3. Сили, які утворюють течії. Основні та вторинні.

Всі первинні сили, які приводять частинки води в поступовий рух, підрозділяються на зовнішні і внутрішні. До зовнішніх причин виникнення течій відносяться вітер, зміна атмосферного тиску, береговий стік, випаровування, припливоутворюючі сили Місяця та Сонця.

Внутрішні причини – це горизонтальна неоднорідність густини води.

Супроводжуючі сили (вторинні) приймають участь в формуванні течій, це:

1. Відхиляюча сила обертання Землі, яка направлена перпендикулярно руху в північній півкулі – вправо, в південній – вліво, якщо дивитися по направленню руху; ця сила знаходиться за формулою:

k = 2ω ^. ρ ^. ν ^. sіnφ , (7.1.1.)

де ω – кутова швидкість обертання Землі;

ρ – густина морської води;

ν – швидкість течії;

φ – широта місцевості.

Так, як кутова швидкість всюди однакова, то при рівній швидкості течії в полярних районах ця сила буде досягати найбільшого значення, а на екваторі дорівнює нулю.

2. Сила тертя – виникає між рухами шарами води, а також в придонному шарі і біля берегів. Ця сила заповільнює всякий рух.

6. Відцентрова сила – з’являється при криволінійному русі, так як радіуси кривизни в океанах і морях дуже великі, то цю силу при розрахунках зневажають.

Тема 7.2. Дрейфові та градієнтні течії.

7.2.1. Дрейфові течії теорія Екмана.

Пульсація тиску і зміна швидкості в повітряному потоці утворюють шорсткість над поверхнею моря, що сприяє збільшенню тертя між зіткненими шарами повітря та води. Тягнуча дія вітру викликає дрейфові течії.

Основні закономірності таких течій можливо отримати, якщо розглянути простий випадок сталої дрейфової течії. Вперше цю задачу вирішив шведський геофізик В.Екман.

Ним були ведені допущення:

1. море безмежно глибоке;

2. вітер рівномірний;

3. течія не змінюється з часом;

4. поверхня моря горизонтальна;

5. море однорідне по густині;

6. коефіцієнт вертикальної турбулентності в’язкості μ постійний з глибиною.

Внаслідок вирішення задачі Екман прийшов до наступного висновку.

1. Вектор швидкості поверхневої течії відхиляється від направлення вітру на 45^о вправо в північній півкулі, а в південній – вліво.

2. Швидкість поверхневої течії прямопропорційна силі тертя, яка виникає при русі повітряного потоку над поверхнею моря.

, (7.2.1.)

де Т – сила тертя;

μ – коефіцієнт в’язкості;

ρ – густина води;

ω - кутова швидкість обертання води;

φ- широта місцевості.

В зв’язку з тим, що виміряти силу тертя і коефіцієнт μ складно, внаслідок багаторазових спостережень в природних умовах була отримана емпірична залежність між швидкістю течії та вітру.

, (7.2.2.)

де V – поверхнева швидкість дрейфової течії , м/с;

W – швидкість вітру, м/с;

А – вітровий коефіцієнт (А_ср. = 0,0127)

φ - широта місцевості.

3. Вектор течії з збільшенням глибини зменшується і повертає в північній півкулі вправо від вектора течії в поверхневому шарі. На певній глибині вектор течії має напрямок, протилежний поверхневій течії. Ця глибина називається глибиною тертя (Д).

Д = , (7.2.3.)

де Д – глибина тертя;

W – швидкість вітру, м/с;

φ - широта місцевості.

4. Сумарний потік всієї товщі моря, охоплений дрейфовою течією, направлений перпендикулярно вектору вітру (вправо в північній півкулі). Теорія Екмана розглядає механізм чисто дрейфової течії. В природних умовах така течія в чистому вигляді майже ніколи не зустрічається, вона завжди ускладнюється впливом берегів, нерівномірним вітром, припливними течіями, рельєфом дна та іншими факторами. Тому найкращі результати дає застосування цієї теорії для віддалених районів Світового океану, де діє тривалий час вітер.

7.2.2. Градієнтні течії. Це течії, викликані нахилом поверхні моря, до них відносяться: густинні, компенсаційні, стокові, бароградієнтні, сейшеві.

Густинна течія – обумовлена нерівномірним розподілом температури, солоності і густини по вертикалі. Розраховується за допомогою гідродинамічного методу.

Компенсаційні - обумовлені згінно-нагінними вітрами. Вітер викликає вітрові або дрейфові течії, переносить велику кількість води, при цьому виникає нахил поверхні моря. Цей нахил особливо великий біля берегів. Згінні нагінні течії виникають по всій глибині моря, при цьому утворюються два шари течій. У поверхні виникає течія, яка направлена зліва на право по відношенню до спостерігача , який стоїть обличчям до моря, це буде нагін. При згоні – течія направлена з права навліво.

Стокові течії виникають через перенакопичення води в різних частинах моря. Це відбувається з наступних причин :

1) зміна рівня під впливом вітру;

2) приток річкових вод;

3) велика кількість опадів і танення льоду.

Прикладом стокової течі є Флоридська течія, яка витікає із Мексиканської затоки і дає початок Гольфстріму. В Мексиканську затоку пасати наганяють велику кількість води, звідти виникає і стокова течія.

Бароградієнтна течія виникає через різницю атмосферного тиску в різних частинах Світового океану. При цьому виникає незначна по силі течія. Збільшення тиску на 1 мб знижує рівень океану на 1 см. Тому підвищення тиску атмосфери над одними районами викликає переміщення водних мас із даного району в другий.

Сейшеві течії виникають при сейшевих коливаннях рівня води.