| Головна » Статті » Теорія географії » Гідрологія | [ Додати статтю ] |
Динаміка вод Світового океану
Хвилі. Під дією зовнішніх сил відбувається деформація маси вода, тобто хвилювання. Хвилі бувають вітрові – спричинені вітром, анемобаричні – зумовлені змінами атмосферного тиску, згінно-нагінними діями вітру та ін., сейсмічні – спричинені землетрусами /цунамі/, припливні, корабельні. Розрізняють ще хвилі поверхневі й внутрішні. Форми хвилі за характером руху поділяють на поступальні, коли видима форма хвилі переміщується в просторі, і стоячі, видима форма яких в просторі не переміщується.
Хвиля має такі основні елементи: висоту h, тобто різницю рівнів вершини й підошви; довжину ? – найкоротшу віддаль між двома сусідніми вершинами або підошвами; крутизну е - відношення висоти хвилі до 1/2 її довжини. Рух хвилі характеризують період хвилі ? - інтервал часу між проходженням двох суміжних вершин через фіксовану вертикаль або час, за який хвиля проходить віддаль, що дорівнює її довжині, та фазова швидкість с - , це віддаль, що її проходить хвиля за секунду. 3 глибиною хвилювання швидко затухає. Наприклад, якщо на поверхні моря існує хвиля висотою 5 м, довжиною 100 м, на глибші 100 м висота її становитиме 1 cм. Отже, на глибші, що дорівнює довжині хвилі, хвилювання практично відсутнє. Хвилі вітрові. Діючи на поверхню води вітер внаслідок тертя до води створює дотичну напругу, викликає незначні коливальні рухи води. Внаслідок цього на поверхні води навіть при швидкості вітру 1 м/с утворюються маленькі хвилі. У формуванні вітрових хвиль беруть участь різні сили. Найбільші вітрові хвилі спостерігаються з частими і тривалими штормами. У південній півкулі області сильного хвилювання називають "ревучі сорокові", бо вони приурочені до зони західних вітрів поблизу 40-ї паралелі, а також - "несамовиті п’ятдесяті", що приурочені до 50-ї паралелі. Здебільшого висота хвиль не досягає і 4 м, але бувають хвилі висотою до 7 м і більше. Довжина хвиль переважно 130-170 м. У морях висота хвиль не перевищує 9 м, довжина 150 м. Хвилі висотою 34 м зафіксовані в північній частині Тихого океану. Хвилі максимальної довжини – 800 м спостерігаються біля південних берегів Британських островів і в екваторіальній частині Атлантики. Цунамі. Підводні виверження вулканів, землетруси, великі зсуви утворюють поодинокі довгі хвилі або групи хвиль, що називаються в Японії цунамі. Хвилі цунамі мають висоту від десятків сантиметрів до 30-35 м і навіть більше, довжину – від 20 до 600 км, швидкість поширення – сотні, кілометрів на годину. Період таких хвиль - від 2 до 40 хв., хоча відмічені й більші періоди. Деформація дна океану викликає підняття всієї товщі води на певній площі, і звідси поширюються цунамі. Внаслідок дуже малої крутизни ці хвилі з надводного положення непомітні. Підходячи до берегів, цунамі на мілководді збільшують висоту і накочуються на береги потужними хвилями, що призводить до катастрофічних руйнувань. Цунамі виникають здебільшого в Тихому океані, що пояснюється його сейсмічністю і вулканізмом. Не всі цунамі катастрофічні, лише приблизно кожне 4-5-е. Руйнівного впливу цунамі зазнають найчастіше береги Камчатки, Курильських, Японських. Гавайських, Алеутських та інших островів. Для запобігання згубної дії цунамі організована служба цунамі, спочатку в Японії, потім у США та інших країнах, Внутрішні хвилі в Світовому океані, зустрічаються так само часто, як і поверхневі. Механізми генерації внутрішніх хвиль ті самі, що й поверхневих. Існування внутрішніх хвиль було встановлено Ф. Нансеном та іншими дослідниками ще в 1909 р. в Норвезькому морі. Висота внутрішніх хвиль 10-20 і навіть 100 м, періоди таких хвиль від 10 хв. до 2-5 год., довжина - кілька кілометрів. Один з різновидів внутрішніх хвиль, так звана "мертва вода", також відкрита Ф.