до 140-го меридиана. Режимные волны — 5—6 м высоты, а максимальные высоты волн в центре района превышают 15 м.

Таким образом, все пять центров штормового волнения Южного полушария находятся в зоне западного воздушного переноса и являются районами наиболее интенсивной передачи энергии атмосферы поверхности океана.

В Северном полушарии может быть выделено еще пять центров штормового волнения. Самыми штормовыми здесь являются умеренные широты Тихого и Атлантического океанов.

1. Мощный штормовой центр находится в Тихом океане, вблизи Северной Америки в устье реки Колумбия (мыс Разочарования). Здесь зарождаются самые штормовые волны, достигающие от 4 до 10 м высоты. В этом районе расположена служба спасения на Тихоокеанском побережье США.

2. Вблизи Американского континента в умеренных широтах Атлантики у острова Сейбл находится самый мощный штормовой центр Северного полушария, где высоты ветровых волн достигают 15 м.

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

79

3. Еще один центр расположен в водах Бискайского залива, где волны достигают 6—8 м, а иногда и 12—15 м. Этот центр иногда называют Галисийским.

4. Формирование аравийского штормового центра связано с развитием сильного летнего муссона. Высота волн достигает 8 м.

5. Наличие штормового центра в пределах Бенгальского залива связано не только с муссонной циркуляцией, но и с циклонической активностью, свойственной для этой части Индийского океана. Здесь высота волн достигает 10 м, что очень мешало во время великих географических открытий совершать плавания в Индию, вокруг Африки.

5.2. МОРСКИЕ (ОКЕАНИЧЕСКИЕ) ТЕЧЕНИЯ

Основные течения. Морскими (океаническими) или просто течениями называют поступательные движения водных масс в океанах и морях на расстояния, измеряемые сотнями и тысячами километров, обусловленные различными силами (гравитационными, трения, приливообразующими) (рис. 18). Морские течения играют огромную роль в жизни Мирового океана, в мореплавании, способствуют обмену водных масс, изменению берегов, а также и климата в различных частях земного шара и т. д.

Наличие морских течений является характерной особенностью океанических вод. Еще в далекие времена люди установили, что ветер, дующий над морем, вызывает не только волны, но и течения, которые играют огромную роль в процессе перераспределения тепла на Земле, и проявляли особый интерес к их изучению.

Первые упоминания о течениях мы находим еще у древних греков. Аристотель описывал течения в проливах: Керченском,

РИС. 18. Основные поверхностные течения Мирового океана. 1 - Гольфстрим; 2 - Северо-Атлантическое; 3 - Норвежское; 4 - Нордкапское; 5 - Шпицбергенское; 6 - Восточно-Гренландское; 7 - Западно-Гренландское; 8 - Лабрадорское; 9 - Канарское; 10 - Северные Пассатные; 11 - Гвианское; 12 - экваториальные противотечения; 13 - Южные Пассатные; 14 - Бразильское; 15 - Бенгельское; 16 - Фолклендское; 17 - Антарктическое циркумполярное; 18 - Мадагаскарское; 19 - Мозамбикское; 20 - мыса Игольного; 21 - Сомалийское; 22 - муссонное (летнее); 23 - Западно-Австралийское; 24 - Перуанское; 25 - Восточно-Австралийское; 26 - Куросио; 27 - Северо-Тихоокеанское; 28 - Аляскинское; 29 - Курильское; 30 - Калифорнийское; 31 - Трансантарктическое

80	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

Босфор, Дарданеллы. Теофаст упоминает о течении в Гибралтарском проливе. Жители Карфагена знали о течениях в Атлантическом океане. Знания о существовании течений дали возможность скандинавским мореплавателям (норманнам, или викингам) еще в IX—X веках преодолеть страх и выйти в воды Северной Атлантики, колонизировать Исландию, южные части Гренландии и побережье Северной Америки, назвав его Винланд, о чем свидетельствуют упоминания в скандинавских сагах. Наблюдения за течениями в открытом океане проводил Х. Колумб во время своего первого плавания в Америку. В XIX—XX веках течения изучались многими экспедициями мира. В результате накопленных сведений можно сказать, что течения представляют собой сложные сочетания различных типов непериодических и периодических перемещений воды. Направления течений изменяются в градусах и указывают, куда перемещается поток воды (в отличие от направления ветра, указывающего, откуда он дует). Скорость течения измеряется в метрах в секунду или в узлах (1 узел = 0,5144 м/с).

