Течения и волнения Мирового океана и их изучение в школьном курсе географии

Течения и волнения Мирового океана и их изучение в школьном курсе географии

Введение

Глава 1. Течения и волнения Мирового океана

Ветровые течения

Градиентно-гравитационные течения

Приливы и отливы

Волны и цунами

Глава 2. Влияние океанических течений на климат и другие компоненты природы

2.1. Влияния течений на формирование климата Земли 

2.2. Роль течений в создании особых экологических условий в прибрежной зоне

2.3. Участие течений в формировании берегов

2.4. Течения как важная причина перемешивания воды



Глава 3. Изучение течений и волнений Мирового океана в школе 

3.1  Понятия течений и волнений, их классификация в школьных учебниках

3.2 Течения и волнения в школьной программе 

3.3 Методические рекомендации по изучению течений  и волнений в школе 



Заключение

Список литературы 













     ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: изучить течения и волнения Мирового океана, и их изучение в школьной программе 

       Задачи:  изучить литературные источники  по теме, подробно описать происхождение течений и волнений, их влияние на климат Земли и как это изучается в школьной программе.

Объект: течения и волнения Мирового океана

Предмет: изучение течений и волнений в школьной программе 

        Практическое значение: материалы работы могут быть использованы при разработке внеклассных мероприятий 





Морская вода – очень подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины и прежде всего ветер. Он возбуждает поверхность течения в океане, которые переносят огромные массы воды из одних районов в другие. Однако непосредственное влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м) расстояние от поверхности. Подвижность вод океана проявляется и в вертикальных колебательных движениях – таких, например, как волны и приливы. С последними связаны и горизонтальные движения воды – приливные течения. Ниже в толще воды и в придонных горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления, связанные с рельефом дна.



Движение водных масс происходит не только на поверхности Мирового океана, но и в его глубинах, вплоть до придонных слоев. Динамика воды наблюдается во всей ее толще, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Данные процессы поддерживают регулярное перемешивание водных масс, перераспределение тепла, газов и солей, что обеспечивает постоянство химического, солевого, температурного и газового составов

      













































Глава 1. Течения и волнения мирового океана 

Воды Мирового океана находятся в постоянном движении. Различают два вида движения – волнение и течения.

Волнение – это колебательное движение. Наблюдателю кажется, что волны бегут по поверхности моря, а в действительности движения воды в горизонтальном направлении не происходит. Водная поверхность при волнении колеблется вверх-вниз от среднего уровня, около положения равновесия. Такое же впечатление производит и волнующееся от ветра хлебное поле. Однако форма волны при волнении совершает определенное перемещение, заключающееся в передвижении в пространстве ее профиля вследствие движения частиц воды по замкнутым, почти круговым орбитам.

Всякая волна представляет собой соединенное возвышение и углубление, что хорошо видно в поперечном ее разрезе (рис. 84). Основные части волны: гребень – наиболее высокая часть волны; подошва – наиболее низкая часть волны; склон – профиль между гребнем и подошвой волны. Основные характеристики волны: высота h – разность уровней гребня и подошвы волны;длина ? – кратчайшее расстояние по горизонтали между двумя смежными гребнями или подошвами волн; крутизна ? – угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью. Скорость перемещения формы волны ? – расстояние, которое проходит любая точка профиля в единицу времени (м/с). Период волны ? – промежуток времени, в течение которого каждая точка волны проходит расстояние, равное длине волны. Длина волны, период и скорость распространения волн связаны уравнением ? = ?* ?.Направление распространения волны определяется по той стороне горизонта, откуда идет волна. Фронт волны – линия, проходящая вдоль гребней волны перпендикулярно направлению перемещения волнового профиля.

По происхождению различают следующие типы волн: волны трения (ветровые и глубинные), анемобарические, сейсмические, сейши, приливные волны.

Морские течения – горизонтальные поступательные движения водных масс в океанах и морях, характеризующиеся определенным направлением и скоростью. Они достигают нескольких тысяч километров в длину, десятков – сотен километров в ширину, сотен метров в глубину. Вода морских течений отличается от окружающей по температуре, солености, цвету и другим физико-химическим свойствам.

