Океаническое течение — ocean current

Волны в океане

Волны — колебания поверхности воды под влиянием различных сил.

Волны на море есть всегда. Очень редко возникает явление «зеркального моря», когда поверхность воды становится идеально ровной, как зеркало. Не так уж много моряков могут похвастаться тем, что они видели «зеркальное море». Чаще они рассказывают о волнах и штормах.

Существует много видов волн. Мы рассмотрим только некоторые.

Ветровые волны. Главная причина возникновения волн — ветер. Чек сильнее ветер — тем выше волны. В открытом океане даже при слабом ветре высота волн составляет 1 — 2 м. Во время штормов по океану гуляют волны высотой 6—8 м (рис. 51). А во время чрезвычайно сильных ураганов были зафиксированы волны высотой около 30 м!

При приближении к берегу волны опрокидываются. Так возникает прибой. Разрушительная сила волн прибоя так велика, что для защиты портовых сооружений, причалов, приморских набережных строят и камня или бетона мощные волноломы.

Сейсмические волны. Подводные землетрясения и извержения подводных вулканов вызывают колебания дна океана и приводят к возникновению сейсмических волн. Как круги по воде, они расходятся во все стороны от эпицентра. Такие сейсмические волны называют цунами.

Хотя «цунами» — японское слово, именно так называют сейсмические волны, в каких бы морях и океанах они ни возникали. Пока цунами движется отточки своего зарождения к берегу, оно почти не заметно: в открытом море высота этой волны составляет всего 1 м. Но чем ближе подходит волна к берегу, тем выше она становится. Высота цунами зависит от многих факторов и колеблется от 6 до 30 м

Есть свидетельства очевидцев и о цунами высотой в 100 м! Однако к таким рассказам нужно относиться с осторожностью. Цунами — это страшное зрелище, и нельзя требовать от человека, чтобы он реально оценивал обстановку и высоту волны

Обрушиваясь на берег, цунами вызывает катастрофические разрушения, уносит человеческие жизни, причиняет многомиллионные убытки. Об одной такой трагедии, которая произошла в конце 2004 г., мы уже вспоминали на одном из предыдущих уроков.

Можно ли защититься от цунами? Можно. Для этого строятся сложные сооружения, которые разбивают волну, гасят ее энергию. Однако таким образом невозможно защитить берега всех океанов. Другим способом защиты является оповещение жителей прибрежных районов о приближении волны (рис. 52.). Как только произошло подводное землетрясение, определяется местоположение его эпицентра. После этого можно определить участки побережья, которым угрожает цунами. Скорость движения волны в среднем 800 км/ч. Это значит, что при своевременном оповещении у людей есть не много времени, чтобы укрыться в безопасных районах. Беда в том, что далеко не во всех странах такая система оповещения существует.

Теплые и холодные течения

Мировой океан живет по своим законам, которые на сегодняшний
день изучены достаточно слабо. Одной из тайн, которую приоткрыла гидросфера
человечеству – это то, что вода в океане перемещается согласно течениям.

Классификация морских течений зависит от многих факторов,
ученые различают:

• периодические;
• постоянные;
• неправильные;
• поверхностные;
• подводные;
• теплые;
• холодные;
• ветровые;
• плотностные течения.

Существует два направления всех видов перечисленных течений:
на запад или восток – их называют зональными или на север, или юг – по
меридианам земного шара, поэтому им присвоили название меридиональных. Осевое
вращение земли также влияет на отклонение потоков в мировом океане: в северном
полушарии течения сдвигаются вправо, а в южном – влево.

Схема поверхностных течений вод мирового океана состоит из
тысяч крупных и мелких потоков, которые образуют на поверхности пять кругов. При
движении от экватора к полюсам поверхностные воды мирового океана переносят в
холодные широты тепло, которое впитала вода в океане или море и, наоборот,
несут прохладу потоков из приполярных областей в южные. Таким образом
становится понятно, как влияет на климат поверхность материков и океанов:
теплые течения способствуют увлажнению воздуха, а холодные – его сухости.

