Природна вода не буває абсолютно чистою. Найбільш чистою є дощова вода, але і вона містить незначні кількості різних домішок, які захоплює з повітря. | Найважливіші властивості природних вод | Хімічні властивості вод океану | Склад розчинених солей (у%) океанічних і річкових вод | Фізичні властивості вод океану | Звичайна прісна вода | Запах, колір і смак води | Характеристика Світового океану. Моря, затоки, протоки | Освіта Світового океану | Рух вод Світового океану |

загрузка...
загрузка...
На головну

Динаміка океанічних вод

  1. Аеродинаміка вентильованого приміщення
  2. Б) Динаміка установок
  3. Вікова динаміка ВКБ.
  4. Вікова динаміка навчання фонетичним, графічним і синтаксичним навичкам письма
  5. Вікова динаміка статичної рефракції
  6. Питання №11. Геополітичне становище Російської Федерації на сучасному етапі: особливості, проблеми, динаміка розвитку.
  7. Питання №16. Історико-конфесійна динаміка Росії

Одна з головних особливостей Світового океану - безперервний рух його вод. Рух вод відбувається не тільки на поверхні, але і в глибинах, аж до придонних шарів; переміщення водних мас спостерігається як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямках. Це забезпечує постійне перемішування води, перерозподіл тепла, солей і газів.

Форми руху в океані дуже різноманітні: хвилі і брижі, течії і припливи, конвективні струми і т. Д.

хвилі

Хвилі представляють собою періодичні коливання частинок води біля положення їх рівноваги (вгору і вниз від середнього рівня).

Хвилювання водної поверхні океанів, морів і озер - окремий випадок ритмічних коливання в природі. При русі однієї рідкої або газової маси за іншою на площині їхнього зіткнення в результаті тертя неминуче виникають хвилі.

Головна причина заворушень на поверхні океану - вітер. При малих швидкостях вітру (близько 0,25 м / с) від тертя повітря воду виникають брижі - система дрібних рівномірних хвиль. Вони з'являються при кожному пориві вітру і миттєво згасають. При посиленні вітру вода відчуває не тільки тертя, але і удари, і при швидкості вітру більше 1,0 м / с встановлюються вітрові хвилі.

Заворушення можуть бути викликані також різкою зміною атмосферного тиску (анемобаріческіе хвилі), землетрусами, виверженнями вулканів (сейсмічні хвилі - цунамі), Приливоутворюючої силами (приливні хвилі). Рухомі суду створюють особливі - корабельні хвилі.

Хвилі, що існують під безпосереднім впливом викликають їх сил, називаються вимушеними (пов'язаними); хвилі, що продовжують існувати деякий час після тога як викликає їх сила припинила дію, - вільними.

За мінливості елементів хвиль в часі виділяють усталені хвилі, які не змінюють своїх елементів, і несталі, що розвиваються або, навпаки, затухаючі, що змінюють свої елементи в часі.

Хвилі, утворені на поверхні і в самому верхньому шарі води, називаються поверхневими на відміну від внутрішніх хвиль, що виникають на деякій глибині і непомітних на поверхні моря.

За переміщенню форми хвилі виділяють хвилі поступальні, видима форма яких переміщається в просторі, і стоячі, видима форма яких в просторі не переміщається. На форму хвилі і швидкість її поширення впливає глибина моря. У зв'язку з цим розрізняють короткі хвилі, у яких довжина хвилі значно менше глибини в місці їх поширення, і довгі, у яких, навпаки, довжина хвилі значно більше глибини моря. Хвилі характеризуються такими елементами:

гребінь - найбільш висока частина хвилі, яка виступає над рівнем вільної поверхні;

улоговина - частина хвилі, що знаходиться нижче рівня спокійної водної поверхні;

підошва - найбільш поглиблена частина улоговини;

схил хвилі - частина хвилі між гребенем і підошвою;

довжина - горизонтальна відстань між гребенями або підошвами двох сусідніх хвиль;

висота - перевищення хвилі над її підошвою;

крутизна - кут між її схилом і горизонтальною площиною;

швидкість просування хвиль характеризується їх швидкістю і періодом.

