Течения Черного моря

Результаты наших исследований течений Северного и Среднего Каспия значительно отличались от представлений, имевших наибольшее распространение. Поэтому мы стремились сопоставить их с опубликованными результатами исследований в других водоемах. Постепенно мы перешли от исследований течений Каспия к исследованиям природы конкретных видов течений – ветровых, термохалинных, квазипостоянных циркуляций, длинноволновых, инерционных и т. д. в различных водоемах – в Черном море, в Охотском море, в озерах Ладожское, Гурон и т. д., в тех водоемах, по которым удается найти результаты измерений.

Такой подход значительно расширяет количество экспериментальных данных пригодных для анализа. Мы можем сравнивать параметры течений в различных водоемах. Это позволит лучше понять свойства изучаемых процессов образования и существования течений. Основные методы исследования были придуманы при исследованиях течений Северного и Среднего Каспия.

Рассмотрим результаты инструментальных наблюдений за течениями в различных морях и в крупных озерах.

2.1. Течения Черного моря

Площадь Черного моря 423 488 км . Наибольшая ширина по параллели 42°21′ с.ш. – 1148 км., по меридиану 31°12′ в.д.- 615 км. Длина береговой линии 4074 км .

Рис. 2.1. Схема циркуляции вод Черного моря. 1 – Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) – среднее положение стрежня; 2 – меандры КЦТ; 3 – прибрежные антициклонические вихри (ПАВ); 4 – циклонические вихри (ЦВ); 5 –Батумский антициклонический вихрь; 6 – Калиарский ПАВ; 7 – Севастопольский ПАВ; 8 – Керченский ПАВ; 9 – квазистационарные циклонические круговороты (Косьян Р. Д. и др. 2003).

Генеральная циркуляция вод Черного моря – Основное Черноморское Течение (ОЧТ) характеризуется циклоническим движением вод (рис. 2.1). Ее главным структурным элементом является Кольцевое циклоническое течение (КЦТ). У Кавказского побережья КЦТ занимает полосу вдоль берега шириной 50-60 км.и несет свои воды в генеральном направлении на северо-запад. Осевая линия потока прослеживается на расстоянии 20-35 км от берега, где скорости достигают 60-80 см/с. Это течение проникает на глубину 150-200 м в летний период, 250-300 м в зимний период, иногда до глубины 350-400 м. Стрежень течения испытывает волнообразные колебания, отклоняется то вправо, то влево от своего среднего положения, т. е. это струйное течение меандрирует. На рис. 2.1. представлено наиболее распространенное представление о структуре течений Черного моря.

Результаты измерений течений проведенные в продолжении 5 месяцев в береговых водах в северо-восточной части Черного моря приводятся на рис. 2.2.

На рисунках мы видим, что течения охватывают всю толщу вод, изменения синхронны на всех горизонтах.

Рис. 2.2. Фрагмент временной последовательности получасовых векторов течения с 20 по 23 декабря 1997 г. Точка 1 – горизонты 5, 26 и 48 м.; точка 2 – горизонты 5 и 26 м.; точка 3 – горизонт 10 м. (Косьян Р. Д. и др. 2003).

В этих исследованиях не производилась фильтрация с целью выявления длиннопериодных волновых течений. Измерения продолжались 5 мес., т.е. можно показать около 5 периодов изменчивости длиннопериодных волновых течений и их изменчивость в разных пунктах, различие и общие черты по мере удаления от берега. Вместо этого авторы приводят объяснения, которые соответствуют традиционным представлениям.

Рис. 2.3. Расположение приборов у южного берега Крымского полуострова в пунктах 1–5 (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Рис. 2.4. Изменчивость скорости течений в пунктах измерения 3 и 5 (рис. 2.12) на горизонте 50 м.. Высокочастотные колебания с периодом 18 час. И менее отфильтрованы при помощи фильтра Гаусса. (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Измерения течений в прибрежной зоне с помощью автономных буйковых станций (АБС) были проведены у южного берега Крымского полуострова в Черном море в 6 точках на 4 горизонтах с июня по сентябрь 1991 г. (рис. 2.3). (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).

