Неправильні течії у річковому руслі. Курс лекцій Таким чином, не хотілося б потрапити в гігантський океанічний вир ринг

Розділ 5. Динамічний режим Світового океану 73

3. У вузьких скелястих берегах (воротах великих замкнутих бухт Авачинська на Камчатці та Владивостокська) цунамі розбиваються об скелясті береги, втрачаючи при цьому свою енергію. Усередині таких бухт відбувається незначний підйом води, що не становить серйозної небезпеки (рис. 17).

Тому при сповіщенні про наближення цунамі багато морських суден знаходять притулок в Авачинській або Владивостокській бухтах. Є такі бухти і біля берегів США та Канади.

Пророцтво та оповіщення цунамі . Протягом багатьох століть мешканцями прибережних держав накопичено досвід відомостей про наближення цунамі.

1. Çà 10-40 хв до появи цієї страшної хвилі відбувається відступ (втягування) води, т. е. оголення кілька десятків, котрий іноді сотень метрів океанічної прибережної зони дна.

2. Незадовго до відступу морської води над океаном запановує гнітюча тиша, що змінює шум або стогін прибою.

3. На наближення цунамі дуже активно реагують домашні тварини – кішки, собаки, коні та ін., а з диких – ласки, щури, миші, ховрахи, змії. Можна спостерігати і за несподіваною поведінкою птахів (крики фазанів, багато птахів відлітають подалі від берега).

4. За наближенням цунамі стежать за приладами (мореографами).

 останні десятиліття встановлено постійний обмін інформацією щодо запобігання цунамі між вченими США, Росії, Японії. Міжнародний центр інформації про виникнення та поширення цунамі розташований у Гонолулу (Гавайські острови). З 1975 р. міжнародний зв'язок оповіщення налагоджений лінією Гонолулу - Токіо - Хабаровськ.

Хвилі цунамі можуть викликатися не лише землетрусами

è вулканічними виверженнями, а й тайфунами, циклонами, ураганами. Щоправда, у випадках їх називають словом “цунамі”, а “баричними хвилями”, т. е. хвилями, викликаними глибокими і раптовими змінами атмосферного тиску. Від таких хвиль особливо страждають узбережжя Атлантичного океану – Брістольська затока у Північному морі, гирло річки Темзи; в межах Балтійського моря – Фінська затока. Такі цунамі отримали назву солітони. Вони поширюються над вигляді серії хвиль, а виглядіоднією-єдиною (солуючою), тобто солітону. Здебільшого вони викликаються циклонами. Якщо циклон надовго встановлюється на значній ділянці морської

74 Розділ 5. Динамічний режим Світового океану

поверхні і супроводжується випаданням рясних опадів, тоді він встигає викликати помітне підняття (спукування) поверхні моря. Цьому сприяють і вітри, що зганяють воду до центру циклону. Солітони часто застоюються у Північному та Балтійському морях, внаслідок чого тут на тривалий час встановлюється низький тиск, а постійні дощі спричиняють спучування, підняття (на 80 см) поверхні моря навколо циклонального центру. Внаслідок раптової зміни атмосферного тиску, що супроводжується сильними поривчастими вітрами західного напрямку, солітон прямує на схід. Хвилі “солітони” несуть відповідальність за відомі повені у Брістольській затоці у Лондоні (Великобританія), у Санкт-Петербурзі (Росія).

Солітони – це поодинокі хвилі, що утворюються над морською поверхнею, де на тривалий час встановлюється циклональна погода з постійними дощами.

Сейші. Нерідко у морях спостерігаються коливання рівня поверхні, що охоплюють усе море загалом. Ці коливання нагадують стоячі хвилі величезної протяжності, з характерними їм “вузлами”. Амплітуда таких стоячих хвиль може досягати кількох метрів. Подібні хвилі отримали назву сейші (фр. seiche, що означає вільні коливання, або від лат. siccus – сухий). Утворюються сейші у замкнутих водоймах (морях, бухтах, затоках, озерах). Є коливальні рухи всієї маси води без поширення профілю хвиль по поверхні, внаслідок чого біля берегів спостерігаються особливі періодичні коливання рівня, непомітні на око. Термін "сейші" вживається вже протягом двох століть для опису підйомів і спадів води, що відбуваються періодично у вузькій частині Женевського озера, де генезис цього явища вивчав ще наприкінці XIX століття швейцарський учений Форель. Він встановив, що сейші у своєму елементарному вигляді завдячують двом довгим хвилях, що поширюються одночасно у протилежних напрямках. В результаті замість двох хвиль з'являється "стояча хвиля", яка виглядає таким чином: якщо на одному кінці озера (затоки) – відлив, то на іншому – приплив.

Між цими крайніми положеннями рівень озера не змінюється протягом усього циклу коливань. Лінія (вертикальний розріз) по всій ширині озера, на якому немає вертикальних переміщень поверхні, називається вузловою лінією, а сейша називається одновузловою, якщо спостерігається один вузол по

Розділ 5. Динамічний режим Світового океану 75

всій довжині озера; якщо ж є два вузли - двовузлова , åñëè òðè óçëà - тривузлова і т. д. Зазвичай сейші через значні розміри водойм мають досить великі періоди коливань, але іноді цей період становить всього кілька хвилин, тоді сейші починають створювати певні проблеми в морських портах . Наприклад, у бухті Лос-Анджелеса (США) виникають хвильові коливання з періодами від 12 до 2-3 хв. Такі високочастотні коливання вже не є сейшами, а отримали назву тягуна. Горизонтальні переміщення частинок води при тягуні можуть досягати декількох метрів і хвилювання, що виникають при цьому, настільки сильні, що невидимі підводні хвилі рвуть сталеві троси, зривають кораблі з міцних якірних ланцюгів, б'ють корабель про причал. А трапляються випадки, коли кораблі, здавалося б спокійному морю та ясній погоді, гинуть у порту. Маючи малі вертикальні зміщення води, тягун практично не бачимо. Врятуватися від нього можна лише у відкритому морі. Незважаючи на тривалі дослідження, причину утворення тягуну досі не з'ясовано.

Основними причинами, що викликають утворення сейшу, є: - різка зміна атмосферного тиску; раптовий вітер, що сильно дме; випадання сильного дощу, снігу чи граду над поверхнею водного басейну; швидка зміна атмосферного тиску внаслідок припинення шквалу; паводкові стоки рік; корінні порушення морського ложа під час сильних землетрусів тощо.

Â У межах великих водних просторів (морів, бухт) на освіту сейш впливає обертальний рух Землі та сили Коріоліса. Але цей фактор не має суттєвого значення на утворення сейшів у невеликих водних басейнах.

 нашому навчальному посібнику є необхідність зупинитися на характеристиціособливих хвиль.

Áîð (àíã. bore) - деформована приливна хвиля, що спостерігається в умовах деяких річок та естуаріїв . Виявляється у формі одиночної довгої хвилі з гребенем, що перекидається, і високою швидкістю поширення (10 м/с). Висота цієї хвилі не менше 2-6 м і представляє високий водяний вал, передня сторона якого нагадує водну стіну, що рухається. Як правило, фронтальна атака хвилі йде по всьому периметру річки аж до дна. У різних районах світу ці хвилі мають різні назви. На Атлантичному узбережжі Франції (вустя річки Сени) - це явище називають “ìà-

76 Розділ 5. Динамічний режим Світового океану

скаре” – висота 1,5 м. У гирлі Конго (Африка) цю хвилю називають “калема” – висота 1,5-2 м. Вона приурочена до періоду випадання зенітальних дощів. Найсильніший бір спостерігається на річці Фучуньцзян у Китаї, висота хвилі до 6-7 м. На річці Ганг це явище називають áàðå - висота до 2 м. У класичній формі деформована приливна хвиля бор представлена ​​в гирлі річки Амазонки. Мовою народу тупи цю хвилю називають поророка, що означає “гримлива вода”. Багато жителів називають її амазуну , що означає “руйнівник човнів”, можливо, звідси походить і назва річки. Поророка приходить з Атлантичного океану, починається на мілководді і мчить з величезною силою і швидкістю по всій ширині річки проти її течії, утворюючи хвилю заввишки 4-6 м, несучи прісну воду і не змішуючись із солоними водами океану. Поророка заходить на тисячу кілометрів углиб материка, затоплює низькі береги, крушивши і руйнуючи десятки метрів берегового ґрунту та вириваючи з корінням тисячі вікових дерев амазонського лісу. Це явище супроводжується гучним гуркотом, який чути на десятки кілометрів довкола. Швидкість руху хвильового валу сягає 10 м/с. Амазуну (пороку) поширюється на всій ширині річки (10-30 км), досягаючи дна (70 м). На своєму шляху хвиля переносить мільярди тонн ґрунту, руйнуючи все і представляє страшне видовище. Поророка (амазуну) активна в лютому-березні-квітні і зазвичай приурочена до повного місяця, але триває не більше 30 хв і мчить

