Волнение водной поверхности

Волнение водной поверхности – частный случай ритмических колебательных движений в природе. При движении одной жидкой массы по другой на плоскости их соприкосновения неизбежно возникают волны.

Волнение водоемов вызывается движением над ними воздушной массы – ветром. При малых скоростях ветра (около 0,25 м/сек) от трения воздуха о воду возникает рябь – система мелких равномерных волн. Они появляются при каждом порыве ветра и мгновенно затухают. При усилении ветра вода испытывает не только трение, но и удары, и при скорости ветра больше 1,0 м/сек устанавливаются волны.

Правильная волна, то есть такая, вершина которой не сорвана ветром, имеет трохоидальную форму. Все водные частицs? Равномерно двигаясь, описывают круговые орбиты около уровня равновесия. Движутся частицы в одну сторону.

В каждый отрезок времени они находятся в разных точках орбиты, это и есть система волн.

Следовательно, волнение представляет собой колебание водной поверхности вверх и вниз около среднего уровня.

Правильная волна характеризуется следующими элементами:

Подошва – наиболее низкая часть волны;

Гребень – самая высокая часть волны;

Крутизна волны – угол между ее профилем (склоном) и горизонтальной плоскостью;

Высота волны – расстояние по вертикали между подошвой и гребнем;

Длина волны – расстояние между двумя подошвами или двумя гребнями.

Быстрота продвижения волн характеризуется их скоростью и периодом.

Скорость волны – расстояние, пробегаемое гребнем (или подошвой) в единиwe времени, обычно в секунду.

Период волны равен промежутку времени между прохождением через одну и ту же точку двух последовательных гребней или подошв.

Наибольшие ветровые волны образуются в южном полушарии, где океан непрерывен и где западные ветры постоянны и сильны. Здесь волны достигают 13 м высоты и 400 м длины. Скорость таких волн характеризуется величиной в 20 м/сек, период – 20 сек. В морях волн меньше, даже в Средиземном море они достигают только 5 м.

Под действием ветра волны деформируются. Прежде всего от ударов ветра нарушается трохоидальная форма, гребень срывается, образуются «барашки». При этом поверхностные частицы получают некоторое поступательное движение. Предмет (например, лодка), находящийся на воде, перемещается благодаря эффекту парусности.

При приближении к берегу на мелководье в результате трения о дно скорость ветра убывает, но возрастает их высота и крутизна. У самого берега волны опрокидываются и образуют прибой. Ветровые волны несут огромную и неисчерпаемую энергию.

Огромные волны – цунами – возникают от землетрясений, моретрясений и извержений прибрежных или подводных вулканов. При взрыве вулкана Кракатау в 1883 году образовалась волна высотой 35 м и длиной 524 км. Она перемещалась со скоростью 189 м/сек. Через 23 часа 31 мин она достигла мыса Горн, конечно, уже сильно ослабленная и уменьшенная.

Тепловой режим океанов

Океаносфера получает тепло от солнечной радиации. Придонная сфера океана, по крайней мере в срединных хребтах, воспринимает внутреннее тепло Земли. В рифтах Красного моря и Срединно-Атлантического хребта обнаружена горячая вода (рассол) с температурой 56,58 и даже 72⁰ С, обогащенная растворенными металлами. Однако участие этого тепла в климате океана четко не прослеживается. Климат океана определяет прежде всего температура воздуха.

Границы климатических зон в океане из-за подвижности воды не столь отчетливы, как на суше. В настоящее время они проводятся по океаническим фронтам. В умеренном климате северного полушария выделяются все четыре времени года, причем зима приходится на январь-март, весна - на апрель-июнь, лето - на июль-сентябрь, осень - на октябрь-декабрь. В Арктике зима длится 6-7 месяцев, с ноября по май, лето только 4-6 недель, с августа по сентябрь.

Средняя температура Мирового океана составляет 17,54⁰С (это только на 3,54 ⁰ С выше, чем на всей Земле: 14 ⁰ С на высоте 2 м от земной поверхности). В Северном полушарии океан на 3 ⁰ С теплее, чем в южном, что объясняется характером циркуляции водных масс: к северу от экватора преобладает меридиональный перенос, а в южном - зональный. Диссиметрия динамики создает диссимметрию поля температуры.