Одна из основных задач - исследование захваченных берегом волн. Зарегистрированы длинноволновые течения с периодом 250.-300ч. и амплитудой до 40 см/с.(рис. 2.4). Фаза распространялась на запад со скоростью 2 м/с. (Заметим, что значение фазовой скорости получено из расчета, а не по разнице во времени прохождения волны в двух соседних точках).

Циркуляция вод в верхнем слое Черного моря показана по дрифтерным данным (Журбас В. М. и др. 2004). В Черном море были запущены более 61 дрифтеров, которые переносились течением крупномасштабной циркуляции вдоль берега.

Рис. 2.5. Траектория дрифтера № 16331 в юго-западной части Черного моря. Цифры на траектории- сутки, прошедшие со времени запуска дрифтера (Журбас В. М. и др. 2004).

Закономерности продвижения дрифтеров показывают закономерности течений. Наиболее распространенное заблуждение по поводу характера течений в Черном море: течения циклонической циркуляции является струйным меандрирующим течением. Меандры, оторвавшись от основной струи, образуют вихри. Такой «вихрь» авторы демонстрируют на рис. 2.5.

На следующем рисунке (2.6) показана изменчивость составляющих скорости перемещения (течения) дрифтера вдоль траектории. Хорошо видна периодическая изменчивость скорости течения. Период изменчивости от 2 двух до 7 суток. Скорость изменяется от - 40 см/с. до 50 см/с., но средняя величина скорости (жирная линия) близка к нулю. Дрифтер движется по круговой траектории. Он отражает движение водной массы волновой природы.

Бондаренко А. Л. (2010) показывает путь одного из дрифтеров в Черном море (рис. 2.7), и изменчивость скорости продвижения дрифтера вдоль траектории (рис. 2.8). Так же, как и в предыдущей работе видно, что наблюдаются течения волновой природы, а не струйное, меандрирующее течение. Привлекает внимание путь, пройденный дрифтером в начальный период своего плавания. Начальная точка (0) находится в центре западной части моря.

Рис. 2.6. Временной ряд компонентов скорости дрифтера 16331. Ut-долготная составляющая скорости (+/- соответственно восток/запад), Vt- широтная составляющая [Журбас В. М. и др. 2004].

По представлениям (рис. 2.1) эта точка находится вне КЦТ. Но мы видим, что дрифтер совершил путь циклонической направленности по растянутому почти эллипсу, затем 20 суток двигался в ю.з. направлении, где попал в КЦТ и перемещался в нем весь дальнейший путь. По этой траектории можно рассчитать скорость течения в разных участках траектории, а по (рис. 2.8) видна периодичность в.ч. и н.ч. изменчивости этой скорости.

Рис. 2.7. Путь дрифтера в Черном море (Бондаренко А. Л., 2010).

Рассмотренные выше примеры измерений показывают, что Основное Черноморское течение, Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) представляет собой результирующее движение длиннопериодных волновых течений. Понимание о геострофическом характере течений КЦТ и его меандрировании ошибочно. Период изменчивости волновых течений в северной части 260 ч. По мере продвижения вдоль берега, из за неровностей береговой линии и поверхности дна составляющие скорости течения поперек берега становятся соизмеримыми с составляющими вдоль берега, траектории дрифтеров приобретают кольцеобразную форму. Период изменчивости сильно уменьшается.

Рис. 2.8. Изменчивость скорости перемещения дрифтера по траектории, показанной на рис.2.7. (Бондаренко А. Л., 2010) .

наблюдается так называемое основное черноморское течение (ОЧТ). Оно распространяется по всему черноморскому периметру. Это течение направлено против часовой стрелки и образует два вихревых потока, так называемых кольца.

Это явление носит научное название «очки Книповича». Николай Михайлович Книпович был первым ученым-гидрологом, который заметил и подробно описал это явление.