Центри штормового хвилювання у Світовому океані. Сучасні досягнення у вивченні режимних функцій океанічного хвилювання дали можливість виявити в межах Світового океану ряд штормових центрів, де вітрові хвилі досягають значних висот. У зв'язку з наявністю в Південній півкулі великих акваторій, у межах яких вітер здатний тривалий час впливати на поверхню океану, пріантарктична об-

ласть Південної півкулі є основним джерелом штормових заворушень. На 40-60 пд. ш. майже завжди існує не-

скільки районів штормового хвилювання, що переміщається у східному чи південно-східному напрямку зі швидкістю близько 40 км/год. Але сила і напрям вітрів цьому просторому просторі дуже стійкі у часі. Режимні хвилі тут набули широкого поширення. Найбільших значень штормові хвилі досягають поблизу “ревущих” 40-х широт, а

Розділ 5. Динамічний режим Світового океану 77

поблизу 50-60 пд. ш. в Атлантичному, Тихому, Індійському та Південному океанах. У зоні західного повітряного перенесення пріантарктичного району виділяється 5 центрів хвилювання.

1. В межах Індійського (а нині Південного океану з центром поблизуо. Кергелен) розташовується самий штормовий район Світового океану. У всі роки року тут спостерігаються найбільші висоти вітрових хвиль (до 35 м).

2. Другий район підвищеної штормової активності розташований між Новою Зеландією та Антарктидою, на околицях островів Маккуорі та Емералда. Площа цього району набагато менша за Кергеленський. У Новозеландському штормовому центрі середні висоти хвиль постійні та становлять 2-3 м, а максимальні – 20-25 м.

3. Третє місце по штормовій активності займає штормовий центр у протоці Дрейка, де висота хвиль до 20 м. Під час вітрильного флоту це був найнебезпечніший район для морського плавання.

4. Ê на північний схід від Південних Сандвічевих островів розташований четвертий центр штормового хвилювання, де максимальні хвилі досягають 15-20 м.

5. Підвищена штормова активність також спостерігається

â Південному океані, в районі від 100 до 140-го меридіана. Режимні хвилі – 5-6 м висоти, а максимальні висоти хвиль у центрі району перевищують 15 м.

Таким чином, усі п'ять центрів штормового хвилювання Південної півкулі знаходяться в зоні західного повітряного перенесення та є районами найбільш інтенсивної передачі енергії атмосфери поверхні океану.

У Північній півкулі можуть бути виділені ще п'ять центрів штормового хвилювання. Найбільш штормовими тут є помірні широти Тихого та Атлантичного океанів.

1. Потужний штормовий центр знаходиться в Тихому океані, поблизу Північної Америки, у гирлі річки Колумбія (мис Розчарування). Тут зароджуються штормові хвилі, що досягають від 4 до 10 м висоти. У цьому районі розташована служба порятунку на Тихоокеанському узбережжі США.

2. Поблизу Американського континенту в помірних широтах Атлантики біля острова Сейбл знаходиться найпотужніший штормовий центр Північної півкулі, де висоти вітрових хвиль сягають 15 м-коду.

Розділ 5. Динамічний режим Світового океану 79

3. Ще один центр розташований у водах Біскайської затоки, де хвилі сягають 6-8 м, а іноді 12-15 м. Цей центр іноді називають Галісійським.

4. Формування арабського штормового центру пов'язане з розвитком сильного літнього мусону. Висота хвиль досягає 8 м-коду.

5. Наявність штормового центру в межах Бенгальської затоки пов'язана не лише з мусонною циркуляцією, а й із циклонічною активністю, властивою для цієї частини Індійського океану. Тут висота хвиль досягає 10 м, що дуже заважало під час великих географічних відкриттів здійснювати плавання до Індії навколо Африки.

5.2. МОРСЬКІ (ОКЕАНІЧНІ) ПЛИНИ

Основні течії.Морськими (океанічними) або просто течіями називають поступальні рухи водних мас в океанах і морях на відстані, що вимірюються сотнями і тисячами кілометрів, обумовлені різними силами (гравітаційними, тертями, припливоутворюючими) (Рис. 18). Морські течії грають величезну роль життя Світового океану, в мореплаванні, сприяють обміну водних мас, зміни берегів, і навіть клімату у різних частинах земної кулі тощо.

Наявність морських течій є характерною рисою океанічних вод. Ще в далекі часи люди встановили, що вітер, що дме над морем, викликає не лише хвилі, а й течії, які відіграють величезну роль у процесі перерозподілу тепла на Землі, і виявляли особливий інтерес до вивчення.

Перші згадки про течії ми знаходимо ще у давніх греків. Аристотель описував течії в протоках: Керченському,

ÐÈÑ. 18. Основні поверхневі течії Світового океану.

1 – Гольфстрім; 2 – Північно-Атлантичний; 3 – Норвезьке; 4 – Нордкапське; 5 - Шпіцбергенське; 6 – Східно-Гренландське; 7 – Західно-Гренландське; 8 – Лабрадорське; 9 - Канарське; 10 - Північні Пасатні; 11 - Гвіанське; 12 – екваторіальні протитечі; 13 - Південні Пасатні; 14 - Бразильське; 15 - Бенгельське; 16 - Фолклендське; 17 - Антарктичне циркумполярне; 18 - Мадагаскарське; 19 - Мозамбікське; 20 - мису Голкового; 21 - Сомалійське; 22 - мусонне (літнє); 23 - Західно-Австралійське; 24 - Перуанське; 25 - Східно-Австралійське; 26 - Куросіо; 27 - Північно-Тихоокеанське; 28 – Àëÿ-

скінське; 29 - Курильське; 30 - Каліфорнійське; 31 – Трансантарктичний

80 Розділ 5. Динамічний режим Світового океану

Босфор, Дарданелли. Теофаст згадує про течію у Гібралтарській протоці. Жителі Карфагена знали про течії в Атлантичному океані. Знання про існування течій дали можливість скандинавським мореплавцям (норманам, або вікінгам) ще в IX-X століттях подолати страх і вийти у води Північної Атлантики, колонізувати Ісландії, південні частини Гренландії та узбережжя Північної Америки, назвавши його Вінланд, про що свідчать згадки у скандинавських сагах. Спостереження за течією у відкритому океані проводив Х. Колумб під час першого плавання в Америку. У XIX-XX століттяхтечії вивчалися багатьма експедиціями світу. В результаті накопичених відомостей можна сказати, що течії є складними поєднаннями різних типів неперіодичних і періодичних переміщень води. Напрямки течій змінюються в градусах і вказують, куди переміщається потік води(на відміну від напрямку вітру, що вказує, звідки він дме ). Швидкість перебігу вимірюється в метрах за секунду або у вузлах (1 вузол = 0,5144 м/с).

Свого часу видатний російський кліматолог А. І. Воєйков назвав морські течії "трубами водяного опалення" земної кулі. Колосальні маси води рухаються серед океанів і залежно від того, де вони починаються, несуть із собою тепло чи холод.