С помощью течений в мировом океане происходит своеобразная
регулировка климатических явлений. Теплые течения чаще всего направляются в
холодные районы, а холодные в – более прогретые, чтобы уравновесить
температурный режим планеты. Теперь с уверенностью можно сказать, какие виды
движения воды в океане вам известны и как влияет на климат поверхность
материков и океанов.

Свойства вод Мирового океана

Океан справедливо принято считать главнейшим аккумулятором тепла на Земле. Его средняя температура равна 17 градусам тепла по Цельсию.

Вся толща воды нагревается Солнцем намного медленнее поверхности суши и очень неравномерно. Сперва тепло накапливается в верхних слоях воды, и лишь затем намного более медленно проникает к самому дну. Многие испробовали это на себе. Так, плавая жарким летним днём в водоёме – озере, реке или даже море (особенно в море) – легко ощутить разницу в температуре у поверхности и у дна. И если наверху вода может оказаться очень тёплой, то ноги вполне могут занеметь от холода. Это объясняется тем, что вода и большинство водных растворов солей крайне плохо проводят тепло. Данное общее свойство работает и для вод Мирового океана, которые, как отмечалось выше, представляют собой раствор многих солей.

Таким образом, поскольку тепло отдаётся водой довольно медленно, то обогрев той части планеты, которая находится вне досягаемости солнечных лучей (иными словами, как раз та, где в некоторый момент времени ночь), происходит именно за счёт накопленного океаном тепла.

Ещё одним интересным свойством является температура замерзания океанских вод. Всем давно известен и привычен тот факт, что вода в нормальных условиях замерзает при 0 градусов по Цельсию. Но для морской воды это несколько иначе. Дело в том, что тем больше вещества присутствует в растворе и чем меньше в нём доля растворителя, тем сильнее понижается температура замерзания субстанции. Что это значит? Океаническая вода замерзает при более низкой температуре, которая в среднем составляет приблизительно 4 градуса мороза по Цельсию.

На количестве растворённой соли (то есть, на солёности – о ней речь пойдёт немного ниже) базируется ещё одно свойство вод Мирового океана. Показатели плотности и солёности вод прямо пропорциональны друг другу: чем выше концентрация соли, тем выше плотность раствора, то есть, как было условлено раньше, воды. Таким образом, плотность разнится от региона к региону.

Общеизвестно, что в северных широтах на поверхности океанов могут образовываться айсберги. Их плотность намного меньше, чем плотность воды, и именно поэтому они как бы дрейфуют по ней.

Причины

Батиметрия на плато Кергелен в Южном океане регулирует ход Кергелен глубокой западной границе течения , части глобальной сети океанических течений.

Динамика океана определяет и описывает движение воды в океанах. Поля температуры и движения океана можно разделить на три отдельных слоя: смешанный (поверхностный) слой, верхний слой океана (выше термоклина) и глубинный океан. Океанские течения измеряются в sverdrup (sv) , где 1 sv эквивалентен объемному расходу 1 000 000 м 3 (35 000 000 куб. Футов) в секунду.

Поверхностные течения, которые составляют только 8% всей воды в океане, обычно ограничиваются верхним слоем воды океана 400 м (1300 футов) и отделены от нижних областей за счет изменения температуры и солености, которые влияют на плотность воды , который, в свою очередь, определяет каждый океанический регион. Поскольку движение глубокой воды в океанских бассейнах вызывается силами, зависящими от плотности, и гравитацией, глубокие воды опускаются в глубокие океанические бассейны в высоких широтах, где температуры достаточно низкие, чтобы вызвать увеличение плотности.

Циркуляция, приводимая в движение ветром

Поверхностные океанические течения вызываются ветровыми течениями, преобладающие крупномасштабные ветры вызывают основные устойчивые океанические течения, а сезонные или случайные ветры вызывают течения, имеющие такую ​​же постоянство, что и ветры, которые их двигают, и эффект Кориолиса играет важную роль в их развитии. Распределение скорости по спирали Экмана приводит к тому, что течения, текущие под углом к ​​движущемуся ветру, образуют типичные спирали по часовой стрелке в северном полушарии и вращение против часовой стрелки в южном полушарии . Кроме того, области поверхностных океанских течений несколько меняются в зависимости от времени года ; это наиболее заметно в экваториальных течениях.

