Волнение — это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как движение волн по поверхности воды. На самом же деле водная поверхность совершает колебания вверх-вниз от среднего уровня положения равновесия. Форма волн при волнении постоянно изменяется в связи с движением частиц по замкнутым, почти круговым орбитам.
Каждая волна представляет собой плавное соединение возвышений и углублений. Основными частями волны являются: гребень — самая высокая часть; подошва - самая низкая часть; склон - профиль между гребнем и подошвой волны. Линия вдоль гребня волны называется фронтом волны (рис. 1).
Рис. 1. Основные части волны
Основные характеристики волн — это высота - разность уровней гребня и подошвы волны; длина - кратчайшее расстояние межу смежными гребнями или подошвами волн; крутизна - угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью (рис. 1).
Рис. 1. Основные характеристики волны
Волны обладают очень большой кинетической энергией. Чем выше волна, тем больше в ней заключено кинетической энергии (пропорционально квадрату увеличения высоты).
Под влиянием силы Кориолиса справа по течению вдали от материка возникает водяной вал, а у суши создается депрессия.
По происхождению волны подразделяются следующим образом:
- волны трения;
- барические волны;
- сейсмические волны или цунами;
- сейши;
- приливные волны.
Волны трения
Волны трения, в свою очередь, могут быть ветровыми (рис. 2) или глубинными. Ветровые волны возникают вследствие ветровые волнытрения на границе воздуха и воды. Высота ветровых волн не превышает 4 м, но при сильных и затяжных штормах она возрастает до 10-15 м и выше. Наиболее высокие волны — до 25 м — наблюдаются в полосе западных ветров Южного полушария.
Рис. 2. Ветровые волны и волны прибоя
Пирамидальные, высокие и крутые ветровые волны получили название толчея. Эти волны присущи центральным областям циклонов. Когда ветер стихает, волнение приобретает характер зыби , т. е. волнения по инерции.
Первичная форма ветровых волн - рябь. Она возникает при скорости ветра менее 1 м/с, а при скорости, большей 1 м/с, образуются сначала мелкие, а потом более крупные волны.
Волна близ берегов, в основном на мелководьях, основывающаяся на поступательных движениях, получила название прибоя (см. рис. 2).
Глубинные волны возникают на границе двух слоев воды с разными свойствами. Они часто возникают в проливах, с двумя этажами течения, близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Эти волны перемешивают морскую воду и являются очень опасными для моряков.
Барическая волна
Барические волны возникают из-за быстрой смены атмосферного давления в местах происхождения циклонов, особенно тропических. Обычно эти волны одиночные и не приносят особого вреда. Исключение составляют случаи, когда они совпадают с высоким приливом. Таким бедствиям наиболее часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая, Индии, Японии.
Цунами
Сейсмические волны возникают под воздействием подводных толчков и прибрежных землетрясений. Это очень длинные и невысокие в открытом океане волны, но сила их распространения достаточно велика. Они движутся с очень большой скоростью. У побережий их длина сокращается, а высота резко возрастает (в среднем от 10 до 50 м). Их появление влечет за собой человеческие жертвы. Сначала морс отступает на несколько километров от берега, набирая силу для толчка, а потом волны с огромной скоростью выплескиваются на берег с интервалом 15-20 мин (рис. 3).
Рис. 3. Трансформация цунами
Японцы назвали сейсмические волны цунами , и этот термин используется во всем мире.
Сейсмический пояс Тихого океана является основным районом образования цунами.
Сейши
Сейши — это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях. Они происходят по инерции после прекращения действия внешних сил — ветра, сейсмических толчков, резких изменений , выпадения интенсивных осадков и т. д. При этом в одном месте вода поднимается, а в другом — опускается.
Приливная волна
Приливные волны — это движения , совершаемые под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца. Обратная реакция морской воды на прилив - отлив. Полоса, осушаемая во время отлива, называется осушкой.
Существует тесная связь высоты приливов и отливов с фазами Луны. В новолуния и полнолуния наблюдаются самые высокие приливы и самые низкие отливы. Они называются сизигийными. В это время лунные и солнечные приливы, наступая одновременно, накладываются друг на друга. В промежутках между ними, в первую и последнюю четверги фазы Луны, наблюдаются самые низкие, квадратурные приливы.