Теплі води в західних частинах океанів прямують, як правило, до полюсів і, подібно до водяної опалювальної системи, обігрівають високі широти, а на сході повертаються до екватора охолодженими. Фактично, течії грають роль планетарного енергетичного “демпфера”. Таким чином, океанічні течії - це справді грандіозні явища природи. Найпотужніша і найвідоміша морська течія - Гольфстрім - своєрідна гігантська річка в океані, яка починається ще в південних широтах, проходить через Карибське море, Флоридську протоку (зі швидкістю 7-9 км/год), перетинає Атлантичний океан і доходить до островів Шпіцберген та Нова Земля, простягаючись на 10 000 км (рис. 19). Причиною його зародження є великий нагін пасатними вітрами водної маси через Юкатанську протоку в межі Мексиканської затоки. При виході в океан потужність течії становить 25 млн м/с, що у 20 разів перевищує витрати всіх річок земної кулі. Ширина течії 75-120 км, вертикальна потужність потоку по глибині 700-800 м. Води цієї течії несуть колосальну кількість

Розділ 5. Динамічний режим Світового океану 81

МАЛ. 19. Течія Гольфстрім

тепла, яким обігрівається вся Західна та Північна Європа. Вплив Гольфстріму сильно позначається на природі Північного Льодовитого океану. Завдяки Гольфстріму на північному узбережжі Європи значно тепліше, ніж на тих самих широтах Північної Америки. В Англії, наприклад, виростають вічнозелені рослини (рододендрон, падуб, суничне дерево), а найпівнічніший з Лофотенських островів, розташований поблизу Північного полярного кола, має середньорічну температуру Кримського півострова. Роль такої ж пічки для Японських островів грає протягом Куросіо в Тихому океані. Воно теж починається в приекваторіальних широтах, прямує на північ, а біля Японських островів повертає на північний схід і йде до Аляски, формуючи там клімат “вічної осені”. Куросіо має ширину від 180 до 230 км, а глибина його вод - 600 м. На північному заході Тихого океану протікає холодна течія Оясіо (Курильське), що йде з півночі на південь вздовж східних берегів Курильської гряди і острови Хоккайдо.

Поряд із теплими течіями існують холодні. З Баффінова затоки, через Дейвіса протока у межі Атлантичного

82 Розділ 5. Динамічний режим Світового океану

океану спрямовується холодна лабрадорська течія, яка виносить туди холодні води з температурною різницею в 8-10, з наявністю численних айсбергів, що виносяться з полярних широт. Один із цих айсбергів був причиною загибелі “Титаніка” у 1912 р. Наявність Лабрадорської течії формує на сході Північної Америки на широті 55 (широта Мінська) – зону тундри, а на широті 50 (широта Києва) – природну зону степів та широколистяних лісів.

 тропічних широтах Тихого океану, біля берегів Південної Америки проходить холодна поверхнева Перуанська течія (Гумбольдта), що впливає на атмосферні процеси в цьому районі. Повітряні маси, проходячи над холодними водами течії, не насичуються вологою і приносять опадів на материк. Тому узбережжя та західні схили Анд не отримують опадів багато років поспіль. Холодні води Перуанського течії, насичені киснем та поживними речовинами, дуже багаті на органічне життя. Тут знаходиться найбільший промисел одного з видів анчоуса, завдяки чому Перу щорічно виловлює 7-10 млн т рибного багатства.

З часів Х. Колумба відомо, що пасатні вітри в тропіках збуджують потужні пасатні течії, а між північними та південними пасатами розташовується смуга штилів та слабких вітрів. У зоні слабких вітрів виявляється Екваторіальна, межпасатна, протитечія, що йде назустріч двом своїм сусідам на півночі і на півдні. Така система течій і протитеч є у всіх океанах, але в кожному зі своїми особливостями.

 Тихому океані протитечію зароджується поблизу Філіппін і рухається строго на схід, трохи на північ від екватора, між двома пасатними течіями.

 Індійському океані система екваторіальних течій зрушена на південь від екватора, зазнає сильного впливу мусонних вітрів. Протягом північної зими(грудень-січень), коли дме північно-східний мусон, тут утворюються пасатні течії та протитечі. Тільки Сомалійська течія (аналогічно Гольфстріму і Куросіо) поводиться незвичайно, широкою смугою рухаючись на південь. У літній час(липень-серпень), коли переважає південно-західний мусон, Екваторіальна протитечія зникає, а Сомалі вузьким струменем, швидше, ніж Гольфстрім, спрямовується на північ.

Винесена в заголовок фраза є буквальним перекладом японського слова "цунамі" і позначає унікальне природне явище: кілька наступних один за одним довгих океанських хвиль, що породжуються різкими усуненнями значних ділянок дна океану, спричиненими землетрусами.

Цунамі, що утворилися на великих глибинах, являють собою поперечну довгу хвилю (довжиною 100-300 кілометрів) малої висоти (не більше 2 метрів), що поширюється зі швидкістю близько 0,2 кілометра в секунду (700 кілометрів на годину), їх період дорівнює 15-60 хвилин . Але при виході на мілководді ці хвилі різко збільшуються по висоті, зменшується їхня довжина, гребені починають руйнуватися і по суті формуються величезні хвилі переміщення, до яких власне і відноситься назва "цунамі". У деяких випадках висота хвиль сягає 30-40 метрів.

Настанню цунамі на берег зазвичай передують зниження рівня моря та прихід порівняно невеликих хвиль. Потім можливе вторинне зниження рівня, і після цього приходить цунамі. За першою хвилею, як правило, приходить ще кілька хвиль більшої величини з інтервалами від 15 хвилин до 1-2 годин. Зазвичай максимальною буває третя чи четверта хвиля.

Хвилі проникають у глиб суші залежно від її рельєфу іноді на 10-15 кілометрів і, володіючи великою швидкістю, спричиняють величезні руйнування. Після отримання попередження про цунамі необхідно вивести судно у відкрите море назустріч хвилі.

У прибережних районах нерідкі випадки утворення іншого природного феномену – великих стоячих хвиль – сулоя, що означає вир, товкотнею. Невеликі сулої спостерігаються у Чорному морі (у Керченській протоці), сильніші – у вузькостях біля тихоокеанських берегів Канади, шхерах Скандинавії. Але найбільших розмірів сулои досягають у мілководних районах із сильними реверсивними течіями – у Курильських протоках, у протоках Сінгапурському, Портленд-Ферті та ін. (До 4-х метрів). Утворення сулу зазвичай зв'язують із взаємодією двох зустрічних потоків води (рис. 4.36,а.). При цьому у фронтальній зоні утворюються вихори, що виходять на поверхню у вигляді безладних хвиль, причому енергія цих хвиль тим більша, чим більша швидкість потоків.

Сулої можуть з'являтися і в результаті виходу потоку на мілководді. У цьому випадку утворюються великі градієнти швидкостей у струмені води, розриви потоку, вихори та як наслідок хвилі на поверхні (рис. 4.36,б).

Найбільшої своєї величини суло досягають під час максимальних швидкостей приливних течій. Ця залежність сулоїв від характеру припливу дозволяє дуже надійно прогнозувати їх.

Сулою дуже небезпечний для мореплавання. Судна, проходячи через сулу, відчувають неприємну безладну хитавицю, збиваються з курсу, висока хвиля може зірвати з кріплень механізми та рятувальні засоби. Перетин таких районів дрібними судами загрожує їм загибеллю.

Коли вода в морі має стрибок щільності на будь-якій глибині, то на межі між верхнім менш щільним шаром і нижнім – з різко збільшеною щільністю можуть виникнути хвилі, звані внутрішніми хвилями.

Внутрішні хвилі можуть мати висоту у кілька разів більшу, ніж поверхневі хвилі (до 90 м, період до 8 хв).

При збудженні внутрішніх хвиль спостерігається явище, відоме під назвою "мертвої води".

Судно на мертвій воді втрачає хід і за повної роботи машин може залишатися майже дома.

Поверхня моря при прямуванні «мертвою водою» в штиль набуває незвичайного вигляду. За кормою сильно збільшуються поперечні хвилі, попереду судна з'являється величезна хвиля, яку корабель змушений штовхати. На «мертвій воді» виникають майже такі ж хвильові рухи, як при дотриманні судна по мілководді. Якщо швидкість судна збігається зі швидкістю поширення вільних внутрішніх хвиль, то за свого руху судно створює як звичайні корабельні хвилі лежить на поверхні води, а й генерує хвилі лежить на поверхні розділу двох шарів – «легкого» верхнього і «важкого» нижнього. Хвиля виникає у тому випадку, коли шар розділу розташований приблизно на глибині кіля. При цьому водні маси верхнього шару товщиною, що дорівнює осаді судна, рухаються у зворотному напрямку і викликають втрату швидкості корабля, хвильовий опір сильно зростає, так як судну доводиться «тягнути за собою» хвилю, що раптово виникла. Цим явищем і пояснюється "мертва вода".