В свое время выдающийся русский климатолог А. И. Воейков назвал морские течения “трубами водяного отопления” земного шара. Колоссальные массы воды движутся среди океанов и в зависимости от того, где они начинаются, несут с собой тепло или холод.

Теплые воды в западных частях океанов направляются, как правило, к полюсам и, подобно водяной отопительной системе, обогревают высокие широты, а на востоке возвращаются к экватору охлажденными. По существу, течения играют роль планетарного энергетического “демпфера”. Таким образом, океанические течения — это поистине грандиозные явления природы. Самое мощное и наиболее известное морское течение — Гольфстрим — своеобразная гигантская река в океане, которая начинается еще в южных широтах, проходит через Карибское море, Флоридский пролив (со скоростью 7—9 км/ч), пересекает Атлантический океан и доходит до островов Шпицберген и Новая Земля, простираясь на 10 000 км (рис. 19). Причиной его зарождения является большой нагон пассатными ветрами водной массы через Юкатанский пролив в пределы Мексиканского залива. При выходе в океан мощность течения составляет 25 млн м /с, что в 20 раз превышает расход всех рек земного шара. Ширина течения 75—120 км, вертикальная мощность потока по глубине 700—800 м. Воды этого течения несут колоссальное количество

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

81

РИС. 19. Течение Гольфстрим

тепла, которым обогревается вся Западная и Северная Европа. Влияние Гольфстрима сильно сказывается на природе Северного Ледовитого океана. Благодаря Гольфстриму на северном побережье Европы значительно теплее, чем на тех же широтах Северной Америки. В Англии, например, произрастают вечнозеленые растения (рододендрон, падуб, земляничное дерево), а самый северный из Лофотенских островов, расположенный вблизи Северного полярного круга, имеет среднегодовую температуру Крымского полуострова. Роль такой же печки для Японских островов играет течение Куросио в Тихом океане. Оно тоже начинается в приэкваториальных широтах, устремляется к северу, а у Японских островов поворачивает на северо-восток и уходит к Аляске, формируя там климат “вечной осени”. Куросио имеет ширину от 180 до 230 км, а глубина его вод — 600 м. На северо-западе Тихого океана протекает холодное течение Оясио (Курильское), идущее с севера на юг вдоль восточных берегов Курильской гряды и острова Хоккайдо.

Наряду с теплыми течениями существуют холодные. Из Баффинова залива, через Дейвиса пролив в пределы Атлантического

82	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

океана устремляется холодное Лабрадорское течение, которое выносит туда холодные воды с температурной разницей в 8—10 , с наличием многочисленных айсбергов, выносимых из полярных широт. Один из этих айсбергов был причиной гибели “Титаника” в 1912 г. Наличие Лабрадорского течения формирует на востоке Северной Америки на широте 55 (широта Минска) — зону тунд

ры, а на широте 50 (широта Киева) — природную зону степей и широколиственных лесов.

В тропических широтах Тихого океана, у берегов Южной Америки проходит холодное поверхностное Перуанское течение (Гумбольдта), оказывающее большое влияние на атмосферные процессы в этом районе. Воздушные массы, проходя над холодными водами течения, не насыщаются влагой и не приносят осадков на материк. Поэтому побережье и западные склоны Анд не получают осадков по многу лет подряд. Холодные воды Перуанского течения, насыщенные кислородом и питательными веществами, очень богаты органической жизнью. Здесь находится крупнейший промысел одного из видов анчоуса, благодаря чему Перу ежегодно вылавливает 7—10 млн т рыбных богатств. Со времен Х. Колумба известно, что пассатные ветры в тропиках возбуждают мощные пассатные течения, а между северными и южными пассатами располагается полоса штилей и слабых ветров. В зоне слабых ветров обнаруживается Экваториальное, или Межпассатное, противотечение, идущее навстречу двум своим соседям на севере и на юге. Такая система течений и противотечений имеется во всех океанах, но в каждом со своими особенностями. В Тихом океане противотечение зарождается вблизи Филип

пин и движется строго на восток, чуть севернее экватора, между двумя пассатными течениями.