Ускорение, которое придается морской воде вращением планеты, является основой характерной направленности этого движения. В физике такой эффект получил название «Кориолисова сила». Но, в силу того что Чёрное море имеет относительно небольшую акваторию, существенное влияние на основное оказывает также и сила ветра. В силу этого фактора, основное течение Чёрного моря очень изменчиво. Иногда бывает так, что оно становится слабо заметно на фоне других морских течений, меньшего масштаба. А случается, что скорость основного черноморского течения превышает сто сантиметров в секунду.

В прибрежных черноморских водах образуются вихревые потоки с противоположной основному черноморскому течению направленностью - так называемые антициклонические круговороты. Такие вихри особенно сильно выражены у Анатолийского и у Кавказского берегов. В данных регионах вдольбереговые течения в поверхностном слое Чёрного моря обычно определяются ветром. Направление таких течений может изменяться в течение суток.

Существует особый вид локального черноморского течения, который называется тягун. Тягун образуется во время шторма (сильного волнения моря) у пологих песчаных берегов. Принцип такого течения заключается в том, что набегающая на берег морская вода отступает обратно не одинаково равномерно по всей площади прилива, а по руслам, образуемым в песчаном дне. Попасть в струю такого тягуна очень опасно, так как, несмотря на все усилия пловца, его может унести далеко от берега прямо в открытое море.

Чтобы выбраться из такого течения, надо плыть не прямо к берегу, а наискосок, так легче преодолеть силу отступающей воды.

Течение «тягун» одно из малоизученных явлении, которое связанно с волнами.

Течение «тягун», является самым опасным видом прибрежных течений, оно образуется из-за оттока морской воды, которую принесло к побережью волнами. Существует утвердившееся мнение, что «тягун» тянет под воду, это не так эти волны уносят от берега.

Сила тягуна высока, он может утянуть с собой от берега даже очень опытных и сильных пловцов. Человеку попавшему в «тягун» не стоит бороться с ним и пытаться любыми способом выплыть прямо к берегу, самым лучшем вариантом спасения, будет движение по диагонали. Так удастся постепенно выйти из зоны действия тягуна, это позволит сэкономить силы и держаться на плаву, а так же дождаться помощи. Можно и самому пострадавшему постепенно самостоятельно добраться до берега, стараясь не возвращаться в зону действия этого опасного явления.

Этого явление можно наблюдать, во многих портах Черного моря пришвартованные суда к причалу вдруг, начинают приходить в движение время от времени и двигаться вдоль причалов, кажется под действием какой-то сил. Бывает, что такое движение настолько мощное, что давление не выдерживают стальные швартовые концы, из-за этого грузовые суда вынуждены останавливать погрузо-разгрузочные операции и ложиться рейд. Тягун может образовываться, не только во время шторма, но и в полный штиль на море.

Гипотез об образовании тягуна существует несколько, но все они определяют тягун, как следствие подхода к воротам порта особенного вида морских волн, которые сложно заметить невооруженным глазом. Данные волны называются длинно-периодными, они создают период колебания гораздо больший, чем обычные видимые людьми волны. Создавая периодически сильные колебания в массе воды, находящуюся в акватории порта, данные волны вызывают движения судов пришвартованных у причала.

Изучением образования данного явления, которое создает опасность судам флота, проводится, как в нашей стране, так и за рубежом. Проводимые исследовательские работы дают научно-практические рекомендации по правилам швартовке судов во время «тягуна», а так же советы по строительству безопасных портов, которые будут гасить энергию этой волны.

В Черном море есть Основное Черноморское Течение (ОЧТ) – оно направлено против часовой стрелки по всему периметру моря, образуя два заметных кольца («очки Книповича», по имени одного из гидрологов, описавшего эти течения). В основе этого движения вод и его направленности – ускорение, придаваемое воде вращением Земли – Кориолисова сила. Правда, на такой, относительно небольшой акватории, как Черное море, направление и сила ветра имеют не меньшее значение. Поэтому – ОЧТ очень изменчиво, иногда оно становится слабо различимым на фоне течений меньшего масштаба, а иногда – скорость его струи достигает 100 см/с.