Явище «мертвої води» зустрічається повсюдно поблизу усть великих річок - Амазонки, Оріноко, Міссісіпі, Олени, Єнісея та ін. розташовується над високосоленою та щільною морською водою.

Внутрішні хвилі становлять серйозну загрозу підводній навігації. Це проявляється і в прямому, фізичному впливі внутрішніх хвиль, внутрішнього прибою на підводні човни, і в непрямому - ускладненні умов проходження звуку у воді.

Глибоке вивчення структури великих океанських течій з'ясувало, що ці потоки є далеко не "річкою в рідких берегах", як думалося раніше. Виявилося, що течії складаються з ряду струменів, що перемежуються, що рухаються з різною швидкістю. Причому в потоці Гольфстріму було виміряно швидкість 2,7 м/с (5,2 вузла). Крім того, виявилося, що по обидва боки основного потоку є вузькі протитечі (можуть досягати двох вузлів).

З'ясувалась і ще одна цікава особливістьтечій: потоки згинаються в просторі, утворюючи закрути – подібно до річкових меандрів. Меандри, збільшуючись у розмірах, переміщаються разом із течією, інколи ж відриваються від нього і рухаються самостійно. Меандри, що відірвалися, утворюють вихори різних величин. Зліва від генерального потоку вихори обертаються за годинниковою стрілкою, праворуч проти. Швидкість течії у цих завихреннях становить до 2,0 вузлів.

Спостереження показали, що, наприклад, у полі Гольфстріму утворюються по 5-8 пар циклонів та антициклонів на рік. Найбільш розвинені циклони Гольфстріму мають діаметр до 200 км і захоплюють шар водяних мас майже до ложа океану (2500-3000 м). Циклони Гольфстріму дрейфують переважно на південний захід зі швидкістю до 3 миль на добу.

Відкриття вихорів має велике значення для навігації у відкритому океані. Система циркуляції вихорів і є те реальне поле течій, яке впливає на судно, що знаходиться в океані. Проходячи райони з постійними течіями, нанесеними на гідрометеорологічні карти та атласи, судноводії повинні знати, що реальна мінливість напрямків та швидкостей течій, а отже, і фактичний знесення судна може сильно відрізнятися від дирекційного напрямку течії.

Багато мореплавців відзначали, що найчастіше, особливо у тропічних широтах, у темний час доби добре помітне свічення води, що набігає на форштевень судна; світиться вируюча вода біля бортів, обтікаючи корпус, за кормою утворюється клубочна, поступово звужується і затухає світла смуга. Світіння води виділяє на загальному тлі моря берег, скелі, рифи, мілини, буї, судна та моли.

Як з'ясували гідробіологи, світіння моря викликається переважно біолюмінесценцією морських організмів. Найчастіше зустрічається іскристе або мерехтливе світіння різноманітних одноклітинних і багатоклітинних істот планктону завбільшки від десятків мікронів до кількох міліметрів. Коли таких істот, що світяться багато, окремі точки світла зливаються в нерівномірне сяйво. Це світіння виникає при механічному подразненні організмів, наприклад, при русі тварин і риб, при ударі веслом по воді, а також при хімічному впливі.

З давніх-давен моряки, що повернулися з тропічних морів Південно-Східної Азії, розповідали про гігантські, що зустрічалися там, діаметром по кілька миль, світяться колеса, що обертаються з великою швидкістю на поверхні моря. Західноєвропейські моряки охрестили їх «диявольською каруселлю», на Сході їх називають «колеса Будди».

Поясненням цих явищ можна вважати утворення дрібномасштабних вихорів. Такі вихори і вири виникають по краях течій, у місцях стику різноспрямованих потоків будь-якого походження, де глибина невелика, сильні припливно-відливні течії і виникають внутрішні хвилі.

Падаючі вітри

Спільною назвою«падаючі вітри» поєднані прибережні вітри, які у передгірських районах деяких морів; ці вітри різних місцевостях називаються по-різному: фен, бору, мистраль, сарма. Їх поєднують такі якості, як раптовість, велика сила та характер впливу на судна. Чимало судів терпіло аварії під час борів поблизу Новоземельських берегів, біля берегів Гренландії, на рейдах таких великих портів, як Трієст, Марсель, Новоросійськ.

Швидкість падаючих вітрів досягає біля моря 40 метрів на секунду, а при поривах 50-60. Звичайно, вони становлять велику небезпеку для прибережного судноплавства, для стоянки суден на рейді та причалів, для роботи портів.

При вивченні цього явища дослідники звернули увагу на те, що бору буває, як правило, взимку, причому в тих місцевостях, де прибережні гори обмежують досить високу рівнину, яка взимку сильно вихолоджується. Над рівниною часто утворюється область високого тиску, тоді як над морем зберігається циклонічна область. Через це виникають великі горизонтальні градієнти, які рухають величезні маси холодного повітря. Внаслідок дії сили тяжіння швидкість руху повітря різко зростає за його перевалі через хребет.

Бурхливе падіння холодного повітря на поверхню бухт створює сильне хвилювання у прибережній зоні, при негативних температурах водяні бризки викликають зледеніння суден та портових споруд. Льодова броня сягає 4 метрів, що нерідко викликає катастрофічні наслідки. По вертикалі бору поширюється на 200-300 метрів, а по горизонталі – лише на кілька миль від берега.

Механізм утворення фена трохи інший. Власна назва вітру "фен" (теплий) дає ключ до розуміння природи явища. Встановлено, що фен утворюється завдяки значній різниці між атмосферним тиском у глибині суші та над морем. При проходженні циклону над морем поблизу узбережжя, як у глибині суші зберігається ядро ​​високого тиску, баричне поле формує потоки повітряних мас, спрямовані з боку суші до моря. І якщо на шляху цих потоків трапляються гори, то маси повітря, накопичуючись за хребтом, починають повільно підніматися. Температура повітря при його підйомі падає, а вологість поступово зростає і в деякій точці досягає максимуму.

На вершині гребеня, де повітря перенасичене водяною парою, він починає конденсуватися, утворюючи хмарний вал, що покриває весь гірський хребет, - виникає характерна «фенова стіна». З цієї висоти повітря прямує до моря, нагріваючись, тому на узбережжі він приходить з вищою температурою та невеликою вологістю.

Іноді за відповідних погодних умов утворюються маломасштабні атмосферні вихори – смерчі (або, як їх іноді називають – торнадо, тромби, тифони).

Звичайний смерч утворюється в такий спосіб: в результаті інтенсивних висхідних потоків повітря край грізної хмари починає підніматися, закручуючи горизонтально навколо осі, паралельної межі хмарності, - утворюється ротор невеликих розмірів. Ротор, швидко обертаючись, опускається одним кінцем (зазвичай лівим рухом хмари) до землі у вигляді вирви. Ця лійка - основна складова смерчу - являє собою спіральний вихор, що складається з повітря, що надзвичайно швидко обертається.

Внутрішня порожнина вирви діаметром від кількох метрів до кількох сотень метрів є простір, обмежений стінками; воно майже чисте, безхмарне, іноді від стінки до стінки проскакують невеликі блискавки; рух повітря у ньому слабшає. Тиск тут різко падає - часом на 180-200 мегабайт. Таке катастрофічно швидке падіння тиск спричиняє своєрідний ефект; порожні предмети, зокрема будинки, інші будівлі, шини автомобілів, при зіткненні з воронкою смерчу вибухають.

Безпосередніх вимірів швидкості вітру в смерчах немає: жоден прилад не витримує величезних прискорень. Проте фахівці з опору матеріалів вирахували ці швидкості за характером руйнувань та аварій: до 170-200 м/с, а іноді навіть 350-360 м/с – більше за швидкість звуку.

Час існування смерчу по-різному і становить від декількох хвилин до декількох годин.

Швидкість просування смерчів також різна. Іноді хмара рухається дуже повільно, майже стоїть на місці, іноді мчить з великою швидкістю. Метеорологи визначають середню швидкість пересування смерчів 40-60 км/год, але іноді ця швидкість доходить до 200 км/год. При своєму русі смерч проходить шлях, що дорівнює в середньому 20-30 км. Однак часті випадки проходження смерчів 100-120 км.

Морські водяні смерчі зазвичай виникають групами з однієї материнської хмари. Найчастіше вони утворюються і досягають найбільшої сили у грозових хмар. Іноді вони супроводжують тропічні циклони.