Нансеном під час плавання на "Фрамі" в Арктиці. Виявилось, що в деяких місцях швидкість судна дуже сповільнювалась без видимих причин. З'ясувалося, що це спостерігається тоді, коли на солоній воді залягає шар пріснішої або прісної. Судно, рухаючись, створює внутрішні хвилі на межі цих вод і на це затрачається енергія його руху Внутрішні хвилі впливають на поширення звуку, створюють перешкоди в океанологічних дослідженнях, можуть розмивати підводні схили, викликати зсуви, течії на поверхні тощо. Припливи. В океанах і морях спостерігаються періодичні підвищення рівня води, зумовлені силами притягання Місяця і Сонця, що називаються припливами. Під час припливу вода наступає на берег. Періодичні спади рівня води, що супроводжуються відступом її від берега, називаються відпливами. Найвищий рівень вода під час припливу називається повною водою /ПВ/, а найнижчий - малою водою /МВ/. Якщо протягом доби спостерігаються дві повних і дві малих води такі припливи називають правильними. Величиною припливу називають різницю рівнів сусідніх повної і малої вод. Розрізняють велику величину припливу і малу за добу. За характером коливань рівня припливи поділяють на півдобові, добові та змішані. Півдобові припливи виникають тоді, коли період коливання рівня становить половину місячної доби /в середньому 12 годин 25 хвилин/. Різниця висот сусідніх високої й низької повних вод /добова нерівність/ мала. Час росту і час падіння рівня майже однакові. Амплітуди припливів змінюються протягом місяця відповідного фаз Місяця. Тобто під час повних Місяців і нових Місяців вони найбільші /сизигійські припливи/, а в період, коли Місяць перебуває в І або Ш чвертях, амплітуди припливів найменші /квадратурні припливи/. Добові припливи мають період коливання рівня, що дорівнює місячній добі. Крива підйому і падіння рівня подібна до синусоїди. Змішані припливи поділяються на неправильні півдобові і неправильні добові. Неправильні півдобові припиши виникають тоді, коли спостерігаються дві повних і дві малих води за місячну добу. Але висоти цих вод істотно відрізняються. Із збільшенням схилення Місяця добова нерівність зростає, і при досягненні Місяцем максимального схилення /28°30'/ друга повна вода незначна /тропічні припливи/. Із зменшенням схилення Місяця добові нерівності зменшуються і при переході Місяця через екватор припливи стають близькими до півдобових. Під час неправильних добових припливів переважають риси добових припливів. Але під час переходу Місяця через екватор /рівноденні припливи/ виникає друга повна вода за добу і на кілька діб приплив стає напівдобовим. Із збільшенням схилення Місяця добові нерівності швидко збільшуються і тропічні припливи стають типово добовими. Течії. Вода в океані набуває поступального руху під впливом зовнішніх і внутрішніх причин. До перших належать дія вітру на поверхню, зміна атмосферного тиску, зміна опадів, випаровування та ін., до внутрішніх - горизонтальна неоднорідність поля щільності. Взагалі течії виникають та існують під дією двох сил: тертя і тяжіння, тому їх поділяють на фрикційні і гравітаційні. Дрібномасштабні пульсації тиску і швидкості вітряного потоку створюють нерівності на поверхні океану. Внаслідок цього виникає тертя між атмосферою і океаном, що передає кінетичну енергію від вітру до води. Ця енергія частково витрачається на розвиток хвильових рухів, частково створює дотичні напруги і зрушення в поверхневому шарі океану. Короткочасний вітер сприяє утворенню суто вітрових течій за умови. що поле щільності не змінюється. Якщо вітер тривалий, і поле щільності змінюється, тоді течії називають дрейфовими. Вони е найпоширенішими в океані, це переважно поверхневі течії. Поверхня океану не горизонтальна, а досить складна, бо вона порушується поблизу беретів нагінними течіями, згонами, притокоми річкових вод, а у відкритому океані - нерівномірністю поля вітру та ін. Нахил поверхні океану створює горизонтальні градієнти, які формують градієнтні течії. Отже, створювана вітром течія складається з дрейфової і градієнтної складових. Основною вторинною силою, що зрівноважує дію вітру в поверхневому шарі, є сила Коріоліса. Ще Ф.Нансен зазначив, що швидкість дрейфової течії на поверхні спрямована під кутом 45° праворуч від напряму вітру /в північній півкулі/. Крім поверхневих, існують ще течії глибинні та придонні. Наприклад. глибинна течія Ломоносова, що протікає під Північною екваторіальною течією в Атлантиці, течія Кромвела - під аналогічною течією в Тихому океані. 