В Индийском океане система экваториальных течений сдвинута к югу от экватора, испытывает сильное влияние муссонных ветров. В продолжение северной зимы (декабрь—январь), когда дует северо-восточный муссон, здесь образуются пассатные течения и противотечения. Только Сомалийское течение (аналогично Гольфстриму и Куросио) ведет себя необычно, широкой полосой двигаясь на юг. В летнее время (июль—август), когда преобладает юго-западный муссон, Экваториальное противотечение исчезает, а Сомалийское узкой струей, более быстрое, чем Гольфстрим, устремляется на север.

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

83

Характеризуя экваториальный пояс, нельзя не остановиться на недавно открытых подповерхностных течениях Кромвелла и Ломоносова. Все они тесно связаны со всей системой течений у экватора. Экваториальные, или межпассатные, противотечения известны человеку еще со времен парусного флота. Они текут на восток, навстречу Северному и Южному Пассатным течениям, узкими лентами пересекают океан от западного берега до восточного. В Атлантическом и Тихом океанах экваториальные противотечения наблюдаются во все сезоны года несколько севернее экватора. Долгое время не удавалось объяснить причину экваториальных противотечений. Было непонятно, как может существовать движение вод в океане, направленное против преобладающего ветра. Предполагалось, что это происходит из-за подъема уровня воды, который создают пассатные течения на западе океана. Однако такое объяснение противоречило данным наблюдений. Впервые убедительное объяснение этому явлению было дано в середине XX века. Суть заключается в том, что решающую роль в образовании встречной струи играет поперечная неравномерность ветра, вызванная существованием полосы штилей между двумя пассатами. В последнее время американские ученые экваториальные и межпассатные течения назвали нейтральными (neutral streams).

Подповерхностные экваториальные противотечения. Открытие первого такого противотечения было поистине сенсацией для научного мира. В 1951 г. молодой американский ученый Т. Кромвелл руководил экспедицией, изучавшей в экваториальной части Тихого океана условия обитания тунцов. Работы проводились в зоне устойчивого Южного Пассатного течения. Предполагалось, что снасти будут дрейфовать вместе с водами течения на запад. Но Кромвелл заметил, что они ежедневно смещаются на восток. Для многих это могло показаться ошибкой определения места нахождения судна или очередным капризом морской стихии. Но, обладая чутьем настоящего ученого, Т. Кромвелл опустил на глубину все приборы, которыми располагал, и обнаружил мощный устойчивый подповерхностный поток. Позднее было установлено, что Кромвелл открыл течение столь же грандиозное, как и Гольфстрим, которое носит теперь его имя. Открытие аналогичного течения в тропической Атлантике уже не было столь неожиданным. А во второй половине XX века под тонким слоем Южного Пассатного течения был обнаружен мощный поток восточного направления. Впоследствии это течение детально изучалось украинскими учеными. Экваториальное подповерхностное течение в Атлантике было названо те

84	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

чением Ломоносова, так как оно было открыто и обследовано на корабле, носящем имя великого русского ученого. В Индийском океане подповерхностное противотечение открыли русские океанологи на судне “Витязь”, а впоследствии оно было подробно изучено с судна “Арго”, принадлежащего США.