Смерчі видно з досить великої відстані, добре виявляються на екрані радіолокатора, і тому, побачивши наближення цієї природної освіти, судноводії повинні вжити заходів, щоб уникнути зустрічі.

На морі давно помічені рідкісні, але дуже небезпечні явища: - Втрата плавучості під час виверження підводних вулканів, яких в океанах дуже багато (при цьому утворюється водоповітряна суміш) або через прорив газу з дна моря.

ВИСНОВОК

Насамкінець слід нагадати основне правило моряка - нічого другорядного на морі немає . В даний момент часу, в даному місці найбільш сильно може проявитися дія будь-якого природного фактора, внаслідок чого наступають наслідки - аж до катастрофи.

Тому судноводій повинен завжди «вважати своє місце ближче до небезпеки» у буквальному навігаційному розумінні цього, а й у обліку всіх інших умов плавання. Навіть просте знання самого чинника впливу цих явищ на судноводство, а тим паче якісна оцінка ефекту дозволяють мінімізувати можливі негативні наслідки.

статтею « Гігантський океанічний вир ринг«. Де розповімо про те, що бувають не тільки вири у ванній або на річці, за кораблем. Ми розповімо про вири діаметром у сотні кілометрів і стійкістю в роки.

Такі гігантські океанічні вир називаються рингами. Від англійської мови ring = кільце. Тобто, якщо перекладати буквально, виходять гігантські океанічні кільця. Однак, за формою вони все ж таки нагадують всім знайомі вири у ванних. Але про все по порядку. Почнемо з витоків.

Район Тихого океану по сусідству з японськими островамиОгасавара з давніх-давен користується у моряків поганою славою. Втім, не дивно - на думку дослідників аномальних явищ, він розташований на периферії так званого "моря Диявола" - моря, не позначеного на морських картах, та й у відповідній літературі його місцезнаходження трактується досить довільно. Принаймні з цього району досить регулярно надходили повідомлення про безслідно зниклі суди.

У середині 70-х цей район привернув увагу вчених із Університету Кіото. Коли його уникають судна, варто було вивчити можливість затоплення в цьому глибоководному (глибини понад 5000 метрів) районі океану радіоактивних відходів. І ось за 400 кілометрів від Огасари ними було виявлено гігантський вир — його радіус становив близько 100 кілометрів. Дослідження показали, що вир піднімається з глибини 5000 метрів до поверхні океану.

У центрі цієї гігантської вирви є западина, рівень води в якій на кілька десятків метрів нижче рівня океану. За підрахунками океанологів, енергія цього виру в 10 разів більша за енергію звичайної течії. І ще одна дивина, що поки не знайшла жодного пояснення: приблизно раз на 100 днів цей вир змінює напрямок свого обертання.

Отже, води Світового океану рідко бувають спокійними. Крім бур, штормів і хвиль гігантської руйнівної сили - цунамі в океані існують потужні горизонтальні течії як поверхневі, так і підводні. Гольфстрім, наприклад, переносить гігантську кількість теплої води, обігріваючи західне та північне узбережжя Європи.

Але нас зараз цікавлять вертикальні течії, що призводять до виникнення в океані тих найбільших вир. Як і в океані повітряному, з'являються вони внаслідок вертикальних рухів водних мас, обумовлених різницею щільностей води, що виникає через різницю температур водних шарів або їх різної солоності (тепла вода легша за холодну, солена вода важча менша від солоної).

Такі вертикальні переміщення води спричиняють появу гігантських вир, званих рингами. Причому ці вири мають всі ті особливості, які відрізняють вир повітряні, а саме - в Північній півкулі, в центрі циклонічних вир, що обертаються проти годинникової стрілки, відбуваються підйом глибинних вод і їх опускання на периферії виру. У Південній півкулі такий же вертикальний рух вод призводить до виникнення вир, що обертається за годинниковою стрілкою. У разі опускання водних мас у центрі виру в Північній півкулі виникає рух води за годинниковою стрілкою, а в Південній півкулі - проти.

Подібні гігантські вири виявлені і в районі Бермудського трикутника, поблизу Шрі-Ланки і навіть біля берегів Антарктиди. У центрі таких вир є досить глибока западина: наприклад, біля Шрі-Ланки її глибина перевищує 100 метрів. Зі супутників зафіксовано глибини западин до 200 метрів.

Хоча легенди про такі вири відомі вже кілька століть, перші інструментальні виміри вихорів у відкритому океані були виконані 1970 року в тропічній Атлантиці на морському полігоні «Полігон-70» експедицією Академії наук СРСР. Морські водяні вихори живуть набагато довше повітряних, але, в цілому, мають однакові властивості: тимчасовий характер, циклічне зародження, переміщення та руйнування всередині більших циркуляцій.

Отже, виявлено ринги порівняно недавно, у сімдесятих роках минулого століття. Як показали дослідження, океанічні вихори можуть існувати досить тривалий час, що обчислюється місяцями і, на думку вчених, роками. Їхні діаметри можуть становити десятки і навіть сотні кілометрів. Незалежно від того, в який бік, за годинниковою стрілкою або проти, обертається водний вихор, поверхня його за рахунок відцентрової сили не буде горизонтальною, центр вихору при цьому може лежати на десятки метрів нижче за рівень океану, що зазначає апаратура, встановлена ​​на штучних супутниках Землі.

Механізм утворення рингів повністю ідентичний механізму утворення повітряних вихорів. Головними діючими об'єктами цього механізму є магнітне поле Земліі рухаються в ньому молекули води(мають частковий позитивний і негативний заряди) і заряджені позитивно і негативно частинки солей, які при своєму переміщенні в магнітному полі Землі набувають обертального руху. Природно, чималу роль відіграють вже згадані відмінності в щільності теплої, холодної, солоної і менш солоної води.

Безпосередньо спостерігати цілком гігантське океанічне утворення - ринг - можна лише з орбіти штучного супутника Землі. Моніторинг океанічних вир здійснюють в ході проведення експедицій за допомогою приладів, що вимірюють швидкості морських течій на вчених глибинах, що цікавлять. Наприклад, експедиція "Полігон-70" розмістила у південній частині північної пасатної течії Атлантичного океану близько двохсот вимірювачів, дані з яких фіксувалися протягом півроку. Надалі всю цю інформацію звели докупи і обробили на комп'ютері. Результати обробки переконливо довели наявність гігантського водяного вихору з антициклонічним характером обертання.

Потім лише в Північній Атлантиці таких рингів було виявлено близько 10. Їх виникнення пов'язане з Гольфстрімом, який, пройшовши мис Гаттерас, відходить від узбережжя Північної Америки і починає утворювати петлеподібні вигини-меандри. Деякі з меандрів відриваються від основного потоку і стають самодіяльними вихорами, швидкість перебігу в яких може досягати 4 і більше кілометрів на годину. Яхта або пліт, потрапивши під час тривалого штилю в такий вир діаметром 150-300 кілометрів, через кілька діб, проробивши достатньо великий шлях, може виявитися майже на тому самому місці. Дрейф самого такого виру дуже незначний і рідко перевищує 3 кілометри на добу.

У ході дослідження рингів було встановлено, що вихори, що відокремлюються від Гольфстріму з його південного боку, відрізняються від навколишніх теплих вод Саргасового моря тим, що в їхньому центрі нижча температура. Ті ж вихори, які відокремлюються від північної сторони Гольфстріму, мають тепліший центр.

Ринги з теплим центром зміщуються зазвичай зі швидкістю до 5 кілометрів на добу. Існує такий ринг близько року, потім, знову опинившись у районі мису Гаттерас, вливається до Гольфстріму. Дрейф рингів з холодним центром переважно південно-західний. Місце зникнення - біля східного узбережжя п-ва Флорида, термін існування - у 2-3 рази довше. Вдавалося відстежувати ринги, котрі живуть до 4-5 років.

У центрах холодних рингів часто виникають тумани, що відрізняються надзвичайно великою тривалістю: адже тут океанський вир піднімає з глибин 2,65-3,5 кілометра до поверхні воду з дуже низькою температурою. При охолодженні теплого повітря, що торкається холодної водної поверхнею, відбувається процес конденсації водяної пари, збільшення концентрації якого і є причиною погіршення видимості.

Таким чином, не хотілося б потрапити в гігантський океанічний вир ринг.