Широко распространенное сравнение морских течений с «реками в жидких берегах» неудачно.

Во-первых, потому, что в реках вода движется вниз по уклону русла, а морские течения под действием ветров могут перемещаться вопреки уклону уровенной поверхности.

Во-вторых, у морских течений меньше скорость движения воды, в среднем 1–3 км/ч.

В-третьих, течения многоструйны и многослойны и по обе стороны от осевой зоны представляют собой систему водоворотов циклонического или антициклонического знака разных масштабов, существующих от нескольких месяцев до нескольких лет. С вихрями циклонического знака связан подъем биогенных веществ в поверхностную фотическую зону, антициклонического знака – поступление кислорода в глубь океана.



Ветровые течения 



Ветровые течения, течения поверхностных вод океанов, возникающие под действием силы трения между водой и движущейся воздушной массой. Ветер вызывает как движение поверхностных вод (эта составляющая ветровых течений называется дрейфовыми течениями), так и нагон воды у берегов, вызывающий некоторое изменение уровня океана и, соответственно, градиентные течения. На развитие ветровых течений большое влияние оказывают также сила ветра и турбулентная вязкость воды. Вследствие вращения Земли течения отклоняются от первоначального направления вправо в Северном полушарии и влево в Южном (смотри Кориолиса сила). Отклонение ветровых течений от направления ветра на поверхности в средних широтах составляет около 45°. С увеличением глубины угол между направлениями ветра и течения увеличивается, в то время как скорость течения уменьшается по экспоненциальному закону. В результате при повороте течения на 180° по отношению к первоначальному направлению скорость становится ничтожно мала. Эту глубину называют глубиной трения.

Среди ветровых течений можно выделить постоянные (например, Северное Пассатное течение), вызванные постоянными ветрами, и временные (например, муссонные у берегов Индии), обусловленные сезонными ветрами. Однако упомянутые течения, как и любые другие течения в океане, вызваны несколькими причинами: как ветром, так и градиентами давления, связанными с изменением температуры и солёности воды.

Основы теории, описывающей наблюдаемое изменение скорости течений, разработал В. Экман (1905), рассмотревший вертикальную структуру ветровых течений для безбрежного океана и равномерного движения воздуха. Однако для описания ветровых течений в реальных условиях необходимо учитывать наличие берега у океана, неравномерность ветра и изменение силы Кориолиса с широтой. В 1948 году Г. Стоммел предложил простую модель возбуждаемой ветром океанской циркуляции, в которой показал определяющую роль изменения силы Кориолиса с широтой на формирование интенсивных западных пограничных течений, например, Гольфстрима. Американский учёный У. Манк (1950) обобщил теорию Стоммела с учётом полных ветровых потоков и бокового турбулентного трения, и получил довольно близкие к реальным величины расхода воды Гольфстрима, а также описание ряда наблюдаемых особенностей циркуляции вод в Северной Атлантике



Градиентно-гравитационные течения



Градиентно-гравитационные течения возникают вследствие наклона физической поверхности моря, вызванного различными факторами,— это плотностные, бароградиентные, компенсационные  и стоковые течения 

Плотностные течения создаются горизонтальными градиентами плотности. Такие течения преобладают в глубинных слоях, где ветровые течения незначительны. Характерны в проливах между бассейнами с различной плотностью. Изучение плотностных течений имеет свою историю. Адмирал С.О. Макаров в 80-х гг. 19 века заинтересовался проблемой течений в проливе Босфор, поскольку существовали противоречивые утверждения прежде всего рыбаков. Макаров проделал следующий опыт. Со шлюпки на тросе погружался в воду загруженный бочонок. Когда бочонок находился в верхних слоях, он двигался от Черного моря к Мраморному, но по мере погружения бочонка он изменял направление движения на противоположное. Для объяснения причин этих течений Макаров проделал такой опыт. В стеклянный ящик, разделенный на две части, налили воду: в одну часть соленную, в другую опресненную. В перегородке были проделаны одно над другим два отверстия. Соленная вода начала двигаться через нижнее отверстие, опресненная – через  верхнее. Аналогичное течение в Гибралтарском проливе. В годы Второй Мировой войны немецкие подводные лодки незаметно для англичан, контролирующих Гибралтар, проплывали в Средиземное море и обратно, пользуясь течениями. 