Существование экваториальных подповерхностных противотечений во всех трех океанах говорит о глобальном характере этого явления. Эти противотечения мало чем отличаются друг от друга в разных океанах. Они всюду направлены строго к экватору и пересекают океан с запада на восток в сравнительно узкой полосе, симметрично относительно экватора (от 2 ю. ш. и до 2 с. ш.),

вертикальная мощность струи 200—250 м, скорости течения их различны. Наибольшая скорость подповерхностных противотечений в Тихом океане — 150 см/с, в Атлантическом — 120 см/с, в Индийском — 80 см/с. Важная особенность течений Кромвелла — Ломоносова их струйность. Длина струй огромна: в Индийском — 2400 миль, в Атлантике — 2800, в Тихом — 184 мили (1 морская миля = 1852 м). Было известно, что Северное Пассатное течение в Атлантике, встречая гряду Малых Антильских островов, дает начало Антильскому течению, а часть его вод заходит в Карибское море. Там они сливаются с водами Гвианского течения, которое является продолжением Южного Пассатного. Гвианское течение поворачивает к северо-западу, обтекая выступающую в океан часть Южной Америки. Было известно также, что севернее экватора течения в этом районе всюду направлены на запад, но в 60-х гг. XX века аргентинская экспедиция на судне “Коммодоре Лазарре” отметила к северу от экватора на 42 з. д.

снос судна на восток. На этот вопрос удалось ответить после экспедиции на судне “Академик Курчатов”. На всех разрезах от Флориды до экватора, перпендикулярных к основной береговой линии, было обнаружено мощное противотечение, названное Антило-Гвианским. Оно разделяет Антильское и Гвианское течения полосой, ширина которой достигает около 250 км и простирается до глубины 1500 м. На юге воды этого противотечения питают Экваториальное противотечение и частично течение Ломоносова. В пределах Южного океана хорошо изучено течение Западных Ветров (или иначе Антарктическое циркуляционное течение), опоясывающее вокруг Антарктиды весь Мировой океан. Характеризуя основные морские течения, необходимо особо остановиться на Эль-Ниньо. Эль-Ниньо — это своеобразный океанический гигантский водоворот, аномальное явление, возникаю

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

85

щее в пределах восточной части Тихого океана. Эль-Ниньо по-испански означает “младенец”. Так иронически назвали потепление вод у побережья Эквадора и Перу, которое случается раз в 5—7 лет. Это ласковое название отражает тот факт, что начало Эль-Ниньо чаще всего приходится на рождественские праздники (конец декабря). В самом явлении, однако, нет ничего ласкового или доброго, свойственного младенцам. Разница потепления поверхностных вод на 10—14 С становится причиной исчезновения морских птиц, питающихся рыбой, так как из-за неблагоприятных условий, которые создает Эль-Ниньо, промысловые рыбы уходят в другие места. Эль-Ниньо обычно длится около полугода, но иногда повторяется и на следующий год. Эль-Ниньо ошибочно называют океаническим (морским) течением. Это неправильно, так как потепление происходит как раз тогда, когда исчезает (останавливается) холодное Гумбольдтово (Перуанское) течение,

идущее вдоль Тихоокеанского побережья Южной Америки с юга на север и вызывающее прибрежный подъем очень холодных глубинных вод — апвеллинг. Для понимания аномального характера Эль-Ниньо необходимо знать, что в нормальные годы вдоль всего побережья, особенно между городами Талара и Кальяо, из-за прибрежного подъема глубинных вод температура на поверхности колеблется от 15—16 до 17—18 С. В других районах Мирового океана на этих же широтах нормальное значение температуры океана никогда не выходит за пределы 28—30 С. А Эль-Ниньо может на полгода (реже на год) “перекрыть” апвеллинг и повысить температуру поверхностных вод в прибрежной зоне Эквадора и Перу до 21—23 С, а иногда и до 25—29 С, т. е. вести себя

как типичный “рэкетир”. С 1982 г. Эль-Ниньо находится в центре внимания океанологов, метеорологов и климатологов. Катастрофические последствия этого явления для местных жителей и влияние на погоду прибрежной зоны (дожди, наводнения, оползни в обычно засушливой местности) заставляют ученых работать над поисками надежных методов его прогнозирования. Так, Эль-Ниньо 1982—1983 гг. расширилось до окраин Чили на юге и до побережья Калифорнии и штата Орегон на севере, чего не повторялось за весь 120-летний период наблюдений. С развитием Эль-Ниньо обычно тесно связана аномальная перестройка поля действия ветров над Тихим океаном и весьма специфическое поведение уровня моря. Раньше думали, что Эль-Ниньо возникает в результате локального ослабления юго-восточного пассата над перуанскими,