Швидкість - відстань, пробігає в одиницю часу гребенем хвилі (або будь-який інший точкою її профілю).

Період - проміжок часу, протягом якого кожна точка хвилі переміщується на відстань, рівну її довжині.

Лінія, що проходить уздовж гребеня хвилі і перпендикулярна до напрямку переміщення хвиль, називається фронтом хвилі.

Вітрові хвилі. Правильна хвиля, т. Е. Така, вершина якої не зірвана вітром, має трохоідальную форму.

Однак профіль вітрових хвиль відрізняється від трохоїда, так як частинки води під впливом вітру відчувають не тільки коливальні, а й поступальні рухи. А трохоїда може виникнути лише при відсутності поступального руху. Тому вершини вітрових хвиль загострені, підошви більш тупі, ніж у трохоїда.

Розміри вітрових хвиль знаходяться в прямій залежності від швидкості вітру, тривалості його впливу на водну поверхню, розмірів і глибини водного простору, охопленого вітром. Висота вітрових хвиль зазвичай не перевищує 4 м; рідше утворюються хвилі висотою 8-10 м і більше. Найбільші вітрові хвилі спостерігаються в південній півкулі, де океан безперервний і де західні вітри постійні і сильні. Тут хвилі досягають 25 м висоти, їх довжина становить кілька сотень метрів.

У морях хвилі значно менше, ніж у відкритому океані. Так, в Чорному морі зафіксована максимальна висота хвилі - 12 м.

При сильному вітрі на вершинах хвиль виникають гострі гребені, які, перекидаючись, утворюють пінисті "баранці". Під впливом вітру хвилі ростуть одночасно в висоту і в довжину, при цьому збільшується період і швидкість. Коли швидкості вітру і хвилі порівнюються, хвилі теоретично досягають найбільшої висоти. Насправді вони бувають найбільш високими, коли вітер починає стихати і вже не зриває їх гребенів.

Зі зменшенням швидкості вітру хвилювання починає затухати. Спочатку зникають дрібні, а потім великі хвилі, і залишаються дуже довгі пологі хвилі - штиль. Хвилі зибі розтягуються на сотні метрів (до 850 м) і при незначній висоті (3-4 м) у відкритому океані майже непомітні. Але поширюючись з великою швидкістю, вони обрушуються на береги за тисячі кілометрів від місця свого виникнення. Так як в океані завжди де-небудь виникають вітрові хвилі, океанський прибій майже не припиняється.

З глибиною хвилювання швидко згасає. Діаметр орбіт, по яких рухаються частинки води, на глибині зменшуються, зменшується і висота хвилі. На глибині, що дорівнює довжині хвилі, хвилювання практично припиняється. Висота хвиль прагне до нуля, хоча довжина хвиль, їх швидкість і період з глибиною не змінюються.

При підході до пологого берега хвиля деформується: завдяки гальмуванню підошви хвиля стає більш крутий. Підходячи до берега під кутом, гребені хвиль прагнуть зайняти положення, паралельне берегової лінії. Це пояснюється тим, що та частина фронту хвилі, яка йде ближче до берега і на менших глибинах, рухається повільніше (на мілководді посилюється тертя), а інша частина хвилі, віддалена від берега (на великій глибині), рухається швидше і в кінці кінців наздоганяє першу. В результаті вся система хвиль загинає до берега і рухається перпендикулярно до нього. Розворот фронту хвилі паралельно берегової лінії називається рефракцією хвиль на мілководді. Чим більше швидкість хвиль і чим частіше хвилі, тим менше їх рефракція.

Посилення тертя об дно сповільнює рух частинок води, які знаходяться біля підніжжя, на гребені вони рухаються швидше, і гребінь починає наганяти підошву йде попереду хвилі. Надалі гребінь все більше нахиляється і, нарешті, перекидається і руйнується. На пологий берег набігають уже дрібні, вторинні хвилі, утворюючи прибій. При підході хвилі до крутого берега вона трансформується менше, і вся її енергія обрушується на берег, при цьому часто утворюється підкидання води, висотою до 60 м і більше. Перекидання і руйнування хвиль на деякому віддаленні від берега над мілиною або рифами називається буруном. При Бурун розбиваються хвилі створюють пінистий вал, добре помітний з берега і з судів. Бурун служить попередженням для мореплавців про наявність в цьому районі рифів і інших підводних небезпек.