Хіба що зверху подивитись. Для чого пропонуємо вам ознайомитись з наступним відео:

Це, звичайно, не вир діаметром 100 кілометрів, але все одно вражає.

Джерела: П. МАНТАШ'ЯН, «Наука та життя» №5, 2008 рік. Тетяна САМОЙЛОВА, журнал Колумб № 15 (2005)

Течії, що виникають при південно-західному вітрі, викликають значний нагін води в Таганрозькій затоці. Після припинення вітру в затоці на деякий час встановлюються сильні компенсаційні течії швидкістю до 1,5 вузла та більше. (Лоція Азовського моря)

На всіх приливних картах, в атласах та таблицях припливних течій особливим чином відзначені або прямо наведені періодичні припливні течії. Фактично приливні течії - єдиний вид періодичного руху вод, природа якого відома, та її розрахунок і прогноз не викликають труднощів.

Але, як правило, незважаючи на точне позначення швидкості та напрямки припливної течії на карті або в таблиці, значення цих величин не завжди збігаються з реальними. Справа в тому, що приливні течії обчислені шляхом фільтрації та виключення неперіодичної складової, адже остання може в десятки разів перевищувати швидкість періодичної течії і змінювати її напрям аж до протилежного. Виключають її з розрахунку лише тому, що значення цієї складової наперед важко розрахувати.

Основна причина виникнення неперіодичних течій – вітер. Всі зміни швидкості та напрямки вітру у кожній точці моря, просторова та тимчасова неоднорідність поля вітру над акваторією миттєво відбиваються на полі течій у всьому басейні. Тому вітрові течії найскладніші до розрахунку.

У розділі "Неперіодичні коливання рівня моря" ми трохи зупинилися на теорії дрейфових течій Екмана. У 1905 році, вирішуючи завдання про вітрову течію у відкритому морі, Екман зробив низку важливих припущень. Їм було прийнято, що: а) вода несжимаемая, її щільність постійна; б) згону та нагону, води не відбувається і поверхня моря горизонтальна; в) глибина моря нескінченно більша. Вирішивши початкові рівняння руху води, Екман дійшов уже розглянутих нами висновків щодо вітрових течій, які загалом непогано узгоджуються з даними численних спостережень у відкритому океані.

Однак поблизу берега, тобто там, де судноплавство найбільше ускладнене, основні припущення теорії Екмана не дотримуються, тобто ця теорія не додається до явищ, що відбуваються в прибережній зоні моря. Ідеальна картина, намальована математиком, починає змінюватись.

Внаслідок перенесення води до берегової лінії рівень моря підвищується (або знижується - при відпливі вод). При цьому створюється нахил рівненої поверхні, який викликає течію, яка називається градієнтною. З теорії дрейфових течій випливає, що напрямок потоку води щодо напряму вітру залежить від глибини води в цьому місці. При досить великій глибині поблизу берега нагін або зганяння, а значить, і градієнтна течія виникають тільки в тому випадку, якщо вітер дме під деяким кутом до берега, оскільки в глибокому морі повний потік при дрейфовій течії спрямований вправо щодо вітру (див. рис. 1). ). Очевидно, що в умовах великої глибини нагону або згону біля берега не відбувається, якщо вітер дме перпендикулярно до берегової лінії. І навпаки, нагін досягає максимального значення при вітрі, що дме вздовж берега, що знаходиться праворуч (якщо дивитись у напрямку вітру).

Відповідно до цього змінюється і швидкість градієнтної течії. Ця течія в прибережній зоні охоплює всю товщину води від поверхні до дна, накладаючись на дрейфову течію. В результаті виникає так звана сумарна прибережна течія, швидкість якої визначається як геометрична сума швидкостей градієнтної та вітрової течій.

Біля глибокого прямовисного берега спостерігається картина течій, представлена ​​на рис. 3. У шарі води товщиною D розвивається поверхнева течія, яка є сумою течій: змінного по глибині вітрового та постійного градієнтного. Нижче глибини D швидкість дрейфової течії практично дорівнює нулю, і до глибини D" потоки глибинної течії визначаються тільки градієнтом рівня: тут спостерігається суто градієнтна течія, спрямована вздовж берега.

У придонному шарі від глибини D" до дна швидкість течії починає зменшуватися, а потік відхиляється вліво від напрямку загального перенесення води. У цьому випадку рельєф дна значно впливає на швидкість води. Внаслідок тертя між дном і водою її потік гальмується.

У природних умовах, як правило, не існує стіноподібного берега та ще з великою глибиною поблизу. Тому справжня картина вітрових течій біля берега, за спостереженнями океанологів, інша.

Мал. 3.

1 - поверхневий перебіг; 2 - глибинний перебіг; 3 - придонний перебіг

По-перше, кут відхилення вітрової течії від напрямку вітру не залишається постійним, а залежить від глибини моря та сили вітру. Зі зменшенням глибини (при незмінній силі вітру) кут відхилення напрямку течії від напрямку вітру зменшується, напрямок течії наближається до напрямку вітру. При постійної ж глибині моря кут зменшується зі збільшенням сили вітру.

Мал. 4.

Мал. 5. Зміна кута а відхилення напрямку поверхневих течій (а) та вітрового коефіцієнта К (б) залежно від напрямку вітру щодо берега та відстані від нього (приглиблена зона)

По-друге, швидкість течії при одній і тій же силі вітру збільшується із зменшенням глибини води в цьому місці. Для зручності практичних розрахунків океанологи ввели поняття вітрового коефіцієнта K, який є відношенням швидкості v t поверхневої течії до швидкості v вет вітру, що його викликав. Наведені спостереження показали, що значення К і також сильно залежать від азимуту вітру, тобто від того, який напрямок щодо берегової межі має вітер, якщо відраховувати за годинниковою стрілкою від нормалі до берега (якщо дивитися з боку моря), і від того, глибокий або дрібний берег в даному районі. При глибинах 35 - 40 м море вже можна вважати глибоким, при менших глибинах воно є мілководним.

На рис. 4 і 5 дано значення кута а відхилення напрямку поверхневих течій від напрямку вітру та вітрового коефіцієнта K при різних азимутах вітру відповідно для мілководної зони та приглибного берега. Цікаво, що при вітрах, що дмуть уздовж берега або за напрямом, близьким до цього, вітровий коефіцієнт досягає максимальних значень. Протилежна картина спостерігається при вітрах, що дмуть нормалі на берег або від берега. І тут вітровий коефіцієнт має мінімальні значення. Дослідження показали, що ширина зони впливу берега на вітрові течії в окремих випадках перевищує 35 миль. Слід зазначити, що з обчисленні значень вітрового коефіцієнта, наведеного на рис. 4, 5, швидкість вітру виражена в метрах на секунду, а швидкість течії - на сантиметрах на секунду.

Наведені результати отримані головним чином для вітрів середньої сили (4 - 7 балів), проте встановлено, що значення вітрового коефіцієнта практично не залежать від сили вітру, а кут лише трохи зменшується з посиленням вітру. Отже, цими графіками можна користуватися за будь-яких швидкостях вітру - до штормових. Тільки при дуже слабких вітрах (1 - 2 бали) можна очікувати деякої похибки при визначенні значень К і а за графіками, але при таких вітрах течії через їхні малі швидкості не становлять практичного інтересу.

На більшу увагу заслуговують зміни значень вітрового коефіцієнта К і кута а при різній тривалості дії вітру. Численні спостереження над розвитком течій у прибережній зоні моря дозволили зробити висновок, що в мілководних районах час встановлення швидкості значно більший, ніж у глибоководних: інтервал часу, необхідного для повного розвитку швидкості течії в глибоководній зоні, становить 3 - 4 години, в мілководній він доходить до 16 - 18 годин. На рис. 6 коефіцієнт Т характеризує відношення миттєвої швидкості течії до швидкості потоку, що встановився. Дивно, що час досягнення швидкістю перебігу максимального значення залежить від швидкості вітру.

Мал. 6.

Мал. 7.