Глубоководные океанические бассейны обычно имеют несимметричное поверхностное течение, т. Е. Проточная ветвь восточного экватора широкая и диффузная, тогда как западное пограничное течение, протекающее в направлении полюса, относительно узкое.

Термохалинное кровообращение

Глубокие океанические течения обусловлены градиентами плотности и температуры. Эта термохалинная циркуляция также известна как конвейерная лента океана. Эти течения, иногда называемые подводными реками, текут глубоко под поверхностью океана и скрыты от немедленного обнаружения. Там, где наблюдается значительное вертикальное движение океанских течений, это называется апвеллингом и даунвеллингом . В настоящее время глубоководные океанические течения исследуются с помощью флота подводных роботов под названием Арго .

Термохалинная циркуляция является частью крупномасштабной циркуляции океана, которая вызвана глобальными градиентами плотности, создаваемыми поверхностным теплом и потоками пресной воды . Прилагательное термохалин происходит от термо- относящегося к температуре и -халинного, относящегося к содержанию соли , факторов, которые вместе определяют . Поверхностные течения, вызываемые ветром (такие как Гольфстрим ), движутся к полюсам от экваториальной части Атлантического океана , охлаждают по пути и в конечном итоге опускаются в высоких широтах (образуя глубокие воды Северной Атлантики ). Затем эта плотная вода стекает в бассейны океана . Хотя основная его часть поднимается вверх в Южном океане , самые старые воды (с временем прохождения около 1000 лет) поднимаются вверх в северной части Тихого океана. Таким образом, между океанскими бассейнами происходит интенсивное перемешивание, уменьшая различия между ними и делая океаны Земли глобальной системой. В своем путешествии водные массы переносят по земному шару как энергию (в виде тепла), так и материю (твердые, растворенные вещества и газы). Таким образом, состояние циркуляции оказывает большое влияние на климат Земли. Термохалинную циркуляцию иногда называют океанской конвейерной лентой, великим океанским конвейером или глобальной конвейерной лентой. Иногда его неточно используют для обозначения меридиональной циркуляции опрокидывания, MOC .

Объединив данные, собранные НАСА / Лабораторией реактивного движения с помощью нескольких различных спутниковых датчиков, исследователи смогли «прорваться» через поверхность океана, чтобы обнаружить «медиков» — сверхсоленые водовороты в теплой воде, которые берут начало в Средиземном море, а затем тонут еще больше. чем в полумиле под водой в Атлантическом океане. Медди показаны красным на этом научном рисунке.

Измеритель тока записи

Причины образования течений в Мировом океане

Океанические (и морские) течения – перемещение водной массы, провоцируемое воздействием различных факторов. Средняя скорость потоков составляет 10 м/с, глубина распространения – до 300 м.

Причинами океанических течений являются следующие факторы:

• осевое вращение планеты;
• движение воздушных масс (на глубинные потоки ветер не влияет);
• гравитационная сила, связывающая планету со спутником;
• рельефные формы морского дна;
• контуры континентов;
• температурные и солевые показатели воды.

Морские течения появляются по тем же причинам, что и океанические. Но меньшее пространство акватории и меньшая глубина сокращают масштабность движения потоков воды, иногда придают им своеобразный характер. Так, в Черном и Средиземном море образуются круговые потоки, спровоцированные силой вращения Земли. В Белом море наблюдаются выраженные приливные и отливные процессы.

Самое холодное мощное течение – Западных Ветров, движущееся вокруг Антарктиды. Фактор его формирования – постоянные ветры, направленные на восток, захватывающие значительные территории от умеренного пояса до берегов покрытого льдами континента. Ширина потока достигает 2,5 тысяч км, глубина – 1 км. Ежесекундно смещается около 200 млн. тонн воды. Высокая скорость и большая глубина обусловлены отсутствием преград на пути водной массы.

