Мировой океан волновые движения

Течения Мирового океана: зачем они нужны и как работают

Воды Мирового океана не стоят на месте, они находятся в постоянном движении. Их перемещение подчинено закономерностям, образующим океанические течения. В этой статье мы расскажем, почему они возникают, чем различаются и что случилось бы, если бы их не было.

Как реки текут по своему руслу, так и течения в океане движутся по своим маршрутам. Многие из них простираются на десятки километров в ширину и сотни метров в глубину.

Океаническое течение — это поток водной массы, циклично перемещающийся в пространстве Мирового океана по определённым маршрутам с определённой частотой.

Причины возникновения океанических течений

Причины образования океанических течений обусловлены сторонними влияниями на океанические воды, а также свойствами самой воды. К ним относятся:

• Ветер. Перемещение воздушных масс приводит в движение массы воды на поверхности океана. Направления океанических течений в целом повторяют направления господствующих ветров.
• Атмосферные явления. Изменения атмосферного давления, осадки и испарение воды меняют уровень мирового океана. Эти изменения также вызывают океанические течения.
• Различия температуры и солёности воды. Содержание соли и температура воды влияют на её плотность. Воды с большей плотностью стремятся занять место менее плотных вод — так образуются подводные течения.
• Космические влияния. Силы притяжения Луны и Солнца вызывают приливы и отливы, которые, в свою очередь, являются одной из причин океанических течений.

Вращение Земли вокруг своей оси также оказывает воздействие на направления течений: в Северном полушарии все течения отклоняются вправо, а в Южном — влево.

Кроме того, на формирование течений влияет рельеф морского дна и очертания континентов.

Каждое течение в океане — результат воздействия многих сил, но практически всегда можно выделить главную, в зависимости от которой определяют виды океанических течений.

Учите географию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду GEO72020 вы получите бесплатный доступ к курсу географии 7 класса, в котором изучается тема океанических течений.

Классификация течений в Мировом океане

Океанические течения отличаются по происхождению, периодичности, глубине и температуре.

По происхождению океанические течения бывают:

• Ветровые. Ветер приводит поверхностные воды в движение, которое по инерции передаётся глубинным водам. Самое мощное из ветровых течений — Течение Западных Ветров, опоясывающее Антарктиду.
• Плотностные. Разница в плотности воды на разных участках Мирового океана вызывает течение. Именно она является причиной образования одного из сильнейших тёплых океанических течений — Гольфстрима.
• Стоковые. Возникают под влиянием притока морских или речных вод в океан. Пример — Обь-Енисейское течение в Северном Ледовитом океане.

По периодичности течения в Мировом океане делятся на:

• постоянные — движутся под воздействием постоянных ветров;
• периодические — возникают только во время прилива или отлива;
• сезонные — меняют свои направления под действием муссонов — ветров, меняющих направление в зависимости от сезона.

Ветер приводит в движение верхние пласты воды, но разница атмосферного давления может вызвать течения в глубинах океана. В зависимости от того, как глубоко проходит течение, его относят к одной из трёх групп — поверхностных, глубинных или придонных.

По температуре воды различают нейтральные, тёплые и холодные течения океанов.

Тёплыми и холодными океанические течения называются в зависимости от окружающей температуры. Если температура потока выше, чем у воды вокруг, — течение считается тёплым, если ниже — холодным.

Поэтому Нордкапское течение у берегов Скандинавии с температурой 3-9°С является тёплым, а Калифорнийское течение, в котором вода достигает 22°С — холодным.

Основные течения Мирового океана

Тихий океан

Мощнейшие течения Тихого океана сформированы пассатами — постоянными ветрами, дующими от тропиков к экватору. Северное и Южное пассатные течения гонят массы воды в сторону Евразии и Австралии.

Достигая восточных берегов континентов, воды расходятся вдоль побережья. Часть воды возвращается на восток, образуя Межпассатное противотечение. Основная масса воды Северного пассатного течения устремляется к северу, образуя тёплое течение Куросио, а воды Южного движутся на юг, становясь Восточно-Австралийским течением.

В умеренных широтах течения подхватывают западные ветры и направляют их на восток. В Северном полушарии возникает тёплое Северо-Тихоокеанское течение, а в Южном — Течение Западных Ветров.

Достигнув восточных краёв океана, воды возвращаются к экватору, двигаясь вдоль побережья Северной Америки (Калифорнийское течение) и Южной Америки (Перуанское течение).

У экватора течения вновь подхватываются пассатом, завершая круговорот.

Атлантический океан

Поскольку Атлантический океан вытянут по вертикали, его основные течения также направлены с севера на юг и обратно.

Как и в случае с Тихим океаном, течения Атлантики образуют кольца в Северном и Южном полушариях.

В Северном полушарии Северное пассатное течение гонит воду к берегам Центральной Америки, где зарождается тёплое течение Гольфстрим, движущееся в сторону Европы к Северному полюсу, откуда воды возвращаются к экватору холодным Канарским течением. Так в северной части Атлантики происходит циркуляция течений по часовой стрелке.

В Южном полушарии потоки океанических вод направлены против часовой стрелки: Южное пассатное течение, достигая берегов Южной Америки, движется на юг вдоль континента, становясь тёплым Бразильским течением. У берегов Антарктиды оно разворачивается на восток, вливаясь в течение Западных Ветров. Затем вода возвращается к экватору вдоль западного берега Африки, гонимая холодным Бенгельским течением.

Индийский океан

Особенность Индийского океана — изменчивые течения в его северной части. Они подчинены муссонам — ветрам, которые меняют направление в зависимости от сезона.

Зимой северо-восточный муссон несёт воды из Бенгальского залива к Африке, где течение поворачивает на юг, и достигнув области экватора, возвращается на восток, создавая Экваториальное противотечение. Затем, достигнув Суматры, течение разделяется на два потока: первый движется на север, замыкая круговорот, а второй устремляется в Тихий океан.

Летом течения направляются в обратную сторону, с запада на восток, при этом противотечения не возникает. Юго-западный муссон гонит воду на север, образуя холодное Сомалийское течение, которое впоследствии объединяется с Южным пассатным.

Южный круговорот не зависит от сезона и действует без изменений. Южный пассат направляет воду к Мадагаскару, где образует два потока, огибающие остров. При этом часть воды возвращается на восток через противотечение.

Затем южный поток направляется в Атлантический океан и вливается в Течение Западных ветров. У западного побережья Австралии от него отделяется течение, возвращающее воду в район экватора, где её вновь подхватывает Южный пассат.

Северный Ледовитый океан

Поскольку большая часть Северного Ледовитого океана находится подо льдом, о его течениях известно немного.

Основным проводником тепла является Норвежское течение — продолжение Гольфстрима. В районе 67 параллели оно разделяется на Нордкапское и Шпицбергенское течения.

Нейтральное Трансарктическое течение формируется благодаря стоковым водам с Аляски и севера Азии. Оно движется от Чукотского моря к полюсу по направлению к Гренландии. Примечательно, что его температура такая же, как у окружающей воды.

Холодное Восточно-Гренландское течение берёт начало от моря Лаптевых и движется вдоль восточного берега Гренландии, после чего через Датский пролив устремляется в Атлантический океан.

Роль течений в Мировом океане

Океанические течения формируют климат на планете, распределяя тепло и холод, влагу и засуху. Если бы в океанах не было течений, на Земле не существовало бы умеренных климатических зон, северные районы Европы оказались покрыты вечными снегами, а саванны Африки и тропические леса Южной Америки превратились в выжженные солнцем пустыни.

Другая важная роль, которую играют океанические течения, — обеспечение биологической жизни в водных системах. Глубинные течения поднимают питательные вещества со дна океана к поверхности, снабжая пищей многие виды морских существ. Кроме того, течения переносят на большие расстояния животных, икру, личинки и споры, способствуя размножению.

Схема течений Мирового океана

На данной схеме видны крупнейшие мировые океанические течения. Холодные обозначены синим цветом, тёплые — красным.

Источник

Волновые движения в океане

Одна из особенностей Мирового океана, приводящая к воз­никновению необычайно зрелищного и интересного явления, за­ключается в наличии свободной границы океана, которая энер­гетически прозрачна, легко деформируема и подвижна. Эта особенность приводит к возникновению и развитию морских гравитационных поверхностных волн, которые возникают под действием ветра и являются наиболее очевидным проявлением динамического взаимодействия океана и атмосферы. В качестве силы, возвращающей в положение равновесия водную поверх­ность, выступает сила тяжести. Роль возвращающей силы может играть и сила поверхностного натяжения — при этом возникают поверхностные капиллярные волны. Мелкая рябь, возникающая на поверхности пруда или лужи при порывах ветра, имеет имен­но такую природу.

Однако наряду с поверхностными гравитационными и капил­лярными волнами в океане существует множество других видов волн, которые играют важную роль в динамике океана. Грави­тационные волны возникают благодаря действию силы тяжести на частицы воды, отклоненные от положения равновесия. Сила тяжести возвращает их в исходное положение. Такие равновес­ные положения могут быть связаны со свободной поверхностью или внутренней геопотенциальной поверхностью в стратифици­рованной жидкости.

Подобно тому, как поверхностные волны существуют на гра­нице вода-воздух, на границе раздела вод разной плотности будут существовать внутренние гравитационные волны. Обра­зование внутренних волн происходит не только при скачкооб­разном изменении плотности, но и при ее непрерывном рас­пределении по глубине. Возникновение внутренних волн можно представить себе следующим образом. Если в покоящейся стра­тифицированной среде возникло возмущение, которое вывело частицу воды из состояния равновесия, то возникает возвращаю­щая сила, равная равнодействующей архимедовой силы и силы тяжести, вызывающая колебания около положения равновесия.

7 В И Трухин и др

190 Гл. JO. Волны в океане

Распространение этих колебаний в среде и представляет собой внутренние волны. Амплитуда волн этого типа в океане может достигать сотни метров, длина волны — многие километры, но колебания водной поверхности при этом будут ничтожны. Обра­зование внутренних волн происходит под действием приливов, колебаний атмосферного давления, изменений поля приводно­го ветра, неустойчивости течений. Внутренние волны в океане имеют самые разнообразные формы — от почти синусоидальных до солитонообразных. Поверхностные течения, индуцированные внутренними волнами, оказывают сильное воздействие на ко­роткие поверхностные волны, перераспределяют поверхносто-активные вещества на морской поверхности. Образующаяся на поверхности зона выглаживания, так называемый слик, или на­оборот зона повышенной интенсивности волнения, или сулой, в которой наблюдается обрушение волн, имеют форму вытянутых полос, распространяющихся вместе с группами внутренних волн. По этим проявлениям на поверхности океана внутренние вол­ны и обнаруживаются. Так как поверхностные гравитационно-капиллярные волны, поверхностно-активные вещества сильно влияют на коэффициент отражения электромагнитных, в том числе световых волн, внутренние волны хорошо обнаруживаются дистанционными методами, например, они видны из Космоса. Внутренние волны по сравнению с обычными поверхностны­ми гравитационными волнами обладают рядом удивительных свойств. Например, групповая скорость внутренних волн перпен­дикулярна фазовой, угол отражения внутренних волн от откоса не равен углу падения [73, 63].

При рассмотрении крупномасштабных явлений в Мировом океане необходимо учитывать эффекты вращения Земли, изме­нение глубины и наличие берегов. Учет этих факторов обуслов­ливает возможность существования особых типов волн в океане. Сила Кориолиса является причиной возникновения инерцион­ных или гироскопических волн. Если во вращающейся системе координат частица воды движется с некоторой скоростью, то сила Кориолиса, действующая по нормали к скорости части­цы, обусловливает возникновение дополнительного движения по окружности. Однако частица не может двигаться независимо. Образующийся градиент давления совместно с силой Кориолиса приводит к возникновению волновых движений. Если наряду с силой Кориолиса важную роль играет сила тяжести, то возника­ют гравитационно-гироскопические волны.

Изменение географической широты обусловливает изменение вертикальной составляющей частоты вращения, это приводит к

Гл. 10. Волны в океане 191

образованию так называемых планетарных волн Россби, кото­рые локализуются в узкой экваториальной зоне и охватывают всю водную толщу. Экваториальная зона играет роль своеоб­разного волновода. Периоды волн Россби составляют десятки суток, длины волн достигают тысяч километров. Боковые грани­цы и изменение глубины на шельфе приводят к существованию нескольких типов береговых захваченных волн — шельфовых, краевых, Кельвина, топографических волн Россби. В возникно­вении этих волновых движений важна роль силы тяжести и рав­новесной потенциальной завихренности. Береговые захваченные волны оказывают существенное влияние на перемещение наносов и загрязнений, формирование берегов и течения.

Крупномасштабные волны типа волн Россби, Пуанкаре, Кель­вина оказывают существенную роль на термогидродинамику океана, взаимодействие атмосферы и океана, климат и погоду. Свойства многих этих волн существенно отличаются от свойств поверхностных гравитационных волн. Например, волны Кельви­на локализованы в узкой шельфовой зоне и распространяются в Северном полушарии вдоль берега против часовой стрелки. Эк­ваториальные волны Россби, имея пространственные масштабы в сотни километров, локализуются вдоль экватора и проявляются не в изменении уровня моря, а прежде всего, в форме вихревых течений, для них не имеет места равенство потенциальной и кинетической энергий.

Сжимаемость жидкости приводит к существованию в океане акустических волн, а электропроводность и магнитное поле Зем­ли обусловливают возникновение волн Альвена.

Если изобразить спектр (зависимость волновой энергии Е от волнового периода Т) гидродинамических волновых движений в океане, то он будет иметь вид, представленный на рис. 10.1 [73]. На спектре хорошо прослеживаются волновые колебания разных масштабов и периодов: область капиллярных и гравитационно-капиллярных волн, ветровые волны, зыбь, длинные гравитаци­онные волны и цунами, приливные волновые периоды, инерци­онные периоды и планетарные волны.

Источник