Как уже было сказано во втором разделе, в открытом океане высота прилива невелика — 1,0-2,0 м, а у расчлененных берегов она резко возрастает. Максимальной величины прилив достигает на атлантическом побережье Северной Америки, в заливе Фанди (до 18 м). В России максимальная величина прилива — 12,9 м — отмечена в заливе Шелихова (Охотское море). Во внутренних морях приливы мало заметны, например, в Балтийском морс у Санкт-Петербурга прилив составляет 4,8 см, а вот по некоторым рекам прилив прослеживается на сотни и даже тысячи километров от устья, например, в Амазонке — до 1400 см.
Крутую приливную волну, поднимающуюся вверх по реке, называют бором. На Амазонке бор достигает высоты 5 м и ощущается на расстоянии 1400 км от устья реки.
Даже при спокойной поверхности в толще океанских вод происходит волнение. Это так называемые внутренние волны — медленные, но весьма значительные по размаху, достигающему порой сотен метров. Они возникают в результате внешнего воздействия на неоднородную по вертикали массу воды. К тому же так как температура, соленость и плотность океанской воды изменяются с глубиной не постепенно, а скачкообразно от одного слоя к другому, на границе между этими слоями и возникают специфические внутренние волны.
Морские течения
Морские течения — это 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. По физико-химическим свойствам воды морских течений отличны от окружающих.
По продолжительности существования (устойчивости) морские течения подразделяют следующим образом:
- постоянные , которые проходят в одних и тех же районах океана, имеют одно генеральное направление, более или менее постоянную скорость и устойчивые физико-химические свойства переносимых водных масс (Северное и Южное пассатные, Гольфстрим и др.);
- периодические , у которых направление, скорость, температура подчинены периодическим закономерностям. Происходят они через равные промежутки времени в определенной последовательности (летнее и зимнее муссонные течения в северной части Индийского океана, приливно-отливные течения);
- временные , вызываемые чаще всего ветрами.
По температурному признаку морские течения бывают:
- теплые , которые имеют температуру выше, чем окружающая вода (например. Мурманское течение с температурой 2-3 °С среди вод О °С); они имеют направление от экватора к полюсам;
- холодные , температура которых ниже окружающей воды (например, Канарское течение с температурой 15-16 °С среди вод с температурой около 20 °С); эти течения направлены от полюсов к экватору;
- нейтральные , которые имеют температуру, близкую к окружающей среде (например, экваториальные течения).
По глубине расположения в толще воды различают течения:
- поверхностные (до 200 м глубины);
- подповерхностные , имеющие направление, противоположное поверхностному;
- глубинные , движение которых совершается очень медленно — порядка нескольких сантиметров или первых десятков сантиметров в секунду;
- придонные , регулирующие обмен вод между полярными — субполярными и экваториально-тропическими широтами.
По происхождению выделяют следующие течения:
- фрикционные , которые могут быть дрейфовыми или ветровыми. Дрейфовые возникают под влиянием постоянных ветров, а ветровые создаются сезонными ветрами;
- градиентно-гравитационные , среди которых выделяют стоковые , образующиеся в результате наклона поверхности, вызванного избытком вод вследствие их притока из океана и обильных осадков, и компенсационные , которые возникают благодаря оттоку вод, скудным осадкам;
- инертные , которые наблюдаются после прекращения действия возбуждающих их факторов (например, приливные течения).
Система течений океана обусловлена общей циркуляцией атмосферы.
Если представить гипотетический океан, непрерывно простирающийся от Северного полюса к Южному, и наложить на него генерализированную схему атмосферных ветров, то с учетом отклоняющей силы Кориолиса получим шесть замкнутых колец -
круговоротов морских течений: Северное и Южное экваториальные, Северное и Южное субтропические, Субарктическое и Субантарктическое (рис. 4).