Гольфстрим из космоса

Самое теплое сильное течение – Гольфстрим, начинающееся в Мексиканском заливе, несущее теплую воду из тропиков в холодные широты Атлантики. Существованием Гольфстрима обусловлен мягкий умеренный климат Европы. Ежесекундно поток несет почти 80 млн. тонн воды.

Направления ветра

Серферы встают на заре, чтобы покататься при безветрии по гладкой воде – это идеальная обстановка.

Качество волн зависит от прибрежного ветра, одни из самых качественных — здесь →.

1. Onshore – ветер, дующий на берег с океана.

Он «сдувает» гребни, дробит волны, в результате они становятся бугорчатыми; не дает им «вставать».

Оншор заставляет волны закрываться раньше времени. Это худший для серфинга ветер, он может разрушить все катание.

Опасно, когда направления ветра и свелла совпадают.

Offshore – ветер с берега в сторону океана.

Если он не налетает порывами, то придает волнам правильную форму, «поднимает» их и отодвигает момент обрушения.

Это ветер, идеальный для серфинга.

Crossshore – ветер вдоль берега.

Он не улучшает, а иногда сильно портит волновой фронт.

Сейсмические сигналы

Волны океанской воды генерируют наземные сейсмические волны, которые распространяются на сотни километров вглубь суши. Эти сейсмические сигналы обычно имеют период 6 ± 2 секунды. О таких записях впервые сообщили и поняли примерно в 1900 году.

Есть два типа сейсмических «океанских волн». Первичные волны генерируются на мелководье в результате прямого взаимодействия водной волны с сушей и имеют тот же период, что и водные волны (от 10 до 16 секунд). Более мощные вторичные волны генерируются суперпозицией океанских волн равного периода, движущихся в противоположных направлениях, таким образом, генерируя стоячие гравитационные волны — с соответствующими колебаниями давления на половине периода, которые не уменьшаются с глубиной. Теория генерации микросейсм стоячими волнами была предложена Майклом Лонге-Хиггинсом в 1950 году, после того как в 1941 году Пьер Бернар предложил эту связь со стоячими волнами на основе наблюдений.

Теории происхождения Мирового океана

Принято считать, что происхождение океанической воды глубинное. Согласно этой теории, она была образована во время дифференцировки первичного вещества Земли. Ныне она представляет собой раствор неорганических солей, концентрация которого сильно варьируется от региона к региону и зависит от множества внешних факторов. Этот раствор поступает к мантии планеты во время извержения вулканов по областям глубинных разломов.

Колебания уровня океанов на протяжении миллионов лет находились в зависимости от движений тектонических плит, изменениям глубины и объёма впадин, образованием и таянием на материках гигантских ледяных покровов. Для ранних периодов истории планеты хронология изменений уровня Мирового океана выяснена ещё не полностью, но последний миллион лет наивысший и самый низкий уровни воды океана имеют довольно точную датировку.

Наука, к сожалению, ещё достаточно далека от разгадки величайшей тайны в истории – тайны появления жизни. Но тщательное изучение истории Мирового океана способно пролить свет на некоторые аспекты данной проблемы. Уже полученные данные помогают в решении самых сложных задач, которые также входят в вопрос о зарождении всего  живого. Так, например, выяснена и детально изучена роль океанов в процессах биологической эволюции. Учёные весьма убедительно продемонстрировали, что зародившаяся жизнь с океанскими водами была тесно взаимосвязана: она не только зависела от них, но и стала мощным преобразователем всей Земли, поскольку из-за жизнедеятельности уже существовавших водных организмов значительно менялся качественный и количественный состав всей гидросферы.

Самые крупные споры возникают при обсуждении образования и формирования дна океана. В отношении данной проблемы разработано несколько интересных концепций. С течением времени они несколько видоизменяются, поскольку с результатами всё новых исследований приходят свежие данные о том или ином аспекте каждой, а также отпадают нежизнеспособные теории.