86	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

эквадорскими водами, что, естественно, приводит к ослаблению Перуанского прибрежного течения и к прекращению апвеллинга. Однако более глубокие исследования последних десятилетий открыли причины далеко нелокального характера. За несколько лет до самого катастрофического Эль-Ниньо 1982—1983 гг. было установлено, что сильная пассатная циркуляция ускорила субтропический круговорот в южной части Тихого океана и усилила Южное течение в направлении восток—запад путем нагона воды в западную часть экваториальной зоны Тихого океана. После ослабления напряжения ветра в центре океана скопившаяся на западе океана вода устремляется на восток. Образовавшаяся при этом волна ведет к накоплению теплых вод вблизи берегов Эквадора и Перу и к заглублению (до 1500 м) слоя температурного скачка (термоклина), который в нормальные годы находится неглубоко. В целом Эль-Ниньо — это результат реакции океана на вынуждающее воздействие перемещенных пассатных ветров. Поскольку усиление юго-восточных пассатов над экватором ведет к усилению экваториального апвеллинга, то оно должно сопровождаться значительным понижением температурного режима поверхности океана в центральной и восточной частях экваториальной зоны, т. е. отрицательной аномалией экваториальной температуры поверхности океана. Есть все основания считать, что главенствующую роль в формировании Эль-Ниньо играют ветры западных направлений, которые развиваются в экваториальных широтах. Западные ветры появились вместо обычных пассатов. Прекращение юго-восточных пассатов, их смена на длительное время аномальными западными ветрами привели к полному исчезновению глубинного противотечения. Наличие Эль-Ниньо играет огромную роль в изменении природной обстановки на Тихоокеанском побережье Южной и Центральной Америки и на Галапагосских островах.

Классификация морских течений. В океанической научной литературе существует несколько классификаций морских течений. По одной из них течения могут быть классифицированы по следующим признакам (по Ю. И. Шамраеву, Л. А. Шишкиной): 1) по силам, их вызывающим, т. е. по происхождению (генетическая классификация);

2) по устойчивости (изменчивости); 3) глубине расположения;

4) характеру движения;

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

87

5) физико-химическим свойствам.

Основной является генетическая классификация, в которой выделяют три группы течений.

1. В первой группе генетической классификации — градиентные течения, обусловленные горизонтальными градиентами гидростатического давления.

Среди градиентных течений выделяют три вида: плотностные, обусловленные горизонтальным градиен

том плотности;

компенсационные, обусловленные наклоном уровня моря, возникшим под действием ветра;

бароградиентные, обусловленные неравномерностью атмосферного давления над поверхностью моря;

стоковые (сточные), образующиеся вследствие избытка вод в каком-либо районе моря, в результате притока речных вод, обильного выпадения осадков или таяния льдов;

сейшевые, возникающие при сейшевых колебаниях моря. Ко второй группе градиентной классификации относятся те

чения, обусловленные действием ветра. Они в свою очередь тоже подразделяются:

на дрейфовые, обусловленные движением ветра; ветровые, обусловленные не только действием направления ветра, а также наклоном уровенной поверхности и перераспределением плотности воды, вызванных ветром. К третьей группе градиентов классификации относятся приливные течения, вызванные приливными явлениями. Эти течения наиболее заметны у берегов, на мелководьях, в устьях рек. 2. По характеру устойчивости, изменчивости выделяют

течения периодические и непериодические. Течения, изменения

которых происходят с определенным периодом, называются периодическими (приливными); течения, изменения которых не носят четкого периодического характера, принято называть непе

риодическими. Своим происхождением они обязаны случайным, неожиданным причинам, например прохождение циклона над поверхностью моря, океана.

Постоянных течений в строгом смысле слова в океанах и морях нет. Относительно мало меняющиеся течения по направлению и скорости за сезон — это муссонные, за год — пассатные. Течения, которые не изменяются во времени, называют установившимися; изменяющиеся во времени — неустановившимися.