У хвилях зосереджена величезна енергія. У загальному вигляді вона залежить від висоти хвилі, її довжини і ширини гребеня. Але головну роль грає висота - енергія хвилі пропорційна квадрату цієї величини.

При висоті хвилі в 5 м і довжині 100 м повна її енергія складе близько 30 - 104 дж на 1 м гребеня. Тому не дивно, що хвилі роблять руйнування природних скель та штучних споруд на узбережжях морів і океанів. Так, на узбережжі Шотландії хвилі виламали з пірсу і пересунули кам'яні блоки масою 1350 і 2600 т. При цьому тиск при ударі хвилі досягла 29 т / м2.

Хвилі руйнують і одночасно переносять і відкладають продукти руйнування, формуючи рельєф узбережжя. Проблему використання енергії хвиль людству ще належить вирішити в майбутньому.

Внутрішні хвилі. Товща морської води неоднорідна. Вона має в загальному шарувату будову, оскільки вертикальний перенесення води - дуже повільний процес, і в кожен даний момент ми не спостерігаємо вирівнювання властивостей води у всій товщі. Менш щільні шари лежать на більш щільних. Шари різної щільності відрізняються різним ступенем в'язкості, швидкості їх горизонтального руху відносно один одного різні. Все це неминуче повинно викликати на граничних між шарами поверхнях хвильові обурення (внутрішні води), подібні до тих, які виникають на граничній поверхні між повітрям і морем.

Внутрішні хвилі, як показують спостереження, мають амплітуду, зазвичай значно більшу, ніж поверхневі вітрові хвилі. Навіть в приповерхневих шарах їх "висота" вельми велика. Правда, швидкість їх поширення та орбітальні швидкості набагато менше, ніж у поверхневих вод, і. отже, енергія внутрішніх хвиль набагато менше, ніж у поверхневих хвиль тієї ж амплітуди. Спостереження показують, що висота внутрішніх вовк може досягати 20-30 м. Відзначалися випадки, коли поплавок, урівноважений в шарі стрибка на глибині 30-35 м, з'являвся на поверхні моря. Деякі дослідники (наприклад, Нансен) вказують на висоти внутрішніх хвиль близько 100 м.

Внутрішнім хвилях в при поверхневому шарі зазвичай приписують освіту відблисків на поверхні моря. Помічено, що блікі- смуги абсолютно спокійною водною поверхні-приурочені до балкам внутрішніх хвиль.

Внутрішні хвилі виникають під дією прілівообразуюшіх сил Місяця і Сонця, вітру та атмосферного тиску, т. Е. Дією причин, що викликають поверхневі хвилі. Тому поверхневі хвилі можна розглядати як окремий випадок внутрішніх хвиль. Внутрішні хвилі можуть бути короткими і довгими, стоячими і поступальними.

Внутрішні хвилі привертають до себе увагу не тільки океанографів, але і вчених інших спеціальностей. Це пояснюється тим, що внутрішні хвилі переносять поживні речовини, оказивавают вплив на поширення звуку у воді, впливають на гідротехнічні споруди у відкритому океані, на судноводіння кораблів з глибоким осіданням і підводних апаратів.

Сейсмічні хвилі (цунамі). Цунамі утворюються в результаті підводних землетрусів чи вивержень вулканів. Тому хвилі цунамі називають морськими сейсмічними хвилями.

Безпосередньою причиною утворення цунамі є зміни рельєфу дна, що відбуваються в результаті землетрусу; зсуви, провали, скиди, підняття та інші подібні явища, що виникають практично миттєво на величезних ділянках океану. Причому механізм виникнення цунамі залежить від характеру зміни рельєфу дна. Так, при утворенні цунамі в момент виникнення провалу на дні океану вода спрямовується до центру утворилася западини, заповнює її, потім під дією інерційних сил переповнює, формуючи невисокий, але величезний за обсягом пагорб води на поверхні океану. Під дією тяжкості ця опуклість починає робити коливальні рухи щодо рівня океану, відповідного стану спокою - утворюється цунамі.