Так, к примеру, гипотеза о формировании рельефа дна Тихого океана в результате отрыва от Земли ещё части, которая в дальнейшем превратилась в Луну, была опровергнута. Современные представления об этом, как правило, основываются на информации об особенностях движения земной коры под океанами и распределении геофизических полей.

Морские геологи достигли невероятных успехов в изучении слоёв осадочных пород на дне, а также физический и географических условий, в которых эти слои образовывались. Дня некоторых периодов удалось просчитать температуры Мирового океана в разных его регионах, солёность воды, её циркуляцию. Стало возможным представить общую схему развития основной части гидросферы на протяжении практически всего её существования, Постепенно становятся известными многие занятные подробности, которые способствуют восполнению пробелов в знаниях об истории великого земного океана.

Цунами

Особый вид представляют собой волны, возникающие на море при перемене атмосферного давления. Они называются
сейши и микросейши. Их изучением занимается океанология.

✦ Итак, мы поговорили и о коротких, и о длинных волнах на море, как о поверхностных, так и внутренних. А теперь вспомним, что в океане возникают
длинные волны не только от ветров и циклонов, но и от процессов, протекающих в земной коре и даже в более глубоких районах «нутра» нашей планеты. Длина таких
волн многократно превосходит самые длинные волны океанской зыби. Эти волны называются цунами. По высоте волны цунами не намного превосходят большие штормовые
волны, но длина их достигает сотен километров. Японское слово «цунами» означает в приблизительном
переводе «портовая волна» или «прибрежная волна». В какой-то мере это название передаёт суть явления. Дело в том, что в открытом океане цунами не
представляет никакой опасности. На достаточном удалении от берегов цунами не буйствует, не производит разрушений, её невозможно даже заметить или ощутить.
Все беды от цунами происходят на берегу, в портах и гаванях.

Возникает цунами чаще всего от землетрясений, вызванных перемещением тектонических плит земной коры, а также от сильных извержений вулканов.

Классификация течений

Океанические течения классифицируются по:

• глубине прохождения в толще воды;
• температурным показателям;
• длительности существования;
• факторам возникновения;
• направлению;
• характеру потока.

По температурным показателям выделяются:

• холодные (холоднее окружающей водной массы);
• теплые (теплее);
• нейтральные (поток не отличается от окружающей воды).

По направлению выделяют виды:

• зональные (устремленные в восточно-западном направлении);
• меридиональные (в юго-северном).

По длительности существования:

• устойчивые (сила и направление не меняются во времени);
• неустойчивые (сила и направление меняются);
• случайные (появляются однократно под влиянием кратковременного фактора).

По вызывающим факторам:

1. Плотностные. Более соленая и плотная вода стремится в область, где соленость ниже.
2. Сточные. Вода устремляется из зоны с высоким уровнем в зону с низким, формирует на побережье мягкие климатические условия.
3. Компенсационные. Вода возвращается в зону с низким уровнем, формирует на побережье засушливый климат.
4. Дрейфовые. Появляющиеся под влиянием постоянно существующей массы воздуха.
5. Ветровые. Формирующиеся под влиянием периодической воздушной массы.
6. Приливные и отливные. Образуемые силой притяжения спутника.

Приливное течение

По характеру потока:

• прямые;
• искривляющиеся;
• циклональные;
• антициклональные.

По нахождению под океанической поверхностью:

• поверхностные;
• глубинные.

Ученые долго полагали, что на глубине океанские воды практически неподвижны. Но научные исследования, проводимые при помощи подводных аппаратов, помогли установить наличие слабых и мощных глубинных течений, располагающихся под поверхностными.

Подводные течения не зависят от перемещения воздушных масс, а обуславливаются температурными и химическими различиями между водными массами. Холодная и соленая вода, столкнувшись с теплой и неплотной, опускается под нее, устремляется к донной поверхности. Образовавшаяся плотная и тяжелая масса движется из холодных в экваториальные широты, где устремляется вверх, становится поверхностной. Формируется глубинно-поверхностный круговорот воды. Поскольку плотный поток движется медленно, круговорот занимает несколько лет.