Рис. 4. Круговороты морских течений
Отступления от идеальной схемы вызваны наличием материков и особенностями их распределения по земной поверхности Земли. Однако, как и на идеальной схеме, в действительности на поверхности океана наблюдается зональная смена крупных — протяженностью в несколько тысяч километров — не полностью замкнутых циркуляционных систем: это экваториальная антициклоническая; тропические циклонические, северная и южная; субтропические антициклонические, северная и южная; антарктическая циркумполярная; высокоширотные циклонические; арктическая антициклоническая системы.
В Северном полушарии они движутся по часовой стрелке, в Южном — против. С запада на восток направлены экваториальные межпассатные противотечения.
В умеренных субполярных широтах Северного полушария существуют малые кольца течений вокруг барических минимумов. Движение вод в них направлено против часовой стрелки, а в Южном полушарии — с запада на восток вокруг Антарктиды.
Течения в зональных циркуляционных системах достаточно хорошо прослеживаются до глубины 200 м. С глубиной они меняют направление, слабеют и превращаются в слабые вихри. Взамен на глубине усиливаются меридиональные течения.
Самые мощные и глубокие из поверхностных течений играют важнейшую роль в глобальной циркуляции Мирового океана. Наиболее устойчивые поверхностные течения — это Северное и Южное пассатные течения Тихого и Атлантического океанов и Южное пассатное течение Индийского океана. Они имеют направление с востока на запад. Для тропических широт характерны теплые сточные течения, например Гольфстрим, Куросио, Бразильское и др.
Под действием постоянных западных ветров в умеренных широтах существуют теплые Северо-Атлантическое и Северо-
Тихоокеанское течения в Северном полушарии и холодное (нейтральное) течение Западных ветров — в Южном. Последнее образует кольцо в трех океанах вокруг Антарктиды. Замыкают большие круговороты в Северном полушарии холодные компенсационные течения: вдоль западных берегов в тропических широтах — Калифорнийское, Канарское, а в Южном — Перуанское, Бенгальское, Западно-Австралийское.
Наиболее известными течениями также являются теплое Норвежское течение в Арктике, холодное Лабрадорское в Атлантике, теплое Аляскинское и холодное Курило-Камчатское — в Тихом океане.
Муссонная циркуляция в северной части Индийского океана порождает сезонные ветровые течения: зимнее — с востока на запад и летнее — с запада на восток.
В Северном Ледовитом океане направление движения вод и льдов происходит с востока на запад (Трансатлантическое течение). Причины его — обильный речной сток рек Сибири, вращательное циклоническое движение (против часовой стрелки) над Баренцевым и Карским морями.
Помимо циркуляционных макросистем существуют вихри открытого океана. Их размер — 100-150 км, а скорость перемещения водных масс вокруг центра — 10-20 см/с. Эти мезосистемы называются синоптическими вихрями. Считается, что именно в них заключено не менее 90 % кинетической энергии океана. Вихри наблюдаются не только в открытом океане, но и в морских течениях типа Гольфстрим. Здесь они вращаются с еще большей скоростью, чем в открытом океане, их кольцевая система лучше выражена, поэтому их называют рингами.
Для климата и природы Земли, особенно прибрежных районов, значение морских течений велико. Теплые и холодные течения поддерживают разницу температур западных и восточных побережий материков, нарушая ее зональное распределение. Так, незамерзающий Мурманский порт находится за Полярным кругом, а на восточном побережье Северной Америки замерзает залив св. Лаврентия (48° с.ш.). Теплые течения способствуют выпадению осадков, холодные, напротив, уменьшают возможность их выпадения. Поэтому территории, омываемые теплыми течениями, имеют влажный климат, а холодными — сухой. При помощи морских течений осуществляются миграция растений и животных, перенос питательных веществ и газовый обмен. Течения учитывают и при мореплавании.
Волны на воде вызываются прежде всего ветром. На пруду, зеркально гладком в тихую погоду, при ветре появляется рябь, на озере — волны. В океане есть места, где высота ветровых волн достигает 30-40 м. Это объясняется тем, что в мелком пруду близкое дно гасит колебания воды. И лишь на океанских просторах ветер может не на шутку взбудоражить поверхность воды.