Бароградиентные течения вызваны неравномерностью атмосферного давления над различными областями океана. Увеличение давления атмосферы всего на 1 мб вызывает понижение уровня на 1,33 см и приводит к перемещению водных масс; такой же эффект дает понижение атмосферного давления. Приведем два примера. Как известно, в образовании наводнений в Санкт-Петербурге важную роль играю глубокие циклоны, вызывающие повышение уровня Балтийского моря и, соответственно, затрудняющие сток Невы. Другой пример: бароградиентные течения, вызванные также циклонами, хотя визуально они не заметны , крушат лед Антарктиды. При этом образуются айсберги и интервалом 20-25 лет.

Стоковые течения вызваны местным повышением уровня моря из-за притока морских или речных вод, выпадения атмосферных осадков или испарения. Один из самых известных примеров начальный участок Гольфстрима, носящий название Флоридского течения. Дрейфовое Карибское течение нагоняет в Мексиканский залив большую массу воды, где уровень повышается. Избыточные воды через Флоридский устремляются сточным течением а Атлантический океан.

Компенсационные течения, восполняющие убыль воды вследствие оттока. В результате оттока вода из восточных районов океанов под действием пассатов создается дефицит массы, который восполняется компенсационным экваториальным противотечением. К компенсационным относят также Канарское, Бенгальское, Калифорнийское, отчасти Перуанское, поверхностные течения в проливах Босфор и Гибралтар, направленные соответственно в Мраморное и Средиземное моря. 



                               

Приливы и отливы 



Приливы и отливы,периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные акватории, включая океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики. [1]

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 время приливов, а ниже – во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений. Средняя высота прилива (или отлива) – осредненная 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 сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне называют приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды – приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, тогда как океанические течения, движущиеся непрерывно и однонаправленно, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства открытого океана.

В переходные интервалы от прилива к отливу и наоборот трудно установить тренд приливного течения. В это время (не всегда совпадающее со стоянием прилива или отлива) вода, как говорят, «застаивается».

Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся 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. Степень воздействия приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона. Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются 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 двумя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстояния играет значительно большую роль, чем массы тел.

Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживающее 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 поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны. Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.

Тем не менее океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, свободны перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в движение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной вовне, 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. Результирующее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30–60 см, но она значительно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.

За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отметить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением 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 того 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. Вода 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 волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной – обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива ок. 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками

Величина и характер приливов в различных частях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов, угла наклона морского дна и от ряда других причин. Наиболее типично они проявляются на открытом побережье океана. Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено, и потому амплитуда приливов в них невелика.

Узкие мелководные Датские проливы надёжно заслоняют от приливов Балтийское море. Теоретические расчёты показывают, что амплитуда колебания высоты уровня воды в Балтике равна приблизительно 10 сантиметрам, но увидеть эти приливы практически невозможно, так как они полностью стираются колебаниями уровня воды под влиянием ветра или изменениями атмосферного давления. Ещё более надёжно защищены от приливной волны наши южные моря – Чёрное и Азовское, сообщающиеся с водами Мирового океана через ряд узких проливов, и внутренние Эгейское и Средиземное моря. Если разница в уровне воды во время прилива и отлива на атлантическом берегу Испании вблизи Гибралтара достигала 3 метров, то в Средиземном море у самого пролива она равна лишь 1,3 метра. В остальных частях моря приливы ещё менее значительны и обычно не превышают 0,5 метра. В Эгейском море и проливах Босфор и Дарданеллы приливная волна ещё сильнее затухает. Поэтому в Чёрном море колебания уровня воды под влиянием приливов менее 10 сантиметров. В Азовском море, соединённом с Чёрным лишь узким Керченским проливом, амплитуда приливов близка к нулю.