В прибрежных водах Черного моря образуются вихри противоположной ОЧТ направленности – антициклонические круговороты , особенно они выражены у Кавказского и Анатолийского берегов.

Местные вдольбереговые течения в поверхностном слое воды обычно определяются ветром, их направление может меняться даже в течение суток.

Особый вид местного прибрежного течения – тягун – образуется у пологих песчаных берегов во время сильного волнения моря: набегающая на берег вода отступает обратно не равномерно, а по руслам, образуемым в песчаном дне. Попасть в струю такого течения опасно – несмотря на усилия пловца, он может быть унесен от берега; чтобы выбраться, надо плыть не прямо к берегу, а наискосок.

Вертикальные течения: подъем вод с глубины – апвеллинг , чаще всего возникает при сгоне прибрежных поверхностных вод от берега сильным ветром с берега; при этом на смену отгоняемой в море поверхностной воде поднимается вода с глубины. Так как вода глубин холоднее поверхностных нагретых солнцем вод, в результате сгона вода у берега становится холоднее. Сгон воды у Кавказского берега Черного моря, вызванный сильным северо-восточным ветром (этот ветер называется здесь бора), бывает столь мощным, что уровень моря у берега может понизиться на сорок сантиметров за день.

В океанах апвеллинги возникают при действии Кориолисовой силы (создаваемой движением Земли вокруг своей оси) на массы воды, переносимые течениями в меридиональном направлении (от полюсов к экватору) вдоль берегов континентов: перуанское течение и перуанский апвеллинг (самый мощный в мире) у тихоокеанских берегов Южной Америки, течение Бенгела и апвеллинг Бенгела у восточного берега Южной Африки.

Апвеллинги поднимают в поверхностный, освещенный слой океана (или моря) воду обогащенную биогенными минеральными веществами (ионы солей содержащих азот, фосфор, кремний), необходимыми для роста и размножения микроводорослей фитопланктона – основы жизни в море. Поэтому районы апвеллингов – самые продуктивные акватории – там и планктона больше, и рыбы – и всего, что водится в океане.

Летний отдых на Черном море – об этом во время трудовых будней мечтают многие россияне. Однако южные пляжи таят в себе немало опасностей. Каждый туристический сезон СМИ сообщают о людях, которые погибли, купаясь на мелководье. Главная причина таких несчастных случаев – донные течения. Их местные жители называют тягунами, потому что эти потоки воды могут запросто утянуть на тот свет даже опытных пловцов.

Что за рипы и тягуны

Большое влияние на черноморские течения оказывают сила и скорость ветра. Под воздействием штормов и других метеорологических явлений направление потоков воды в этом гидрологическом объекте быстро меняется.

Группа ученых: А.Г. Зацепин, В.В. Кременецкий, С.В. Станичный и В.М. Бурдюгов, представляющие Московский институт океанологии имени П.П. Ширшова и Севастопольский морской гидрофизический институт, написали научную статью «Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием». Эта научная работа была опубликована в сборнике «Современные проблемы динамики океана и атмосферы» (Москва, 2010 год издания).

Авторы исследования отметили, что в зависимости от ветра структура и интенсивность прибрежного течения могут неоднократно меняться от «струйного» до «волно-вихревого» режима циркуляции воды. И это подтверждается данными многолетних наблюдений.

Нестабильность и переменчивость Черного моря часто приводит к образованию в прибрежной зоне так называемых тягунов или отбойных течений (rip current). В результате шторма у пологих песчаных пляжей возникают волны, которые движутся не к берегу, а наоборот, от него. И пловцы, попавшие в такие рипы или тягуны, никак не могут добраться до суши: течение сводит на нет все их усилия. В конце концов, обессиленные и паникующие люди тонут на мелководье, совсем рядом с берегом.

Такие опасные явления возникают на многих пляжах, где пологое дно обрамлено песчаными отмелями и косами. Часто встречаются рипы в Мексиканском заливе, у тихоокеанских островов, на курортах Индии, в Средиземном, Черном и Азовском морях, знают о них и жители Дальнего Востока.