Однако даже огромные волны не всегда страшны. Ведь вода в волне не бежит в направлении ветра, а лишь движется вверх-вниз. Точнее, продвигается по небольшому кругу внутри волны. Лишь при сильном ветре верхушки волн, подхватываемые ветром, опережают остальную часть волны, вызывая обрушения — тогда на волнах появляются белые барашки.
Нам кажется, что волна бежит по морю. На самом деле вода внутри волны движется по небольшому кругу. У берега волна нижней своей частью задевает за дно, и аккуратный круг разрушается.
Волна может причинить серьезный вред высокому кораблю, особенно парусному, у которого высота мачты намного превышает высоту бортов. Такой корабль подобен человеку, которого толкают под коленку. Иное дело плот. Он совсем немного выступает над водой, и опрокинуть его — все равно, что перевернуть матрас, лежащий на полу.
Когда морская волна приближается к берегу, где глубина постепенно уменьшается, нижняя ее часть тормозится о дно. При этом волна поднимается вверх, и обрушения появляются даже на самых скромных волнах. Верхняя ее часть обрушивается на берег и тут же уходит назад по дну, продолжая свое круговое движение. Поэтому так сложно выйти на берег даже при легком волнении.
Волны у берега могут обретать разрушительную силу.
У крутых скалистых берегов волна не тормозится постепенно о дно, а сразу обрушивает на берег всю свою мощь. Поэтому, вероятно, волны у берега так и называются — прибой.
Если поверхность озера может быть гладкой, то океан покрыт волнами почти постоянно. Дело в том, что в огромном океане всегда есть место, где образуются ветровые волны. И редко отыщется суша, способная эти волны остановить. Самые высокие ветровые волны на планете бывают в 40-50-х широтах Южного полушария. Там дуют постоянные западные ветры и почти нет суши, тормозящей волны.
Такой шторм вызывают ветровые волны (фрагмент картины И.К. Айвазовского «Волна»).
Землетрясение или извержение вулкана колеблет морскую гладь не так часто, как ветер, но несравненно сильнее. Иногда при этом возникают мощные волны, распространяющиеся со скоростью сотен метров в секунду. Они могут обежать Тихий океан, а иногда и всю Землю вокруг, прежде чем начнут затухать. Называются они цунами. Высота цунами в открытом океане всего 1-2 м. Зато длина волны (расстояние между гребнями) велика. Поэтому получается, что каждая волна несет в себе огромную массу воды, движущейся с колоссальной скоростью. Когда такая волна приближается к берегу, она вырастает порой до 50 м. Мало что может устоять против цунами на берегу. Человечество до сих пор не придумало ничего лучше, чем эвакуировать жителей прибрежных районов в глубь материка.
Элементы морских волн , возникающих под действием ветра в океанах и морях, зависят не только от силы ветра, но и от продолжительности его действия, длины разгона и рельефа дна. Поэтому ветер одной и той же силы при различных конкретных условиях может вызывать различные волны. Наблюдаемые максимальные высоты волн в океанах значительно больше, чем в морях.
Ветровые волны высотой около 18 м наблюдались в Атлантическом океане при ветре 10-11 баллов и около 21 м при ветре 12 баллов.
Высоту волны 21 м наблюдали в Тихом океане во время продолжительного шторма ураганной силы.
В антарктических водах с дизель-электрохода «Обь» в 1958 году была измерена инструментально высота волны 24.5 м.
Наибольшая по высоте ветровая волна - 34 м была зафиксирована в Тихом океане.
Но такие высокие ветровые волны встречаются довольно редко. Так, для возникновения волны высотой 23 м необходимо, чтобы ветер со скоростью не менее 27 м/сек действовал, не меняя существенно своей скорости и направления, в течение 2-х суток на расстоянии 1200 морских миль (2200 км).
Решающее влияние на бурность моря оказывают:
ограниченность акватории и степень расчлененности моря на отдельные бассейны, что препятствует росту и распространению ветровых волн;
рельеф дна;
возможность проникновения в данное море волн из соседних морей или океанов;
развитие в море ледяного покрова;
интенсивность, устойчивость и направление штормовых ветров, что связано с характером циклонической деятельности над морем.