По этой же причине очень невелики приливы и в Японском море – здесь они едва достигают 0,5 метра.

Если во внутренних морях величина приливов по сравнению с открытым побережьем океана уменьшена, то в заливах и бухтах, имеющее с океаном широкое сообщение, она возрастает. В такие заливы приливная волна входит свободно. Водные массы устремляются вперёд, но, стеснённые суживающимися берегами и не находя выхода, поднимаются вверх и заливают сушу на значительную высоту. 

У входа в Белое море, в так называемой Воронке, приливы почти такие же, как и на побережье Баренцева моря, то есть, равны 4 –5 метрам. На мысе Канин Нос они даже не превышают 3 метров. Однако, входя в постепенно суживающуюся Воронку Белого моря, приливная волна становится всё выше и в Мезенском заливе достигает уже десятиметровой высоты.

Ещё более значителен подъём уровня воды в самой северной части Охотского моря. Так, у входа в залив Шелихова уровень моря в прилив поднимается до 4 –5 метров, в кутовой же (наиболее удалённой от моря) части залива возрастает до 9,5 метра, а в Пенжинской губе достигает почти 13 метров!

Очень велики приливы в Ла-Манше. На английском его побережье в маленьком заливе Лайм вода в сизигий поднимается до 14,4 метра, а на французском, у городка Гранвиль, даже на 15 метров.

Предельных величин приливы достигают на некоторых участках атлантического побережья Канады. В проливе Фробишера (он находится у входа в Гудзонов пролив) – 15,6 метра, а в заливе Фанди (вблизи границы США) – целых 18 метров. Иногда влияние морских приливов видно и на реках. В устьевую область приливная волна приходит из открытых районов океана или моря. По мере приближения к берегу уровень повышается, а профиль приливной волны под влиянием уменьшения глубины и особенностей конфигурации берега деформируется. На взморье её передний склон становится круче заднего. От устьевого взморья приливная волна проникает в русловую систему реки. Более солёная вода по дну речного русла, подобно клину, стремительно движется против течения. Столкновение двух встречных потоков, морского и речного, вызывает образование крутого вала, получившего название бора. В реке Цаньтанцзян, впадающей в Восточно-Китайское море к югу от Шанхая, бор достигает высоты 7 - 8 метров, а крутизна волны равняется 70 градусам. Эта страшная водяная стена со скоростью 15 – 16 километров в час проносится вверх по реке, размывая берега и грозя потопить любое судно, вовремя не укрывшееся в спокойном затоне. Мощным бором славится и величайшая река Южной Америки – Амазонка. Там волна высотой 5 – 6 метров распространяется вверх по реке на три тысячи километров от океана. На Меконге волны прилива распространяются до 500 км, на Миссисипи - до 400 км, на Северной Двине – до 140 км . Прилив несёт с собой осолонённые воды в реку. При этом на устьевом участке реки происходит либо полное, либо частичное смешение речных и солёных морских вод, либо имеет место стратифицированное состояние, когда наблюдается резкое различие солёности поверхностных и подстилающих их вод. Солёные воды проникают в устье реки тем дальше, чем больше глубина русла и плотность (солёность) морской воды и меньше расход речных вод



Волны и цунами 



Волнение воды — периодические колебания ее частиц около положения их равновесия. Они объясняются нарушением равновесия водной поверхности и способностью воды восстанавливать нарушенное равновесие.

Главная причина возникновения волн на поверхности Океана — ветер. Большое значение в отдельных случаях имеют и другие причины: землетрясения, вулканические извержения, резкие изменения атмосферного давления и т. д.

Волны, существующие под непосредственным воздействием вызывающих их сил, называются вынужденными волнами; волны, продолжающие существовать после того, как вызвавшая их сила прекратила действие, — свободными.

При правильном волновом движении частицы воды перемещаются по орбитам, близким к окружностям, расположенным перпендикулярно гребням волн. В верхней части орбиты частицы двигаются в направлении движения волны, в нижней — в обратном направлении. Горизонтальные и вертикальные смещения частиц при этом равны.