При різкому піднятті дна на поверхні океану відразу ж утворюється опуклість, яка під дією сили тяжіння приходить в коливальний рух, і це теж призводить до виникнення цунамі і т.д.

Наступу хвиль цунамі на берег зазвичай передує зниження рівня моря. Протягом декількох хвилин вода відступає від берега на сотні метрів, а при невеликій глибині і на кілометри. Після цього приходять хвилі цунамі. За першою великою хвилею, як правило, приходить ще кілька хвиль з інтервалом від 20 до хв 1-2 годину. Швидкість поширення цунамі коливається від 150 км / год до 900 км / год.

Наближаючись до берега, хвилі уповільнюють свій рух і різко збільшують висоту (до 20-30 м).

Особливо високі хвилі утворюються в вузьких, воронкоподібних вербах з крутими берегами.

Наступ цунамі іноді супроводжується світінням води і виробленим планктоном. Світіння буває іноді настільки сильним, що нагадує спалах прожектора. За 2500 років було відзначено 355 цунамі, з них 308 - в Тихому океані, 26 - в Атлантичному, 21 - в Середземному морі. Обрушився на берег, хвилі цунамі завдають великої шкоди, руйнуючи -.населенние пункти, затоплюючи кораблі в бухтах, несучи людські життя.

В даний час поява цунамі у узбереж можна передбачити. Прогнози цунамі грунтуються на реєстрації відбуваються в океані процесів під час землетрусу трьома способами: сейсмічними спостереженнями на ряді станцій, спостереженнями над рівнем за допомогою мареографов і акустичними спостереженнями. Заблаговременность попередження забезпечується тим, що сейсмічні хвилі від землетрусів, що породжують цунамі, поширюються набагато швидше, ніж морські хвилі, і можуть бути зафіксовані сейсмічними станціями раніше, ніж підійде хвиля цунамі. Це дозволяє своєчасно вжити заходів безпеки.

Припливи в океані (приливні хвилі)

Періодичні коливання рівня моря, що виникають під дією сил тяжіння Місяця і Сонця, називаються приливними явищами. Фази підйому і спаду рівня називають власне припливом і відливом.

Приливоутворюючої процеси, обумовлені силами тяжіння, викликають коливальні рухи всієї маси вод Світового океану. Ці рухи супроводжуються змінами рівня морів і океанів і течіями періодичного характеру. Т. е. Виникають поверхневі і внутрішні хвилі під дією Місяця і Сонця.

Приливоутворюючої сила Місяця в середньому в 2,17 рази більше приливоутворюючої сили Сонця. Тому основні риси припливних явищ визначаються головним чином взаємним становищем Місяця і Землі.

Внаслідок безперервного зміни взаємного положення Землі, Місяця і Сонця змінюються і величини приливообразующих сил Місяця і Сонця. Вони можуть діяти в одній і тій же точці як в протилежних напрямках, так і в одному і тому ж. Це відбивається на характері і величиною спостережуваних припливів і викликає їх зміни.

Істотний вплив на величину і характер припливів надають фізико-географічні умови моря (океану): обриси берегів, розміри, глибини, наявність островів і т. Д. Якщо б океан покривав Землю суцільно шаром однакової глибини, припливи на одній і тій самій широті були б однаковими і не залежали б тільки від приливообразующих сил Місяця і Сонця. Однак, як відомо, приливні коливання рівня на одній і тій самій широті змінюються в досить широких межах. Так, в затоці Фанді (Канада) приливні коливання рівня становлять 16 м, а в Балтійському морі, розташованому на тій самій широті, вони практично відсутні.

Під час припливу рівень води поступово підвищується і досягає найвищого положення (повна вода).

Під час відпливу рівень поступово падає до найнижчого положенням (мала вода). Проміжок часу, протягом якого рівень піднімається, називається тривалістю зростання рівня; проміжок часу, протягом якого рівень знижується, - тривалістю падіння рівня.