Повторяемость волн высотой 6 м и более составляет 17-20% в наиболее бурных, штормовых акваториях океанов. В тропических зонах повторяемость таких волн не более 3-5%. На морях волны высотой 6 м и более встречаются достаточно редко. Но в Северном, Норвежском, Беринговом, Охотском морях средняя многолетняя повторяемость волн высотой 6 м и более составляет около 8%.
Наибольшая наблюденная высота ветровых волн в Черном море составляла 9 м.
Особо выделяется акватория Южного океана. Южнее 40 о ю.ш. повторяемость волн высотой более 3 м во все сезоны года не меньше 40%. Это известные «ревущие сороковые» широты .
Максимальные штормовые волны могут достигать длины около 400 м и, следовательно, распространяться до значительных глубин. Если принять в соответствии с трохоидальной теорией волн, что высота волны с глубиной уменьшается по экспоненциальному закону, нетрудно вычислить, что при высоте волны на поверхности 15 м на глубине 150 м высота волны будет 0.7 м, на глубине 100 м – 1.9 м, а на глубине 30 м – 7 м.
Географическое распределение волн в различных районах Мирового океана по сезонам (месяцам) дается в специальных пособиях.
2. Приливы в Мировом океане
Приливы – это сердцебиение океана, пульс, ощущаемый во всем мире.
Альберт Дефант
немецкий океанограф
2.1. Понятие о приливах
Приливами (приливными колебаниями уровня) в Мировом океане называются динамические и физико-химические процессы в водах морей и океанов, вызванные приливообразующими силами Луны и Солнца.
Приливы наблюдаются не только в водной оболочке Земли. Установлены приливные деформации твердого тела Земли и приливные колебания атмосферного давления. Действие приливов сказывается в изменениях некоторых характеристик высоких слоев атмосферы и глубинных слоев океанов. С приливами в атмосфере и гидросфере связаны также электромагнитные явления.
История приливов начинается на самой ранней стадии развития Вселенной. Поскольку взаимное притяжение тел в пространстве - закон Вселенной, то приливы, должно быть, действовали на других планетах еще до того, как образовалась Земля, потому что приливообразующие силы возникли уже тогда в скоплениях звезд.
На Земле приливы существовали задолго до того, как появились океаны. И даже до того, как образовалась Луна, которая отчасти управляет ими. Притяжение Солнца порождало огромные приливы на поверхности Земли еще в те времена, когда она представляла собой расплавленную массу. Согласно одной из теорий даже образование Луны связывается с отрывом от Земли в результате сильного прилива части расплавленной массы.
В начале своего космического путешествия Луна была намного ближе к Земле, чем теперь. И в то время, когда земные испарения, сконденсировавшись во влагу, образовали океаны, приливы, порождаемые Луной, достигали огромной высоты. Они обрушивались на острова - континенты, меняя их очертания и вымывая из твердых земных пород соль и другие химические вещества, которые теперь содержатся в морской воде.
По мере того как Луна отдалялась от Земли, приливы слабели и, наконец, стали такими, какими мы наблюдаем их сегодня. Но и теперь они испытывают заметные колебания. Каждые несколько столетий расположение Луны, Земли и Солнца относительно друг друга повторяется, что обуславливает длительные приливные циклы: около 550 года н. э. приливы были минимальны, в 1400 году они достигли максимума, а следующий минимум ожидается примерно в 2400 году.
В наши дни, по мере того как Луна неуклонно отдаляется от Земли, приливы продолжают незаметно ослабевать. Одновременно приливное трение замедляет вращение Земли, вследствие чего с каждым столетием земные сутки удлиняются на доли секунды. Так будет продолжаться и дальше, и через многие миллионы лет лунные приливы исчезнут вовсе.
Кроме космических сил притяжения между Землей, Луной и Солнцем существенное влияние на величину и характер приливов оказывают физико-географические условия моря или океана, очертания берегов, размеры, глубины, наличие островов и т.д. Если бы океан покрывал Землю сплошь слоем одинаковой глубины, приливы на одной и той же широте были бы одинаковыми и зависели бы только от приливообразующих сил Луны и Солнца. Однако приливные колебания уровня на одной и той же широте меняются в весьма широких пределах. В одних районах, как, например, в заливе Фанди (Канада), приливные колебания уровня достигают 16 м, по расчетным - 18 м, а в других - Балтийском море, расположенном на той же широте, они практически отсутствуют.