Хотя размеры тягуна обычно невелики, он достигает 10-15 метров в ширину и не более 100 метров в длину, скорость течения довольно высокая – до 3 метров в секунду. Так что и натренированный пловец может не справиться с таким потоком.

Отдыхающим стоит быть внимательными. Если какой-то участок морской глади, расположенный рядом с берегом, заметно отличается от остальной акватории по цвету и характеру движения воды, а на его поверхности образовалась белая пена, то именно в этом месте лезть в воду категорически нельзя.

Как они возникают

О причинах образования тягунов ученые спорят на протяжении всей истории метеорологических наблюдений. Большинство специалистов считают, что дело в силе и скорости ветра. Этой точки зрения придерживается, например, гидролог Гидрометцентра Черноморского флота РФ Наталья Балинец. Ее статья «Условия возникновения тягуна в портах Черного моря» была опубликована в специализированном журнале «Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа» (No 15 за 2007 год).

Н.А. Балинец назвала отбойное течение особо опасным гидрометеорологическим явлением. Проанализировав условия возникновения тягунов за многолетний период наблюдений, она определила, какие атмосферные процессы им предшествуют. Выяснилось, что почти в 80 % случаев такие течения возникают в результате штормов, образованных пришедшими в юго-западную часть Черного моря средиземноморскими циклонами.

Но наиболее мощные тягуны возникают в такой ситуации: «Над северо-западными, северными или центральными районами Европейской территории России располагается центр обширного циклона, ложбина его охватывает северную часть Черного моря. Над Турцией или Балканами простирается антициклон или гребень. Над морем преобладают ветры южных направлений».

Как написала Н.А. Балинец, в таком случае скорость штормовых ветров может достигать особой силы, а волнение воды в отдельных местах фиксируется на отметке пяти баллов. После таких метеорологических явлений на спокойной с виду акватории и появляются тягуны.

Почему они опасны

Каждый год на Черном море гибнут туристы. После начала купального сезона местные власти и сотрудники МЧС России регулярно публикуют в СМИ предупреждения, что купаться в определенных местах после сильных штормов запрещено, но отдыхающие, как правило, игнорируют подобные сообщения. Люди не хотят терять долгожданные дни отпуска, несмотря ни на что.

Этой теме, например, был посвящен сюжет регионального телеканала «360», который называется «Туристы в Анапе проигнорировали предупреждение о донном течении. А оно смертельно опасно» (дата выхода – 1 июля 2019 года).

Авторы телесюжета Анастасия Кукова и Екатерина Андронова побеседовали с начальником Краснодарского краевого гидрометцентра Андреем Бондарем. Специалист рассказал, что туристический сезон 2019 года только начинается, а на пляжах Анапы уже зафиксировано несколько случаев, когда отдыхающих уносило в море. А все потому, что люди не обращают внимания на штормовые предупреждения и ведут себя неосторожно.

«Ветер сейчас достаточно сильный. У нас на побережье течение, в основном, западных направлений, и оно нагоняет поверхностную воду к берегу. Поэтому противотечение придонное усиливается. Если вы нырнете, вас может унести достаточно далеко от берега, и выплыть будет очень тяжело», – предостерег туристов А.Н. Бондарь.

Как спастись от такого течения

Опытные пловцы и спасатели утверждают, что людям, которые угодили в ловушку обратного течения, не стоит паниковать. Главное – трезво оценивать сложившуюся ситуацию.

Автор ежедневного познавательного журнала «ШколаЖизни.ру» Максим Селинский написал статью «Отбойное течение – главная опасность для купающихся в океане или море» (дата публикации – 7 сентября 2017 года). В ней говорится, что именно паника чаще всего приводит к гибели пловца, который отчаянно рвется к берегу, теряя последние силы и полностью выдыхаясь. Людям стоит помнить, что в ширину обычный тягун составляет лишь 5-10 метров, он не способен унести человека далеко в открытое море: отбойное течение, как правило, полностью ослабевает менее чем через 100 метров от берега.