При приливи і відливи виникають поступальні рухи води - приливні течії. Під час припливу вони спрямовані до берега, а під час відпливу - від берега. Відстань по вертикалі між рівнями повної і малої води називається величиною припливу. Половина величини припливу - амплітуда припливу. Величину припливу не слід змішувати з висотою припливу, яка розуміється як стан рівня в даний момент над будь-яким іншим рівнем, умовно прийнятим за нуль.

Проміжок часу між двома послідовними повними або малими водами називається періодом припливу (за цей час спостерігаються один приплив і один відлив).

Залежно від періоду розрізняють півдобові припливи, які мають середній період, рівний половині місячної доби (12 год 25 хв); добові із середнім періодом, рівним місячним діб (24 год 50 хв); змішані, у яких протягом половини місячного місяця період змінюється з півдобовий на добовий. Припливи однаковоюамплітуди і рівної тривалості зростання і падіння рівня називають правильними, але в дійсності такі припливи майже не зустрічаються.

Спостерігаючи за величиною припливу і часом настання повних і малих вод, легко помітити, що вони не залишаються незмінними день від дня, а для випадку змішаних припливів - і протягом доби.

Відхилення часу настання повних і малих вод і величин припливу від їх середніх значень для даного місця називається нерівностями припливу.

Нерівності припливів цілком закономірні і пов'язані зі зміною положення Місяця, Сонця і Землі.

Виділяють такі основні види нерівностей в явищі припливів: добові, полумесячние, місячні (параллактические) і длінноперіодние.

Добове нерівність створює схиляння Місяця і характеризується нерівністю по висоті двох суміжних повних і малих вод протягом доби і нерівністю в часі падіння і зростання.

Полумесячние нерівності поділяються на два види: нерівності, пов'язані зі зміною фаз Місяця, і нерівності, пов'язані зі зміною схилення Місяця протягом місяця.

Нерівності залежно від змін фаз Місяця характерні для півдобових припливів. Вони полягають в тому, що в сизигії (в молодик і повний місяць) величини припливів найбільші. У цей час величини Місячного і Сонячного припливів складаються, так як Земля, Місяць і Сонце знаходяться на одній лінії. У квадратуру, коли напрямок від Землі до Місяця перпендикулярно до напрямку на Сонце, в першу і останню чверть Місяця величини припливів найменші. В цей час з місячного припливу віднімається сонячний приплив. Перші звуться сізігійних, а другі - квадратурних припливів.

Місячні (параллактические) нерівності створюються внаслідок змін відстаней від Землі до Місяця і Сонця. При найменших відстанях між світилами припливи найбільші, а при максимальних - найменші. Крім висоти припливів він; проявляються і в зміні місячних проміжків. Місячні нерівності називають також параллактическому, тому що для кількісної оцінки відстані від Землі до Місяця служить кутовий показник - горизонтальний паралакс Місяця.

Длінноперіодние нерівності припливів обумовлені пpeжде всього змінами відміни Сонця і відстані від Землі Сонця протягом року. Зі зміною склоненія- Сонця пов'язані піврічні зміни величин тропічних і екваторіальних припливів, а також добових нерівностей.

Зміни відстані - параллакса Сонця визначають річне сонячне параллактическое нерівність.

Крім піврічних і річних нерівностей в практиці приймається до уваги повільне, з періодом 18,61 року, зміна схилення Місяця - внаслідок нахилу місячної орбіти до площини екліптики. Багаторічний місячний приплив змінює рівень поверхні океану, формує астрономічні зміни швидкості течій в океанах.

Спостережувані біля берегів Світового океану припливи відрізняються значною різноманітністю і надзвичайною складністю.

Пояснення явища припливів дав вперше Ньютон. В основу статичної теорії Ньютона покладені допущення, що континенти відсутні, а глибина океану однакова у всіх точках. При цьому в будь-який фізичний момент часу діюча на маси води приливообразующая сила врівноважується силою тяжіння. Згідно статичної теорії момент настання повної води повинен збігатися з моментом проходження Місяця через меридіан місця. Насправді через обмеженість глибини океану повна зола не збігається з моментом кульмінації Місяця на деякий проміжок часу, званий місячним проміжком. Місячні проміжки періодично змінюються, але їх відхилення від середнього значення не перевищують ± 1 ч

Найбільша величина припливів під час сизигій також запізнюється на 2-3 доби. Відрізок часу від моменту сизигії до найбільш високої повної води називається віком припливу.