Приливные явления представляют собой волновое движение. Под действием периодической приливообразующей силы в океане возникает сложная волна, имеющая период, соответствующий периоду силы, но отличную от нее амплитуду и фазу. Частицы воды в приливной волне движутся по орбитам, имеющим форму эллипса, с осью очень сильно вытянутой по горизонтали. Движение частиц по их орбитам наблюдатель воспринимает как периодические колебания уровня и течений.
В отличие от других видов волн в Мировом океане, приливные волны являются регулярными и выражены чрезвычайно ярко. В прибрежных районах приливные колебания в 5-6 м - не редкость. Вблизи берегов наблюдаются также сильные приливные течения. В узкостях они достигают скорости 5-10 и даже 12 миль в час. С удалением от берегов приливные колебания уровня и течения уменьшаются. Независимо от этого, они все же оказывают существенное влияние на состояние вод всего Мирового океана, так как длинные приливные волны охватывают всю водную толщу.
От чего зависит высота волны ? Высота волны зависит от силы, длительности и длины разбега ветра. Чем больше разбег ветра, тем она выше. Как правило, волны не превышают четырех метров. На участках, где часто бывают ураганы, они могут достигать 25-метровой высоты: такие волны можно увидеть между Новой Зеландией, мысом Горн (крайняя точка Южной Америки) и Антарктидой (южным полярным континентом).
Что происходит с предметами на волнах ? Плавающий предмет (например, мяч) «танцует» на волнах, то есть движется вверх и вниз, оставаясь на месте. Это происходит потому, что волна движется по кругу — вверх, вперед, вниз и снова назад. Такие же движения выполняет и предмет: он остается на месте, так как по поверхности воды передвигаются только волны, а сама она при этом неподвижна.
Что происходит когда «встречаются» волны ? Движение волн образует ряды гребней и подошв. Волны разных гребней пересекаются. Если гребень одной набегает на гребень второй, они накладываются друг на друга и высота волны увеличивается почти вдвое. Если же гребень набегает на подошву волны, то, соответственно, она уменьшается.
Что такое зыбь ? После шторма ветер стихает, но разбушевавшееся море не сразу становится гладким. Короткие и крутые волны перекатываются через длинные и плавные с круглыми гребнями. Такие ветровые волны называют зыбью. Она может стоять на море после шторма на протяжении нескольких дней, даже недель, и распространяться на морские просторы далеко от места возникновения.
Как быстро распространяется морская зыбь ? Длина волны морской зыби — от 250 до 900 метров. В открытом море она распространяется со скоростью 70 километров в час и более и может, не ослабевая, преодолевать огромные расстояния. Пассажиров корабля удивляет зрелище, когда в безветренных морских зонах внезапно возникает зыбь.
Что такое прибой ? Когда волны достигают мелководных участков, они притормаживают о морское дно, становятся короче, но при этом круче и выше. Наконец они разбиваются о пляж. Этот набег морских волн на мель называют прибоем. Особенно мощные прибойные волны там, где на берег набегают штормовые ветровые волны.
Какие существуют прибои ? Прибои бывают двух видов: в одном случае волны разбиваются о пляж, а в другом — о скалы. Пляжные прибои возникают на мелководных побережьях, скалистые прибои — когда волны разбиваются о скалистые берега. Воды пляжного прибоя омывают берега, а волны скалистого откалывают куски камней от скал, в результате чего в них образуются пещеры. Называются они гротами.
Почему возникает береговая эрозия ? Береговой эрозией называется разрушение почвы, которое со временем приводит к изменению побережья. Такие изменения вызывает в первую очередь морской прибой. Поскольку крутые берега состоят из мягких осадочных отложений (седиментов), морские прибои особенно сильно их разрушают. Учёные называют береговую эрозию абразией.