Видимое поступательное движение волны — движение ее формы, не сопровождающееся сколько-нибудь значительным поступательным перемещением частиц. Это можно видеть, наблюдая в безветренную погоду за предметом, плавающим на волнующейся водной поверхности: предмет то поднимается, то опускается; поднимаясь, он несколько смещается в направлении движения волны, опускаясь, перемещается в обратном направлении. 

Элементы волны. В поперечном разрезе (рис. 77) волны видна ее форма. Верхняя часть волны, выступающая над уровнем водной поверхности, называется гребнем. Наиболее углубленная часть волны — ее подошва. Между гребнем и подошвой находятся склоны волны.

Волна характеризуется длиной, высотой, крутизной, периодом и скоростью (элементы волны). Длина волны (?) — горизонтальное расстояние между гребнями или подошвами двух соседних волн. Высота волны (H) — вертикальное расстояние гребня волны над ее подошвой. Крутизна (а) — отношение высоты волны к половине ее длины — h:?/2. Период волны (?) — промежуток времени, в течение которого каждая точка волны перемещается на расстояние, равное ее длине. Скорость (V) — расстояние, пробегаемое в единицу времени (в секунду) гребнем волны.

В зависимости от значений характеризующих их элементов, волны подразделяются на короткие и длинные, правильные и неправильные. Короткими называются волны, длина которых значительно меньше глубины в месте их распространения. Соответственно волны, длина которых превосходит глубину, называются длинными. К длинным относятся волны с 

Ветровые волны. При возникновении ветровых волн ветер воздействует на поверхность воды и выводит ее частицы из состояния равновесия, заставляя их двигаться по орбитам (по часовой стрелке), с одинаковой скоростью. При этом, если представить себе, что ветер дует слева направо, частицы воды, находящиеся слева, начнут колебаться раньше, чем частицы, расположенные правее их. В результате каждая частица будет отставать в своем движении от частицы, лежащей справа от нее, и все они будут находиться в разных фазах. Пусть частица 1 находится в самой низкой точке орбиты. В это время частица, 2 отстает -в своем движении от частицы 1 на угол ?, частица 3 отстает на такой же угол от частицы 2 и т. д. Соединив одновременное положение всех частиц плавной кривой, получим троходиду.

Если рассмотреть положение частиц через некоторый промежуток времени, окажется, что все они переместились по орбите на одно и то же расстояние и заняли положение 1', 2', 3' и т. д. На рисунке 78 видно, что форма волны сместилась вправо — по направлению ветра. Частицы, находящиеся на наветренном склоне волны, опустились, в то время как частицы, находящиеся на подветренном склоне, поднялись.

Поглощая энергию ветра, волны «развиваются». Воздействуя на гребень волны, ветер ускоряет движение частиц, перемещающихся по орбитам в направлении ветра. Воздействие ветра на подошву волны имеет обратный эффект. В результате ветер опрокидывает гребни, образуя «барашки».

Под влиянием ветра волны растут одновременно в высоту и в длину, при этом увеличиваются и период и скорость. Чем больше скорость волны, тем слабее давление ветра на ее наветренный склон. Поэтому интенсивность роста волны определяется отношением ее скорости к скорости ветра. Когда скорость ветра и скорость волны становятся равными, волны теоретически достигают наибольшей высоты.

По мере развития волн изменяется и их внешний вид. Сначала они образуют параллельные ряды, затем, с увеличением скорости ветра и с ростом волн, последние разбиваются на отдельные «холмы», т. е. из двухмерных превращаются в трехмерные, характеризующиеся не только длиной и высотой, но и шириной. При дальнейшем усилении ветра на поверхности Океана вновь появляются параллельные ряды очень высоких волн, осложненных трехмерными волнами. При изменении направления и скорости ветра могут образовываться различные системы волн.

Когда скорость ветра уменьшается, волнение начинает затухать. Сначала исчезают мелкие волны, затем крупные, и остаются только очень длинные пологие волны — мертвая зыбь. Волны зыби растягиваются в длину на несколько сотен метров (до 840 м) при высоте всего несколько метров (не более 4), поэтому в открытом Океане они на глаз почти незаметны. Волны зыби уходят на тысячи километров от места возникновения и могут появиться при полном штиле там, где их, казалось, трудно было ожидать. Пробегая огромные расстояния быстрее самого быстроходного судна, они неожиданно обрушиваются на берег.ейсмические и приливо-отливные, к коротким — ветровые. 

Энергия ветровых волн. Ветровые волны обладают энергией, переданной им ветром.

Энергия волн состоит из двух частей: энергии частиц, движущихся по орбитам (кинетическая энергия), и энергии массы воды, поднятой над уровнем моря (потенциальная энергия). Кинетическая энергия при достаточной глубине остается на месте, потенциальная перемещается вместе с формой волны. Энергия волны прямо пропорциональна квадрату ее высоты и длине. С глубиной высота волн быстро уменьшается, уменьшается и энергия волн, которая, таким образом, концентрируется в верхних слоях Океана.

При высоте волны 5 м и длине ее 100 м (средние размеры штормовых волн) на каждый квадратный километр волнующейся поверхности приходится 3 млрд. квт энергии. Так как пространство, охваченное волнением, имеет площадь в сотни квадратных километров, запасы энергии ветровых волн колоссальны. При ударе о препятствие разрушительная сила волны увеличивается за счет обрушивания массы гребня волны, достигающей сотен тонн. На малых глубинах большая часть энергии переходит в гребень волны, поэтому волны обрушиваются на берег с огромной силой. Давление, оказываемое волной высотой 3,5 м, равно 7,8 т/м2. Волноломы, предохраняющие берег от разрушения, проектируются с учетом конкретных условий. Так, для Балтийского моря они рассчитаны на давление 11 т/м2, в Бискайском заливе — 21 т/м2, а на Марокканском берегу Африки — 25 т/м2.

Волны разрушают горные породы и одновременно переносят и откладывают продукты разрушения, формируя берега. Роль волнового движения в формировании рельефа очень велика.

Размеры ветровых волн. Высота большинства океанских волн — 4—4,5 м. Волны выше 6—7 м возникают сравнительно редко. Максимальная высота наблюдавшихся ветровых волн в Атлантическом океане — 16 м, в Тихом — 18 м. Длина штормовых волн не более 250 м, длина волн зыби — до 840 м. В морях размеры ветровых волн меньше, чем в Океане: их высота не более 3 м, длина — до 150 м.

Изменение ветровых волн с глубиной. С глубиной волнение быстро затухает, так как диаметры орбиты, по которым движется частица воды, быстро уменьшаются, а вместе с тем уменьшается и высота волн. Длина волн, их скорость и период с глубиной не изменяются. Вычислено, что с увеличением глубины в арифметической прогрессии высота волн убывает в прогрессии геометрической (табл. 22).

На глубине, равной длине волны, последняя имеет высоту в 500 с лишним раз меньшую, чем на поверхности, т. е. практически на этой глубине волнение затухает.

Штормовые волны в Океане достигают высоты 8 м и длины 180 м; на глубине 150 м их высота всего 16 мм. Наибольшая глубина, на которой обнаружена песчаная рябь, созданная волнами, — 180 м. Эту глубину считают предельной глубиной распространения волн.

. Сейсмические волны и цунами образуются при землетрясении и подводных извержениях, при этом волнение охватывает всю толщу воды. В зависимости от толчков возникает одна волна (одиночная) или серия волн, следующих одна за другой. Эти волны получили японское название цунами. Крупные цунами — явление сравнительно редкое, но очень грозное. Особенно больших размеров достигают цунами, вызванные землетрясениями, сопровождающимися сдвигами и разломами дна. Так, например, в сентябре 1923 г. в заливе Сагами (близ Токио) землетрясение вызвало резкое изменение глубин. В некоторых местах дно опустилось на 400 м, а поблизости, на расстоянии всего 2 км, поднялось на 230 м. В результате этих перемещений около 22,6 км3 воды было вытеснено выше спокойного уровня Океана. Образовалась волна (цунами) высотой около 7 м, частично вынесенная в Океан, а частично обрушившаяся на побережье залива и вызвавшая очень большие разрушения.