Дослідження явища припливів показують, що основне положення, прийняте в статичної теорії про рівновагу поверхні океану, в кожен момент часу не узгоджується з досить швидкою зміною припливних явищ. Ця невідповідність пояснюється динамічної теорією припливів Лапласа. Вона розглядає прилив як результат сукупної дії вільних приливних хвиль, що приходять з інших районів, і вимушеної хвилі, що утворилася в даному місці. З теорії вимушених коливань чесно, що якщо період сил, що викликають вимушені хвилі, менше періоду хвиль вільних, виникає загальне коливання, прямо протилежне напрямку вимушених хвиль, і, навпаки, якщо період сили більше періоду вільних хвиль, коливання збігаються з дією сили.

Виходячи з цієї теорії, Лаплас вперше отримав рівняння руху припливів в океані постійної глибини з урахуванням приливних сил як зовнішньої сили. Ці рівняння дозволили пояснити деякі особливості припливів, і в тому числі походження фазових і тропічних нерівностей. Важливий висновок, отриманий Лапласом, полягав у тому, що їм було показано вирішальне значення впливу характеру рельєфу дна на припливи.

Ні статична, ні динамічна, ні інші теорії припливів не можуть пояснити місцеві особливості припливів. Кожен фізико-географічний район прибережної зони має свої особливості (рельєф дна, характер берегової лінії, глибина і т. Д), що впливають на величину і періодичність припливів.

У морях, пов'язаних з океаном вузькими протоками (Балтійське, Середземне, Японське і ін.), Величини припливів зазвичай не перевищують 50 см або практично відсутні (Чорне море, велика частина Балтійського моря). Відносно невеликі припливи спостерігаються у островів. У затоках і узкостях величини припливів зазвичай помітно більше, ніж у відкритих берегів окраїнних морів і океанів. При вході в вузькі затоки приливна хвиля може досягати 15 і більше метрів, переміщаючись зі швидкістю до 5 м / с. Найбільш високі припливи спостерігаються в затоці Фанді (до 18 метрів). Високі припливи (до 14 м) бувають в Пенжинской губі, в Брістольському затоці (до 12 м), в горлі Білого моря (до 10 м).

Приливні хвилі поширюються вгору по деяким річках, викликаючи коливання рівня на великій відстані від гирла. Це відстань залежить від ухилу дна річки і швидкості її течії. Так, на річці Амазонці припливи відчуваються на відстані 1400 км від гирла, на річці Святого Лаврентія - 700 км, на річці Хатанге - 700 км, на річці Ганг - 250 км і т. Д.

Приливоутворюючої сила позначається не тільки на гідросферу. Припливи проявляються в атмосфері у вигляді періодичних змін атмосферного тиску з амплітудою 1,25 мбар припливи, викликані притяганням Місяця і Сонця, чинять гальмівний вплив на обертання Землі. З цим пов'язано зменшення кутової швидкості Землі і подовження земних діб (0,001 за кожні 1000 років), а також перетворення механічної енергії гальмування обертання Землі в теплову.

Вивчення припливів необхідно для вирішення багатьох практичних завдань. Наприклад, в судноводінні необхідно точно знати періодичність припливів в кожній великій бухті. Для цього існують спеціальні "Таблиці припливів". Такі дані необхідні і рибалкам, так як від припливів часто залежить хід рибного промислу. Припливи мають величезну енергію, яка визначається при розмірно в 812-1012 квт. Це майже в 1,5 рази більше, ніж енергія всіх річок Землі. Енергія припливів успішно використовується людством. У Франції, Англії, СРСР, Китаї та ряді інших країн побудовані приливні електростанції. Однак рентабельність їх ще не висока. Але слід вважати, що з подальшим розвитком техніки і зменшенням енергетичної сировини на материках ці станції безумовно стануть раціональними.



Рівень океанів і морів і причини його коливання | Течії Світового океану
загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати