20.07.2018
В ходе возведения частного жилого здания и разработке интерьера, необходимо принимать во внимание все требования, которые...


20.07.2018
Биметаллическими радиаторами называют батареи, созданные из нескольких сплавов: стального и алюминиевого. Сталь применяют с целью...


19.07.2018
Гибка металла, в особенности, листового, считается технологичной процедурой, в ходе которой из прокатного листа можно получить ту...


18.07.2018
Металлические изделия самой разной функциональности для краткости называются метизы. Группа охватывает широчайший ассортимент,...


18.07.2018
Сегодня на рынке выбор покрытий для пола является попросту колоссальным, среди самых востребованных вариантов следует отметить...


17.07.2018
Инверсионная крыша является «кровлей наоборот». Если говорить простыми словами, то основным её отличием, сравнивая со стандартной...



Динамика водной среды морей и океанов

03.07.2018
Мировой океан — это сложнейшая глобальная экосистема, одним из условий существования которой является постоянное движение масс воды. Причины, вызывающие движение воды, многочисленны и разнообразны: это силы Кориолиса (центробежная и отклоняющая сила вращения Земли), ветры, изменение солености, плотности и температуры воды, влияние Солнца и Луны и результат эндогенных процессов — землетрясений и извержений вулканов. He менее разнообразны и формы движения воды: течения, волны, приливы — отливы, цунами.

Течения. В зависимости от причин, вызывающих течения и обстановки, в которой они существуют, течения подразделяются на поверхностные, глубинные, придонные, прибрежные, а по температуре воды — холодные и теплые.

Главные черты поверхностных течений, охватывающих значительные площади океанов, определяются ветрами. Такими являются пассатные экваториальные течения, направленные с востока на запад, вызывающие повышение уровня воды в океанах в низких широтах — в Атлантическом около 0,2 м, а в Тихом — около 0,5 м, в результате чего происходит зарождение стоковых поверхностных и подповерхностных течений. К ним же относятся мощные западные течения (в северном полушарии) — Гольфстрим в Атлантическом и Куросио в Тихом океанах и такие же по характеру, но более слабые восточные течения (в южном полушарии) Бразильское и Восточно-Австралийское.

Глубинные (подповерхностные течения) открыты сравнительно недавно и по своему характеру могут быть названы компенсационными. Это течения восточного направления Кромвелла в приэкваториальной части Тихого океана, Ломоносова — в Атлантическом, Тареева — в Индийском океанах. Кроме того, севернее и южнее экватора, примерно около 20° широты, существуют подповерхностные течения, направленные на восток, и иногда достигающие поверхности океана.

Придонные течения возникают обычно в высоких широтах, где холодные арктические воды с большой плотностью опускаются на глубину и движутся в южном направлении, а холодные антарктические воды, также образуя придонные течения, движутся в северном направлении. Причиной таких разнонаправленных течений является компенсационный механизм, который вызывает подъем вод с глубины и их расхождение (дивергенцию) или схождение (конвергенцию), сопровождаемое погружением вод в глубину. Такие течения получили название апвеллинга.

Придонные течения играют значительную роль при образовании форм подводного рельефа и формировании донных осадков, например турбидитов. Турбидиты — это осадки турбидитных (суспензионных, мутьевых) потоков, состоящие из чередующихся песков, алевритов и прослоев глинистых частиц с градационной слоистостью, широко распространенные на материковом склоне и подножии океанов. Отложения турбидитных потоков играют важную роль в формировании флиша.

Существуют и другие течения, менее масштабные по распространению, это прибрежные и сгонно-нагонные течения, охватывающие наиболее мелководные прибрежные части морских и океанических бассейнов. Прибрежные течения подразделяют на вдольбереговые и перпендикулярные по отношению к берегу. Причиной их возникновения являются ветровые волны.

Сгонно-нагонные течения также возникают под действием ветров. Нагон водных масс происходит под действием ветра, направленного к берегу, в результате чего в устьевых частях рек возникают наводнения. При увеличении скорости ветра до шторма нагонное течение «запирает» сток реки и поднимает в ней уровень воды. Классическим примером образования нагонных течений является Санкт-Петербург, где устье Невы «запирается» нагонами воды с Финского залива. Крупнейшее наводнение при подъеме воды на 3,89 м над ординаром (ординар — средний уровень подъема воды за 100 лет) произошло 7 ноября 1824 г., когда воды Невы затопили 2/3 территории города. Его описание с достаточно ясным указанием причин и следствий дал А.С. Пушкин в «Медном всаднике».

После окончания шторма происходит обратное движение водных масс, образующих сгонные потоки.

Волновые движения возникают под действием ветра на поверхности воды. Волны характеризуются определенной регулярностью и имеют общие характеристики: размеры (длину, высоту) и период. Состоят волны из чередующихся валов и впадин, и в них выделяются следующие элементы (рис. 19.4, а):

1) гребень волны — ее самая высокая точка;

2) подошва волны — ее самая низкая точка;

3) длина волны — расстояние от гребня (подошвы) одной волны до гребня (подошвы) соседней;

4) высота волны — расстояние по перпендикуляру от подошвы до гребня;

5) период волны — время, в течение которого совершается полный путь частиц по орбите;

6) фронт волны — линия, проходящая вдоль гребня, перпендикулярная к направлению движения волны.

Высота и длина волны зависят от силы ветра. По данным В.П. Зенковича, при силе ветра 4 балла высота волны составляет 2,1 м, а при силе в 10 баллов возрастает до 10,2 м. Соответственно увеличивается и длина волны с 51 до 195 м. Максимальная высота волн при сильных штормах достигает 18 м и более. Энергия волны описывается формулой
Динамика водной среды морей и океанов

где E — энергия; е — плотность воды; g — ускорение силы тяжести; А в и l — высота и длина волны.

Отсюда видно, что главное значение для характеристики энергии имеет высота волны.

Волны, возникающие на поверхности, с глубиной затухают, меняя и уменьшая в размере форму своей орбиты (рис. 19.14, б). Глубина проникновения волн зависит от размера ее орбиты (или высоты) и соотношения между глубиной воды и длиной волны. С увеличением глубины волновое движение быстро уменьшается, поэтому уже на глубине, равной половине длины волны, оно становится слабым, но слабое волнение может достигать морского дна даже в том случае, если длина волны меньше 1/20 глубины. На поверхности частицы воды перемещаются по круговым орбитам в вертикальной плоскости параллельно направлению ветра. Поступательного движения воды при этом не происходит, водные массы в целом не перемещаются, движется только поверхностный слой, захваченный волной. При подходе к берегу на мелководье волны захватывают уже всю толщу воды и, испытывая трение о дно, меняют свою орбиту на эллипсоидальную. Деформация орбиты происходит из-за разной скорости движения воды: на гребне она движется быстрее, а у подошвы — медленнее. Колебательное движение волны сменяется поступательным. Приближаясь к берегу, волна начинает разрушаться. При трении о дно и замедлении скорости длина волны сокращается, а высота возрастает. Замедленное движение вызывает поворот (опрокидывание) волны, который обычно происходит на глубине, равной ее полуторной высоте, и образование прибоя (прибойные волны). Волны прибоя в зависимости от характера берега формируют своеобразные прибрежные абразионные или аккумулятивные формы.

Приливно-отливные движения связаны с периодическими колебаниями уровня моря, вызванными дифференцированным притяжением Луны и Солнца. Один или два раза в сутки (приливы бывают полусуточные и суточные) уровень воды в океанах и морях поднимается, создавая приливы, и опускается — отливы. В открытом океане эти колебания уровня воды мало заметны, а в области шельфа, узких заливах и проливах и в устьях крупных рек они достигают значительной величины. Высота подъема воды колеблется от 6—7 до 15—21 м. Приливы максимальной высоты наблюдаются на побережьях открытого моря, например в проливе Ламанш. Высота прилива в Пенжинской губе Охотского моря достигает 12,9 м, а в Кандалакшском заливе Белого моря — свыше 11 м. Во внутренних водоемах — Средиземное, Черное море — приливы имеют небольшую амплитуду.

Наибольшей величины приливы достигают в сизигии (от греч. сизигий — сопряжение), когда Луна и Солнце находятся примерно на одной линии с Землей и притяжения их суммируются (рис. 19.5, а). Наименьшая величина приливов наблюдается в квадратуре (в первую и последнюю четверти), когда линия Земля—Луна перпендикулярна линии Земля — Солнце (рис. 19.5, б). Связь приливов с фазами Луны впервые правильно удалось объяснить И. Ньютону в опубликованных им знаменитых «Началах» (1687).

Приливно-отливная энергия движения воды используется на приливных гидроэлектростанциях. Такие гидроэлектростанции построены на побережье Белого моря — Кислогубская ГЭС, на северном и западном побережьях Франции, на берегах Англии, США и в других странах.

Цунами — это гигантские волны, возникающие при подводных землетрясениях, сопровождающихся заметными подвижками коры, и в результате крупных взрывных извержений вулканов. Наиболее часто цунами возникают в пределах активных окраин Тихого океана. Распространяются они со скоростью до 500—700 км/час. В открытом океане эти волны почти незаметны. Накатываясь на отмели и берега, особенно в узких заливах и бухтах, при торможении о дно они резко увеличивают свою высоту до 20—30 м, превращаясь в гигантский пенистый вал. Разрушительная сила цунами колоссальна. Более других испытывают на себе их пагубные последствия побережья Камчатки, Курил, Сахалина, Японии.

В результате 8,5-балльного землетрясения в Чили (22 мая 1960 г.) цунами разрушило на его побережьях десятки городов, а затем произвело разрушения на берегах Австралии, Новой Зеландии, Филиппин. В Японии, за 9000 км от Чили, где высота цунами достигала 20 м, погибло 180 чел.

Такие волны, обрушиваясь на берег, проделывают огромную разрушительную работу, уничтожая пляжи, вызывая оползни и мутьевые потоки.