Цунами распространяются в направлении, перпендикулярном линии возникшего сброса, со скоростью, пропорциональной глубине Океана. V = 360 ?H, где V — скорость распространения цунами в км/сек, H — средняя глубина в км.

Скорость распространения цунами колеблется от 150 км/час (при Н=250 м) до 900 км/час (при H=6 км). Над глубокими частями Океана она увеличивается, над мелкими уменьшается до 50 км в час.

Высота цунами, обрушивающихся на берег, определяется особенностями конфигурации последнего, достигая максимума (до 20—30 м) в клинообразных бухтах и в узких заливах. Высоко поднимаются цунами в местах резких переходов с больших глубин на узкую полосу пляжа. На низменных побережьях высота цунами незначительная.

Перед приходом цунами в течение нескольких минут (10—15) вода обычно отступает от берега на сотни метров, а иногда (при малой глубине) и на километры. Чем дальше отступила вода от берега, тем большей высоты цунами надо ожидать.

За последнее тысячелетие зарегистрировано всего 357 крупных цунами. При этом одна треть их приходится на северо-западную часть Тихоокеанского сейсмического пояса.

С цунами связаны огромные разрушения и человеческие жертвы. Цунами, вызванные чилийским землетрясением 22 мая 1960 г., обрушились на побережье Чили, на западные берега Америки до Калифорнии, на берега Новой Зеландии, Австралии, Филиппинских, Гавайских и Курильских о-вов, Японии. К берегам юго-восточной части Камчатки цунами пришли почти ровно через сутки после землетрясения. В Японии, пострадавшей, если не считать Чили, особенно сильно, высота волн достигала 10 м, было затоплено около 50000 домов.

О приближении цунами можно узнать заранее не только по отступлению воды, но и с помощью регистрации сейсмических волн и воли давления, возникающих при землетрясении и распространяющихся в воде со скоростью, во много раз превосходящей скорость цунами. В странах, чаще других испытывающих влияние цунами, организована специальная Служба предсказаний цунами и оповещения о них.

Одиночные волны, приносящие бедствия жителям побережий, могут возникать под влиянием метеорологических (барических) причин. Их вызывают тропические циклоны. При резком изменении давления и определенном распределении ветров уровень Океана в передней части тропического циклона понижается, а в тыловой — повышается. Кроме того, благодаря пониженному давлению в центре циклона поверхность Океана несколько вспучивается, и это может повлечь образование одиночной волны. В сентябре 1959 г. ураганные волны затопили и разрушили третий по величине город Японии — Нагоя.

Сейши. При неодинаковом атмосферном давлении на разные части поверхности моря, залива, озера или при сгонах и нагонах воды ветром, реже при сейсмических явлениях поверхность моря принимает наклонное положение. С прекращением воздействия силы, вызвавшей наклон, поверхность стремится возвратиться в положение равновесия. Прежде чем равновесие установится, масса воды испытывает колебания, постепенно затухающие под влиянием трения. Колебания массы воды происходят около одной или нескольких горизонтальных осей (узлов), остающихся неподвижными, и образуют так называемые стоячие волны — сейши.

Сейши могут быть одно- или двуузловыми, возможны сейши с тремя узлами и более. На размеры сейш влияют рельеф дна и конфигурация берегов. Обычно высота сейш — несколько дециметров, в исключительных случаях — 2—2,5 м. Если плотность воды с глубиной изменяется, могут возникнуть внутренние сейши. Сейши способны вызывать ритмичные течения, охватывающие всю массу воды, участвующую в колебаниях.













Глава 2. Влияние океанических течений на климат и другие компоненты природы 



Особое значение для формирования и изменения климата имеет взаимодействие между океаном и атмосферой, проявляющееся в обмене теплом, влагой и количеством движения. Океан находится в не.......................