Что такое волнение моря ? Движение волн, вызванное ветром, называется волнением моря. Речь идет о ветровых волнах, зыби и прибое. Ветровые волны не приходят с других участков морей, а возникают при непосредственном воздействии ветра на поверхность воды. Волнение моря зависит прежде всего от силы ветра.
Что такое сила ветра ? Ветра обладают сильным воздействием на море, его волны и течения. Большое значение имеет при этом сила ветра — так называется его скорость, для определения которой используют шкалу Бофорта. Эту двенадцатибальную шкалу в 1806 году создал британский адмирал Фрэнсис Бофорт (1774-1854). Согласно ей 0 обозначает штиль, 12 — ураган.
Что такое морская пена ? Морская пена возникает, когда разбивается волна. Брызги, которые сильный ветер сдувает с гребня волны, тоже называют морской пеной. Пена возникает и при падении волн, когда рассеивается вода.
Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называются волнами. Волновой процесс не сопровождается переносом массы, а лишь переносом энергии. То есть, колеблющиеся вертикально частицы воды не перемещаются горизонтально, происходит лишь изменение их энергии
Волны бывают различными - на поверхности жидкости, звуковыми, электромагнитными. Но сейчас мы сосредоточимся на волнах, возникающих на морских просторах. Как явствует из определения, волны возникают, когда некие образовавшиеся колебания начинают распространяться в пространстве. А чтобы эти самые колебания возникли, необходимо действие внешней силы. В зависимости от того, какая внешняя сила является причиной возникновения колебаний (а значит и волн), различают волны трения, барические волны, сейсмические, стоячие и приливные.
К волнам трения относят ветровые волны и внутренние. Ветровые волны возникают на границе воздух - вода. Когда дует ветер , слои воздуха периодически воздействуют на поверхность воды и вызывают ее колебания. Колебания распространяются в пространстве и по морю бегут волны. Обычно их высота не более четырех метров, но в случае штормовых ветров возрастает до пятнадцати метров и выше. Наибольшей высоты волны могут достигать в полосе западных ветров Южного полушария - до 25 метров.
Появлению волн на поверхности моря предшествует рябь. Она возникает при скорости ветра менее одного метра в секунду. С увеличением скорости возрастает величина волн. Высокие и крутые ветровые волны носят образное имя толчея. Когда ветер стихает, волнение еще какое- то время продолжается по инерции, в этом случае говорят, что на море зыбь. Волна, бегущая по мелководью на берег, называется прибоем. В этот процесс вовлекаются значительные массы воды, даже когда высота волны не очень велика. При выходе ее на прибрежное мелководье, частицы воды из- за большого значения энергии, начинают двигаться по горизонтали, взад и вперед, неся с собой камни и песок. Каждый, кто купался в море, знает как бьют эти камешки по ногам. Достаточно сильный прибой в состоянии тащить огромные валуны.
Внутренние волны
Внутренние волны (подводные) возникают под поверхностью моря, на границе двух слоев воды с различными свойствами. Капитан Немо был не совсем точен и слишком идеализировал океан , когда утверждал, что внутри него царит покой. Водная толща океана неоднородна, она состоит из разных слоев. Физические характеристики их (температура, соленость, плотность) меняются от слоя к слою неравномерно, на границе между ними и образуются внутренние волны. Впервые они были обнаружены норвежским полярным исследователем, доктором зоологии, основателем физической океанографии Фритьофом Ведель- Ярлсбергом Нансеном (1861 - 1930 г.г.). Во время плавания на судне "Фрам" на Северный Полюс, Нансен наблюдал в Северном Ледовитом океане периодические изменения температуры и солености морской воды на одной и той же глубине.
Подобные волны могут возникать вблизи устьев рек, в проливах с двухслойными течениями, у кромки тающих льдов. Высота внутренних волн может в десятки раз превышать высоту волн на поверхности, но по скорости они уступают поверхностным. Эти волны несут опасность подводным лодкам, размывают портовые сооружения (волнорезы, дебаркадеры, причалы), способны рассеивать звуковые волны. Такие волны хорошо видны со спутника (на фото). Обычно они невелики, но в проливе Лусон, между Филиппинами и Тайванем, достигают 170 метров в высоту. Это объясняется особенностями водных потоков и рельефом дна.