«Не пытайтесь бороться с течением. Его скорость может быть такова, что с ним не справится даже олимпийский чемпион по плаванию. Попав в обратное течение, следует плыть не прямо по направлению к берегу, а параллельно ему, то есть в сторону от течения. Таким способом вы сможете выбраться из ловушки, после чего можете плыть направлению к берегу. Или же, поняв, что вас уносит отбойное течение, плывите под углом 45 градусов к берегу и постепенно выберитесь на берег», – советует Максим Селинский.

И конечно следует проявлять осторожность, не игнорировать предупреждения спасателей, внимательно наблюдать за прибрежной акваторией. Если в каком-либо месте вода движется в обратную сторону от берега, то это можно заметить по изменению цвета волны и возникающей на поверхности белой пене (барашкам).

Течения в море можно образно сравнить с реками без берегов. В науке о море принято обозначать направление течений по принципу «куда». В отличие от течений, направления ветра и волнения определяются по принципу «откуда». Например, ветер, дующий с юга на север, будет называться южным, а течение, созданное этим ветром, будет называться северным.

Карта течений Черного Моря

Течения Черного моря слабы, их скорость редко превышает 0,5 метра в секунду, основными их причинами являются сток рек и воздействие ветров. Под влиянием стока рек вода должна была бы двигаться к центру моря, но под воздействием силы вращения Земли она отклоняется вправо (в северном полушарии) на 90 градусов и идет вдоль берегов по направлению против часовой стрелки. Основная струя течений имеет ширину 40-60 километров и проходит на расстоянии 3-7 километров от берега.

В бухтах образуются отдельные круговороты, направленные по часовой стрелке, их скорость достигает 0,5 метра в секунду.
центральной части моря расположена зона затишья, где течения слабее, чем у берегов, и не постоянны tno направлению. Некоторые исследователи выделяют в общем потоке два отдельных кольца. Происхождение двух колец течений связано с особенностями очертаний Черного моря, способствующими отклонению влево частей общего потока у берегов Крыма и Турции.

Интересная система течений наблюдается в проливе Босфор, она имеет большое значение для Черного моря.

Впервые эти течения были изучены в конце прошлого века адмиралом Макаровым. С. О. Макаров был не только выдающимся флотоводцем, кораблестроителем, теоретиком военного дела, он был также замечательным ученым, понимавшим, как важно познать среду, в которой приходится действовать морскому флоту.

Из бесед с местными жителями С. О. Макаров установил, что в Босфоре существует два течения: поверхностное и глубинное. Он проверил этот факт путем последовательного опускания в воду груза на разные глубины. Груз был скреплен тросом с буйком, плававшим на поверхности. Когда груз находился в поверхностных слоях, буек двигался к Мраморному морю, когда груз был у дна, буек несло к Черному морю. Таким образом, было установлено, что поверхностное течение, несущее опресненную воду, идет к Мраморному морю, а глубинное, несущее более плотную соленую воду, идет к Черному морю. С. О. Макаров установил, что скорость верхнего течения - 1,5 метра в секунду, нижнего - 0,75 метра в секунду; глубина поверхности раздела течений равна 20 метрам. Нижнее течение не идет строго под верхним, оба они испытывают отражение от мысов, иногда струи течений раздваиваются.

Для объяснения причин этих течений Макаров проделал такой опыт. В стеклянный ящик, разделенный на две части, налили воду: в одну часть соленую, в другую - опресненную. В перегородке были проделаны одно над другим два отверстия. Соленая вода начала двигаться через нижнее отверстие, опресненная - через верхнее. С. О. Макаров первым дал объяснение происхождения этих двух слоев. Верхнее течение является сточным, образуется оно под влиянием избытка вод, приносимых реками в Черное море. Нижнее же, так называемое плотностное, образуется в результате того, что более плотные воды Мраморного моря оказывают на нижележащие слои большее давление, чем более легкие воды Черного моря. Это заставляет воду двигаться из области большего давления в область меньшего.