і віл „ - швидкість поширення хвилі; v - швидкість переносного руху

Дані на рис. 4 - 6 значення величин K, а Т отримані для Балтійського моря, тому стосовно інших морських басейнів ними потрібно користуватися з відомою обережністю, але загальні закономірності явища властиві всім мілководним морям. Ці закономірності можна сформулювати так: на поверхні потоки води спрямовані за вітром і обумовлені власне вітровим плином, а в придонному шарі - проти вітру і визначаються градієнтною течією. Для глибокого берега основний нагін або згін створюється вітром, що дме вздовж берегової лінії. Для мілководного узбережжя вітер, що дме паралельно берегової межі, не створює нахилу рівня та градієнтних течій. Максимальний нагін і викликані ним градієнтні течії спостерігаються при вітрі, що дме перпендикулярно березі.

У сумарне прибережне протягом певну частку вносить і хвильовий потік - переносний рух водної маси в поверхневому шарі, що викликається вітровим хвилюванням. Хвильовий потік спрямований вздовж напряму розповсюдження вітрових хвиль. Причиною його виникнення є петлеподібний характер траєкторій частинок води у реальній вітровій хвилі (рис. 7). Швидкість переносного руху води однакова всім частинок, лежачих однією глибині; вона залежить від висоти та періоду хвиль і дуже швидко згасає зі збільшенням глибини. Тому течії у поверхневих шарах води поблизу берегів є складною композицієюбагатьох факторів.

Важливе значення мають рельєф берегової зони, наявність островів та западин. Так, мореплавцям неодноразово доводилося стикатися з одним, на перший погляд, дивовижним чинником. При вітрі, що дме з моря поблизу островів, рівень води падає не тільки з підвітряного, але і з навітряного боку. Це парадоксальне явище, що здається, пояснюється досить просто: вітер зганяє всю воду з того району моря, де знаходяться ці острови, до інших навітряних берегів, тобто вода перерозподіляється не тільки поблизу розглянутих островів, а й у всій водоймі.

Зрозуміло, що при плаванні поблизу островів дуже важливо знати напрями та швидкості потоків. У мілководних районах при загальному перенесенні води вітром острови обтікаються з усіх боків, як перешкода. Швидкості та напрями потоків води поблизу берега острова залежать від глибини моря, розмірів та конфігурації острова та його розташування щодо потоку. Зміна течій відбувається безпосередньо поблизу острова.

У штормову погоду поблизу островів на мілководді судноводії плавати не ризикують. Інша справа - плавання в океані, де великі острови можуть бути природним укриттям від штормового хвилювання. І справді, з підвітряного боку острова можна надійно сховатися від сильного шторму.

Але при цьому слід врахувати, що проведені океанографічні спостереження свідчать про існування замкнутої аномальної циркуляції навколо океанічних островів. Наприклад, напрямок течій навколо островів Тайвань, Ісландії, Курильських протилежний напряму загальної циркуляції вод у прилеглій області океану. Однією із причин, що призводять до виникнення такої аномальної циркуляції, є завихренність вітрового поля над великою океанічною областю. У більшості випадків аномальна циркуляція течій навколо острова в північній півкулі спрямована за годинниковою стрілкою, тобто має антициклонічний характер, тоді як загальна циркуляція в області океану, що включає острів, має напрямок проти годинникової стрілки.

Завихренність та неоднорідність вітрового поля у просторі та зміни інтенсивності та напрямки вітру за сезонами року призводять до появи в окремих районах моря локальних циркуляційних утворень, що відрізняються у напрямку від течій у всьому морі. Такі течії, що утворюються внаслідок дії бризових та мусонних вітрів. Час їх дії, напрямки потоків визначаються періодом та швидкістю дії вітру. Ці періодичні вітри можуть бути причиною виникнення цікавіших явищ.

Прикладом є аномальна циркуляція у південно-східній частині Чорного моря. Поверхневі течії в Чорному морі, як і у всіх морях північної півкулі, найчастіше спрямовані проти годинникової стрілки і, притискаючись до берегів, охоплюють прибережну зону шириною приблизно 20 миль. Основною причиною виникнення таких течій є система вітрів над морем та інтенсивний стік річкових вод.

У південно-східній частині Чорного моря в 1937 році було відкрито кругову течію протилежного напрямку, тобто за годинниковою стрілкою. Центр його розташований приблизно за 40 - 50 миль від Батумі, і воно тісно стикається з прибережною течією. Детальне вивчення його показало, що течія має цікаві властивості. Насамперед це система течій, у якій влітку температура поверхневого шару води значно вища, а проміжного шару - нижче, ніж середня температура води по розрізу від Батумі на Ялту. Солоність води тут нижча за середню.

Посилення штормової діяльності над Чорним морем сприяє посиленню прибережної течії, з одного боку, і викликає послаблення течій в антициклонічній ділянці - з іншого. Взимку у період максимальної інтенсивності атмосферної діяльності північно-східні вітри викликають посилення циклонічної прибережної течії.

Якщо води з низькими значеннями температури і солоності піднімаються до поверхні, антициклонічний кругообіг може зникнути, і на цьому місці виникає циклонічна циркуляція. Таким чином, напрямок течії тут стає протилежним. Однак антициклонічна область влітку виражена в цьому районі значно різкіше (швидкість течії сягає 1,5 вузла), ніж циклонічна взимку (швидкість течії не перевищує 0,4 вузла).

Дрейфові течії, що виникають у морі під впливом атмосферної циркуляції, - надзвичайно складне вивчення явище. Зміна картини течій навіть у дуже невеликій водоймі відбувається під впливом неоднорідності поля вітру, різних глибин, конфігурації берегів, наявності островів і банок тощо, тому для дослідження необхідно одночасно провести велику кількість спостережень у різних точках басейну. Для таких досліджень потрібна величезна кількість судів, приладів, людей.

Враховуючи ці складності у проведенні наукових спостережень, океанологи пішли шляхом використання математичних моделейдля розрахунку вітрових течій. Потоки води в морі описуються системою гідродинамічних рівнянь, які вирішуються для великої кількості вузлів регулярної сітки, "вписаної" в географічний контур моря. Ця система дозволяє задавати та враховувати швидкість вітру у кожній точці моря, глибину, потоки на рідких межах (у протоках) та рівень на твердих (біля берегів).

Розрахунки проводяться на сучасних ЕОМ з тимчасовим кроком 5 - 10 хвилин. Відстань між суміжними вузлами сітки становить кілька кілометрів, тобто вона густо вкриває всю акваторію моря. Це дозволяє з великою точністю вловити зміни течій у морі та рівня води біля берега.

Однак складність рівнянь, велика кількість початкових і граничних параметрів, що задаються, призводять до того, що час рахунку навіть на сучасних швидкодіючих ЕОМ з великим обсягом пам'яті велике. Воно становить 5 - 6 годин для однієї вітрової ситуації у такому, наприклад, басейні, як Азовське море. Зрозуміло, що з метою прогнозу течії такі розрахункові схеми не використовують. Крім того, в основу розрахунку слід закласти прогноз вітру, який має власну помилку. Тому розрахункові схеми широко застосовують щодо режимних характеристик течій: при цьому як полів вітру використовують обгрунтовані посередні характеристики вітрового потоку. Розрахункові схеми течій публікуються у атласах, довідниках, гідрометеорологічних картах.

Але повернемось до прибережної циркуляції. Як ми вже встановили, в результаті дії вітру і хвильового перенесення течії, що утворюються, можуть викликати підвищення рівня води біля берега. Зі збільшенням рівня води починають розвиватися звані компенсаційні течії, спрямовані від берега, швидкість яких із зростанням рівня води збільшується. Ці компенсаційні течії є ланкою, що замикає цикл переміщення мас води. Зрештою настає встановлений режим, у якому кількість води, що надходить до берега, дорівнює кількості води, що йде в море.

Компенсація нагону у природі може бути двома шляхами: як протитечій і розривних течій. Гіпотетично протитечія можна уявити так: поверхневий перебіг, утворений вітром, що дме до берега, створює підйом води біля берегової лінії. Різниця тиску, що утворилася внаслідок цього підйому рівня води, змушує воду в придонному горизонті рухатися від берега у бік відкритого моря.

Мал. 8.

а - поблизу природних перешкод; б - при різноспрямованих потоках

У реальних умовах у дрібному морі під протитечією розуміють не зворотний потік чистому вигляді, а ту тенденцію до зворотного перенесення частинок води, що створюється нахилом рівня, т. е. перепад тиску створює перешкоду для поступального руху води при нагоні: воно уповільнюється і може остаточно припинитися. Якщо розглядати берегову зону загалом, це уявлення цілком припустимо, проте у приурезовой зоні воно порушується ефектом розривних течій.