88 Глава 5. Динамический режим Мирового океана 3. По глубине расположения выделяют поверхностные, глубинные и придонные течения: поверхностные течения наблюдаются в “навигационном” слое (от поверхности до 10—15 м);

придонные — у дна;

глубинные — между поверхностными и придонными течениями.

4. По характеру движения выделяют меандрирующие, прямолинейные, циклонические и антициклонические тече

íèÿ.

5. По характеру физико-химических свойств различают теплые, соленые и распресненные течения.

Классификация течений по этим свойствам несколько условна. Для оценки подобной характеристики течений необходимо сопоставление его температуры или солености с температурой или соленостью окружающих вод. Теплым или холодным называется течение, температура воды в котором выше или ниже температуры или солености окружающих вод. Можно привести очень яркие примеры. Например, глубинное течение атлантического происхождения в Северном Ледовитом океане имеет температуру около 2 С, но относится к теплым течениям, или Перуанское течение

у западных берегов Южной Америки, имеющее температуру воды около 22 С, относится к холодным.

5.3. ПРИЛИВЫ

Древние жители морских побережий знали о приливах и отливах, периодически повторяющихся при движениях Луны и Солнца. Затем, по мере развития научных исследований, открытия закона всемирного тяготения и гидродинамических процессов, возникла точная и динамическая теория возникновения приливов, основы которой заложил французский ученый Лаплас. Уровень океана в течение суток периодически то повышается, то понижается. Особенно велики колебания уровня у берегов, в узких заливах. В открытом океане они не превышают одного метра, а у берегов океанических островов колебания достигают 2,7 м (Канарские острова). Два раза в сутки повышается уровень воды у берега и два раза в сутки вода отступает. Это так называемые приливные и отливные волны. Иногда эти волны бывают невысоки, что даже незаметны глазу. И в то же время прилив и отлив — са

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

89

мая настоящая волна, только чрезвычайно пологая, поскольку длина приливной волны достигает нескольких тысяч километров, а высота даже в крайних случаях всего лишь 10—15 м, а обычно не более метра. Эти сложные движения вод люди называли приливными явлениями или приливами.

Приливы — периодические колебания (повышение и понижение) уровня океанов и морей, сопровождаемые горизонтальными движениями вод — приливными течениями.

Приливы происходят вследствие воздействия на каждую часть воды силы притяжения Луны и Солнца и центробежных сил, возникающих при обращении вокруг общего с Луной центра тяжести. Этот центр находится в теле Земли на расстоянии 0,73 ее радиуса от центра планеты. Следы притяжения Луны и Солнца, а также центробежные силы, воздействующие на частицы воды, неодинаковы, так как каждая частица находится на разном расстоянии от Луны. Именно эти равнодействующие силы создают приливы.

Приливы бывают суточные (один подъем и одно понижение уровня в сутки), полусуточные (дважды в сутки наблюдается подъем и поднятие уровня), а также смешанные. Величины при

ливов во многом зависят от местных физико-географических условий (конфигурации берегов, рельефа дна и т. д.). Величины приливов в прибрежных районах различны. В среднем они достигают 4—6 м, а в некоторых районах и больше. Самая большая в Мировом океане величина приливов (15—18 м) наблюдается в заливе Фанди, расположенном на Атлантическом побережье Северной Америки (Канада). Высокие приливы (12—13 м) зарегистрированы в Пенжинском заливе Охотского моря (Россия). В Мезенском заливе Белого моря приливы достигают до 10 м. Такой же величины приливы наблюдаются в Кольском заливе Баренцева моря. В заливе Сен-Моло на северном побережье Франции приливы достигают 7—9 м.

5.4. АПВЕЛЛИНГ

Апвеллинг — уникальное явление, возникающее в водах Мирового океана. Термин апвеллинг (от англ. upwell, up — наверх, и well — хлынуть) означает подъем вод из глубины в верхние слои океана. В классическом виде апвеллинги возникают в прибреж

90	Глава 5. Динамический режим Мирового океана

ных водах тропических широт западных побережий материков и, как правило, вызываются сгонными ветрами.