Куросио, 20-144 км/сутки

Куросио – это теплое течение в Тихом океане, которое течет вдоль берегов Японии. В переводе с японского это название означает «темное» или «черное» течение. Оно несет теплые воды вдоль южного и восточного побережий страны, значительно смягчая климат островов.

Основной объем вод в Японское море не попадает, но несколько ответвлений заходят через Цусимский пролив. Остатки же уходят на север, к Охотскому морю, вливаясь в течение Соя.

Температура и скорость Куросио разная в разных его частях. На севере это примерно 2 км/ч, тогда как на юге скорость движения вод может превышать 6 км/ч. Температура вод зимой составляет 12-18 градусов, летом достигает 28 градусов в южных широтах.

Как же возникают бродячие волны?

Одна из основных версий — столкновение поверхностных потоков постоянных морских течений со встречным ветровым волнением. Подобное явление обычно наблюдается там, где встречаются океаны — у мысов Горн и Доброй Надежды. Неслучайно блуждающие волны часто называют еще и кейпроллерами (от английского caperoller — огибающие мыс). Районы встречи холодных и теплых течений также попадают в зону риска, так что вероятность встречи с волной-убийцей представляется достаточно высокой у полуострова Лабрадор, на подходах к Гвинейскому заливу, к востоку от Японии и у юго-восточного побережья Австралии. 

Но как в этом случае объяснить появление блуждающих водяных гор на относительно закрытых акваториях — например, в Мексиканском заливе, в Северном и Средиземном морях или на Великих озерах?

Приверженцы классической волновой теории предпочитают объяснять этот феномен с помощью механизма интерференции. Суть его состоит в наложении волн, при котором из нескольких сравнительно небольших образуется одна гигантская. Скептики же отмечают, что в таком случае волны-убийцы должны встречаться гораздо реже, чем это происходит на практике и документально подтверждается спутниковыми снимками. Одного лишь линейного сложения размеров и амплитуд для этого недостаточно, а значит речь может идти о своеобразном «энергетическом вампиризме». Сторонники этой версии утверждают, что при определенных внешних условиях морские волны приобретают способность обмениваться кинетической энергией. 

«Волна-вампир» постепенно высасывает энергию из своих соседок, что может привести к резкому (и неожиданному для стороннего наблюдателя) увеличению ее размеров. 

После достижения критической высоты «вампир» мгновенно сбрасывает накопленную энергию, чем и объясняются сразу две особенности блуждающей волны — сила удара и краткий срок ее видимого для человеческого глаза существования.

Еще одна группа исследователей пытается совместить изучение линейных и нелинейных свойств волн с углубленным анализом особенностей окружающей среды. При этом они выделяют следующие необходимые условия, которые с высокой степенью вероятности приводят к формированию бродячей волны:

• Наличие близкой области пониженного давления.
• Резкие изменения направления и скорости ветра.
• Движение волн в пересекающихся направлениях (толчея).
• Топографические особенности берега или подводного рельефа, способствующие изменению направления волн.
• Наличие последовательного ряда из десяти так называемых эффективных волн, высота которых на 20–30% выше средней по району.
• Особая форма гребней волн и ее изменение.

Заметим, что при внимательном рассмотрении все перечисленные «открытия» оказываются обычными факторами риска в штормовом (или предштормовом) море. В большинстве своем они давно известны яхтенным капитанам, но, к сожалению, не добавляют понимания природы бродячей волны.

Состав океанской воды Мирового океана

Контактируя с атмосферой, проходя гидрологический цикл, морская вода обменивается с воздухом содержащимися в нём газами: кислородом, азотом, углекислым газом и другими элементами. В океанической воде обнаружены почти все химические вещества.

Таблица № 2 «Состав морской воды».

Главные ионы (содержатся в наибольшем количестве)	Растворенные газы	Биогенные вещества	Микроэлементы (растворенные вещества)	Растворенные неорганические и органические вещества
хлориды; сульфаты; карбонаты.	кислород; азот; углекислый газ и др.	соединения азота, фосфора, кремния.	цинк; золото; фтор; никель и д. р.	продукты распада отмерших животных и растительных организмов