Розривні течії на відміну компенсаційних протитеч є яскраво вираженими узколокалізованими потоками, які можуть охоплювати всю водну товщу від поверхні до дна. У природі вони спостерігаються у вигляді вузьких струменів, що загасають у міру віддалення від берега.

Основна причина виникнення розривних течій - звивистість берегової межі та нерівномірність нагону води вздовж берега. При цьому в процесі нагону створюється сильний вздовж береговий потік: вода накопичується в нерівностях рельєфу дна, поблизу мисів і кіс, що є природними перешкодами її руху. У цих зонах утворюється ділянка підвищеного рівня, і в момент, коли сила, викликана різницею рівнів біля берега та в морі, перевищує силу потоку, виникає розривна течія (рис. 8, а). І справді, у природі розривні течії найчастіше спостерігаються біля виступаючих точок берега. Разом з тим, у відмілих берегів картина виникнення протитечій може бути інша: складність топографії підводного берегового схилу навіть біля берега з правильно порізаною береговою лінією призводить до того, що напрямок уздовж берегових течій неоднаковий на суміжних ділянках берега. Виникають різноспрямовані потоки, які під час зустрічі створюють розривні течії (рис. 8,6).

Розривні течії порівняно легко виявляються по завихрення на межах їх потужних струменів, розривів у лінії прибережних бурунів і різко виділяється каламутності головної частини. На малих глибинах розривні течії захоплюють усю товщину води від поверхні до дна. На великих глибинах, як і всі стічні течії, вони переходять у поверхневі шари. Максимальні швидкості розривних течій на поверхні становлять приблизно 1 метр на секунду.

На інтенсивність розривної течії сильно впливає показник увігнутості бухти або затоки (відношення її довжини до ширини вхідного стула). Чим більший цей показник, тим значніший вітровий нагін, а значить, струмінь розривної течії потужніший і тому далі проникає в море.

У силу локальності і високих швидкостей ці течії становлять мореплавців у прибережній зоні серйозну небезпеку. Судно, що опинилося в зоні розривних течій, може бути знесено з курсу, а при прямуванні вздовж берега судноплавним каналом - викинуто на брівку. Ці чинники необхідно враховувати під час плавання у зонах, небезпечних з погляду умов формування розривних течій.

І ще одну небезпеку несуть із собою розривні течії: в окремих районах ці течії спостерігаються у вигляді сильних струменів придонних течій, їхня швидкість досягає 10 метрів на секунду. При цьому донний потік згладжує нерівності рельєфу навіть у міцних корінних породах, а згодом виробляє жолоби, що відходять від берега на кілька миль, спричиняє розриви в тілі підводних уздовж берегових валів, руйнує стінки судноплавних каналів. Такі різкі післяштормові зміни морфології прибережних районів перешкоджають схемі переміщення наносів, що склалася, і призводять до утворення мілин і банок у найнесподіваніших місцях.

Нарешті, морях і океанах, крім вітрових, можуть існувати течії, зумовлені процесами проникнення води через межу поділу вода - повітря. Ці течії, звані течіями поверхневих розділів, визначаються переважно опадами, випаровуванням, конденсацією. Власна швидкість цих течій, зазвичай, вбирається у 1 -- 2 сантиметрів на секунду, тобто перешкодою для плавання, але такі течії служать свого роду спусковим механізмом інших явищ.

Зокрема, за безвітряної погоди ці течії сприяють інтенсивному перемішуванню вод та утворенню водних мас з різною щільністю. Після цього набирає чинності найпотужніша сила руху вод в океані - сила градієнта щільності, і виникає великомасштабна циркуляція, в яку залучаються великі та малі маси води.

При збільшенні або зменшенні маси води в будь-якій водоймі, з'єднаній з іншою вузькою протокою, у цій вузькості виникають сильні течії. Наприклад, у реальних умовах випадання опадів і випаровування в Азовському морі внаслідок зміни різниці рівнів води Азовського та Чорного морів у Керченській протоці можуть виникати течії зі швидкостями 20 – 30 сантиметрів на секунду, що становить небезпеку для плавання. У недалекому минулому в затоці Кара-Богаз-Гол щорічно випаровувалося до 5 мільярдів кубічних метрів і потік води, що компенсує, в однойменній протоці досягав швидкості 2,5 метра в секунду.

Отже, такі процеси не можна скидати з рахунків під час прямування вздовж берега поблизу вузьких гирл великих заток і лиманів.

Коливальні рухи всієї маси води у водосховищі чи озері називають сейшами. Поверхня води при цьому набуває ухил то в один, то в інший бік. Вісь, навколо якої коливається поверхня водоймища, називається вузлом сейші. Сейші можуть бути одновузлові (рис. 40, і),двовузлові (рис. 40, б)і т.д.

Мал. 40. Сейші

Сейші виникають при різких змінах атмосферного тиску, проходження грози, при різких змінах сили та напрямки вітру, здатних розкачати масу води. Водна маса, прагнучи повернутися до колишнього положення рівноваги, входить у коливальний рух. Коливання під впливом тертя поступово згасатимуть. Траєкторії частинок води в сейшах подібні до траєкторій, що спостерігаються в стоячих хвилях.

Найчастіше сейші мають висоту від кількох сантиметрів до метра. Періоди коливань сейш можуть бути від декількох хвилин до 20 год. Наприклад, у приплотинній частині Цимлянського водосховища спостерігаються одновузлові сейші з періодом 2 год та висотою 5-8 см.

Тягун є резонансними хвильовими коливаннями води в портах, бухтах і гаванях, що викликають циклічні горизонтальні рухи суден, що стоять біля причалів. Період коливань води при тягуні від 05 до 40 хв.

Тягуни створюють довгоперіодні стоячі хвилі, де частинки води рухаються орбітами вузлів. Однак під вершиною та підошвою хвилі рух їх спрямований вертикально. Період коливання поверхні води та швидкість руху частинок залежать в основному від конфігурації берегів та глибини басейну.

Порт не є повністю замкнутим басейном, він повідомляється з відкритою водоймою або морем порівняно вузьким проходом. Будь-яке коливання води у цьому проході під впливом зовнішніх сил викликає власні коливання води у басейні. Зовнішніми силами можуть бути:

післяштормова довгоперіодна зиб; баричні хвилі, що виникають після швидкого виходу циклону та антициклону з моря на сушу;

внутрішні хвилі, що утворюються під дією штормів у відкритому морі або озері, які, наближаючись до мілководдя, виходять на поверхню і проникають на акваторію порту. Якщо період зовнішньої сили близький до періоду своїх коливань води портової акваторії, ці коливання швидко наростають і досягають максимальної величини. Після припинення дії зовнішніх сил коливання згасають.

Залежно від того, в якій точці тягуна знаходиться судно, воно відчуває горизонтальні або вертикальні переміщення. Якщо розміри судна і місця кріплення швартовів такі, що його власних коливань близький чи збігається з періодом сейш, виникають сильні резонансні руху. Причому поруч може знаходитися судно, яке практично не зазнає дії тягуна, оскільки воно відрізняється від першого розмірами, масою, періодами хитавиці та власних коливань.

Під час тягунів пасажирські судна змушені відходити на рейд, оскільки стоянка біля причалів стає неможливою, а вантажні – припиняти роботи. Навіть при дуже маленьких прискореннях у русі судна виникають ударні сили, здатні пошкодити його корпус. Тягуни впливають на судна неоднаково, тому судноводії повинні знати їх особливості в даному порту, період коливань води в акваторії, а також особливості поведінки судна при тягучі.

При зміні обсягу води (приходу та витрати), а також під час руху водної маси в озерах відбуваються коливання рівнів води. Чим більша зміна водного обсягу, тим більша амплітуда коливань рівня води (вона може бути від 2-3 см до кількох метрів).

Величина коливань рівня багато в чому залежить від площі та характеру берегів озера. Протягом року у окремих кліматичних зонах періоди коливань рівня бувають різні. У північних широтах найбільші коливання бувають на початку літа та найменші наприкінці весни. На північному заході європейської частини СРСР протягом року максимальні рівні бувають навесні та восени і мінімальні - взимку та влітку. В озерах середньої частини Сибіру (наприклад, на Байкалі) найбільший рівень настає влітку, а найменший восени, взимку та навесні.