Явление апвеллинга играет большую роль в процессе обмена поверхностных и глубинных вод океана. Глубинные воды, богатые биогенными веществами, выходя в освещенную поверхностную зону, увеличивают продуктивность водной массы.

Современные представления о механизме образования апвеллинга и вспышке в этих районах бурной органической жизни могут быть сведены к следующей схеме. Господство в тропических широтах постоянной пассатной циркуляции атмосферы создает возможность сгона поверхностных вод, подъема на их место холодных глубинных масс и образования у западных побережий материков холодных течений.

В Южном полушарии эти течения направлены на север, а в Северном — на юг. Но под влиянием сил Кориолиса, как правило, они поворачивают на запад, уходя в открытый океан, увеличивая зону холодных водных масс, поднимающихся с глубины 200 м и обогащенных фосфором, азотом, кислородом, что резко повышает в этих районах органическую продуктивность (фитопланктона, зоопланктона, рыбы).

В Мировом океане существует несколько постоянных прибрежных апвеллингов, расположенных, как правило, в тропических широтах у западных окраин материков. В Атлантическом океане — Канарский, Бенгельский, Гвинейский. В Индийском океане выделить районы апвеллинга очень трудно, так как в северной его части динамика вод зависит от циркуляции атмосферы, характеризующейся периодичностью смены муссонов — юго-западного и северо-восточного. Это и определяет смену направлений течений. В Тихом океане существует обширный стационарный Перуанский апвеллинг и менее обширный Калифорнийский, а также сезонный Орегонский. В Тихом океане довольно отчетливо выделяется апвеллинг в пределах субантарктических широт. Обнаружен апвеллинг и в пределах Северного Ледовитого океана в море Бофорта. Для этого апвеллинга характерно то, что на поверхность из глубины поднимаются не холодные, а теплые воды атлантического происхождения.

Апвеллинги наблюдаются также и в некоторых морях. В Каспийском море в летнее время существует стационарный апвеллинг в средней части восточного побережья. Его возникновение связано с господствующими здесь восточными ветрами, сгоняющими теплые поверхностные воды, на смену которым под

Глава 5. Динамический режим Мирового океана

91

нимаются глубинные воды с температурой на 2—4	C íèæå ïî-
верхностных.

На Черном море, у южных берегов Крыма, возникают кратковременные ветровые апвеллинги, которые вызывают повышение температуры воды на 3—5 С, а иногда и на 10 С.

Следует особо остановиться на физических и биологических особенностях экваториального апвеллинга. Зона экваториального апвеллинга довольно обширна как в Тихом океане, так и в Атлантическом и простирается от 5—10 ю. ш. до 8—12 с. ш., но резко

очерченных границ не имеет. Подъем вод происходит в пределах весьма узких полос, вытянутых вдоль границ зональных потоков и чередующихся с полосами опускающихся поверхностных вод на глубину в районах конвергенции. Вынос к поверхности биогенных элементов обеспечивает здесь развитие богатого планктона. Апвеллинг непосредственно на экваторе не связан с границами зональных потоков, а вызван другими физическими причинами. Характер экваториального апвеллинга (“sensu sricto”) четко проявляется а Атлантическом океане. Данное явление прослеживается между первыми градусами северной и южной широт, о чем свидетельствует распределение стронция-90 и цезия-37. Оба элемента показывают подъем вод на экваторе в средней части течения Ломоносова и опускание их на северной и южной его периферии. Подъем вод непосредственно на экваторе происходит на фоне двух равнонаправленных потоков: Северная периферия Южного Пассатного течения охватывает поверхностный слой воды (имеет скорость 50 см/с) и более глубоких вод течения Кромвелла в Тихом океане и Ломоносова в Атлантическом. Они представляют устойчивые зональные потоки со скоростью 150 см/с, а иногда и более. Высокая скорость движения струй подповерхностных противотечений и быстрый обмен воды говорят о высокой степени их турбулентности. Формирующиеся в зоне экваториального апвеллинга биосообщества переносятся вместе с поверхностной водой пассатного течения. Биомасса экваториального апвеллинга в 40 раз выше, чем в остальных районах экваториальных широт.