Барические волны возникают из- за быстрой смены атмосферного давления в местах прохождения циклонов. Это одиночные волны, способные пройти сотни, а то и тысячи километров от места своего возникновения и неожиданно броситься на берег, смывая все на своем пути. Так в сентябре 1935 года барическая волна высотой девять метров обрушилась на берег Флориды и унесла 400 человеческих жизней. Образование таких волн не редкость на побережьях Индии, Китая, Японии.
Сейсмические волны возникают в результате активных процессов в недрах Земли - землетрясений, извержений подводных вулканов, образования трещин и разломов в земной коре на океаническом дне. В результате образуются специфические волны, невысокие в открытом океане и вырастающие до колоссальных размеров при приближении к берегу - цунами . Обычно предвестником появления такой аномальной волны является резкое отступление моря на несколько километров от берега. Это сигнал опасности - море вернется в виде безумствующего пенящегося чудовища, несущего смерть и разрушения. Впрочем, о a href="/tcunami">цунами на нашем сайте есть отдельная статья и мы будем рады, если Вы обратитесь к ней.
Приливные волны
В результате действия гравитационных сил на водную оболочку Земли со стороны Солнца и Луны образуются приливные волны. Эти волны чаще всего невелики, в открытом океане их высота до двух метров. У берега она возрастает. Максимальной величины высота прилива достигает на Атлантическом побережье Северной Америки - до 18 метров. В нашем Охотском море - почти 13 метров. Самое сильное воздействие наблюдается в новолуние и полнолуние, когда складываются гравитационные притяжения Солнца и Луны. В это время приливы становятся максимально высокими, а отливы - низкими.
Во внутренних морях приливная волна и вовсе незначительна, так на Балтике у Санкт- Петербурга ее высота составляет пять сантиметров. А вот в некоторых реках движение ее представляет собой замечательную картину. Например, в Амазонке (на фото), когда приливная волна движется против течения и ее высота достигает пяти метров. Это явление ощущается на расстоянии 1400 километров от устья.
Стоячие волны (сейши) появляются как результат интерференции (сложения) волн, возникающих под действием внешних сил (ветровых, барических) и волн, отраженных от уступов берега или подводных препятствий достаточной протяженности.
Сейши
Такие волны вырастают в высоту, чередуя гребень с впадиной и остаются на месте, поднимаясь и опускаясь. Их легко смоделировать в ванне, если совершать вертикальные колебательные движения на поверхности воды, например, периодически опуская в воду крышку от сливного отверстия ванны. Через некоторое время установятся правильно распределенные во времени и пространстве остроконечные валы, стоящие на одном месте. Это и есть объект наших исследований.
Сейши возникают в неожиданных местах, где, казалось бы, нет отраженных волн, так как препятствия не видны, они находятся под поверхностью воды. Они могут быть причиной гибели морских судов. В частности, такая версия существует для района таинственного и ужасного Бермудского треугольника, как одно из возможных объяснений исчезновения кораблей. Это место вообще считается сложным для судоходства в связи с различными факторами - наличие мелководных выступов, слияние нескольких морских течений с разной температурой воды, сложным рельефом дна. Здесь континентальный шельф сперва постепенно углубляется, а затем внезапно уходит на приличную глубину. Подводная топография региона оказывает влияние на образование стоячей волны. Она возникает при ясной безветренной погоде и поэтому коварна вдвойне. Современное многотонное судно, поднятое такой волной, расколется на части под действием собственной силы тяжести и исчезнет с поверхности в считанные минуты.
Морские волны - одно из завораживающих природных явлений. Их бесконечное разнообразие и вечное движение успокаивает, заряжает энергией. Недаром еще народам древних цивилизаций были известны целительные свойства талассотерапии (морелечения). Солевой состав крови человека близок к составу морской воды, эта стихия родственна нам, а в шуршании прибоя о берег чудится биение большого и доброго сердца.
Друзья! Мы потратили много сил на создание проекта. При копировании материала, пожалуйста, ставьте ссылку на оригинал!
Загрузка...