3а напрямом течії поділяють на широтні та меридіональні. Окремі течії, що рухаються назустріч сусіднім потужнішим і протяжнішим течіям, називаються протитечіями. Течії, що викликані мусонними вітрами, називаються мусонними. За стійкістю течії поділяють на короткочасні, періодичні, постійні. Однією з гігантських течій Світового океану є Антарктична кругова, що обіймає всю земну кулю і протікає із заходу на схід, захоплюючі кілометрові товщі вглиб і 2500 км по ширині. В екваторіальній зоні, крім суто поверхневих, існує система східних підповерхневих течій, яка складається з трьох струменів: серединної найпотужнішої екваторіальної течії і двох симетричних - в північній та південній півкулях. В природі не існує течій одного походження, це є комплексний потік, який формується під впливом кількох сил. Загальна циркуляція вод. За стаціонарну великомасштабну циркуляцію беруть середню за десятирічний період картину руху вод. Поверхнева циркуляція вод визначається атмосферною циркуляцією, вітром. До головних елементів циркуляції належать кругообіг вод між 15-50 паралелями функціонують великі горизонтальні циркуляційні системи з обертанням вод за годинниковою стрілкою - субтропічний антициклонічний кругообіг що приурочений до атмосферних стаціонарних антициклонів. Окремими елементами таких кругообігів є течії Гольфстрім і Куросіо. Антициклональні кругообіги північної й південної півкуль поділяються екваторіальною зоною конвергенції. У вищих широтах розташовуються циклонічні кругообіги вод. За останні роки в океані виявлені потужні завихрення, подібні до атмосферних циклонів і антициклонів. Але океанські вихори на 1-8 порядки менші від атмосферних. Основним механізмом їх утворення є гідродинамічна нестійкість океанських течій, яка за певних умов досягає стадії утворення замкнутих вихрових циркуляцій вод середніх масштабів, нестаціонарних в просторі й часі. Сприятливими умовами є горизонтальна неоднорідність щільності води і швидкості течій, вплив атмосфери. Основними є фронтальні завихрення. Фронти в океанах - це межі між водами з різною температурою і солоністю. Поступово вилякає потужний вихор з ядром, де чітко виражені аномальні властивості вод, та кільцем, що оточує ядро, з наявними максимальними градієнтами. Це так званий ринг розміри якого в середньому становлять 100-200 км, аномалії температур досягають 10-14 °С солоності - 1‰ і більше. Спостерігаються фронтальні вихори і більших розмірів /300-400 км/, але меншої інтенсивності. Ринги часто рухаються складними траєкторіями зі швидкістю кілька кілометрів за добу. Коли зникають аномальні властивості вод ринги розмиваються. Час їх існування - від кількох місяців до 2 років. Ринги простежені в течіях Гольфстрім, Куросіо, Антарктичній, Бразильській, Східно-Австралійській в Мексиканській затоці, Середземному, Чорному морях та ін. Із супутників вдалося виявити в поверхневому шарі океану течії грибоподібної форми, наприклад у Тихому океані на схід від Охотського моря. Це вихрові диполі, тобто об'єднані в пару циклонічні й антициклонічні вихори. Швидкість руху води в таких течіях досить значна. Цікаво, що 120 років тому англійський вчений І.Томсон теоретично передбачив існування подібних вихрових пар. Глибинна циркуляція. Глибинні рухи вод вивчені ще недостатньо. Добре зафіксовані рухи глибинних вод з Антарктики і Арктики в бік екватора. Щільні донні води з шельфів Антарктиди опускаються по материковому схилу і материковому підніжжю в океанські котловини. А котловини з’єднані між собою проходами, отже, переохолоджена щільна вода розтікається по всіх котловинах. З півночі подібно до цього розтікаються води Гренландського шельфу. У Тихому океані аналогічну роль відіграють холодні води Охотського моря. Вода високої солоності з Середземного моря через Гібралтарську протоку виходить в Атлантику і по шельфу та материковому схилу розтікається на великі площі. Донні абісальні течії діють на великих площах, мають великі придонні швидкості /від 20 до 50 см/с/ і здійснюють велику ерозійну, транспортуючу та акумулятивну роботу.
Переглядів: 7135 | Коментарі: 1
| Теги:
| Рейтинг: 5.0/3 | | |||||
| Матеріали по темі: |
0