В северной части Атлантического и Тихого океанов меридиональной циркуляцией выносятся огромные массы хорошо прогретой воды жаркого пояса. У 40 ⁰ с.ш. температура воды выше на 2⁰ С, а у 60⁰ с.ш. – на 4⁰ С температуры этих широт южного полушария. Переход через 0⁰ С в южном полушарии наблюдается между 60 и 65 ⁰ ю.ш., а в северном – между 70 и 75 ⁰ с.ш.

Самый теплый – Тихий океан, его средняя температура составляет 19,3⁰ С; затем следуют Индийский океан – 17,2⁰ С, Атлантический океан – 16,5 ⁰С и Северный Ледовитый океан – около 0,7⁰ С. Разница климатов объясняется их географическим положением.

На 53 % поверхности Мирового океана температура воды выше 20 ⁰ С, и только 17 % его площади занято холодной водой.

Хотя максимальное количество солнечной радиации океан усваивает в тропических зонах, самая высокая годовая температура (27,4 ⁰ С) свойственна зоне от 5 до 10 ⁰ с.ш.

За пределами узкой экваториальной зоны температура воды верхней сферы определяется течениями, так что ход гидроизотермы вполне соответствует циркуляционным системам.

Течения в зависимости от температуры воды бывают нейтральными, теплыми и холодными. Это деление основано не на абсолютной, а на относительной температуре воды. Теплыми называются течения, температура воды в которых выше, чем в окружающих акваториях. Вода холодных течений холоднее сопредельных с ними частей океанов. Теплые течения в полярных широтах несут воду более холодную, чем холодные течения в тропиках. Например, в августе теплое течение у берегов Шпицбергена имеет температуру около 8⁰ С, а холодное у Канарских островов около 21⁰ С. Но не участвующая в течениях вода у Шпицбергена покрыта льдом, а в районе Канарских островов нагрета до 25⁰ С.

В умеренном поясе северного полушария, наоборот, холодными оказываются западные части океанов, где проходят Лабрадорское и Курильское течения. Восточные области океанов согреваются Североатлантическим и Северотихоокеанским течениями. Даже в зимние месяцы температура воды в них составляет от ё0 до 0⁰С. Летом на 40 ⁰ с.ш. она достигает 20⁰С.

В Южном океане, где нет влияния материков, температура изменяется строго зонально: от 10 ⁰ С на 40 ⁰С до 0 ⁰ на 60 ⁰ ю.ш. и далее понижается до границы морских льдов.

В западной части Северного Ледовитого океана вода Североатлантического течения создает положительную температурную аномалию, в остальной же части океана температура воды близка к точке замерзания и образуется лед.

По происхождению льды полярных морей могут быть:

1) собственно морские, образующиеся путем замерзания морской воды;

2) пресноводные, вынесенные реками;

3) материковые, или айсберги.

Вода с соленостью 35 ‰ замерзает при температуре – 1,9⁰ С. Море дольше, чем пресные водоемы суши, остается открытым и согревает сушу.

В Северном Ледовитом океане лед дкержится весь год и постоянно дрейфует. Южная граница подвижных полярных льдов проходит от мыса Святой Нос к западным берегам Шпицбергена, к острову Ян-Майен, по середине Датского пролива, к юго-западной Гренландии и в Девисов пролив.

В северной части Тихого океана лед образуется только на севере Берингова моря и в Охотском море. Дрейфуя, он достигает острова Хоккайдо.

В южном полушарии морские льды идут в морские широты много дальше, чем в северном. Их граница проходит южнее мыса Горн, в Тихом и Индийском океанах достигает 60-55⁰, а в Атлантическом – даже 50⁰ ю.ш.

Особенностью теплового режима океанов (в сравнении с атмосферой) является незначительные годовые амплитуды температур. Наименьшие они в экваториальной зоне близ 5⁰ с.ш. – всего 1 ⁰С. В тропических широтах амплитуда остается еще небольшой – 3 и 4⁰С, и только в холодных течениях у западных берегов увеличивается до 6 и 8 ⁰С. С переходом в умеренные широты годовая амплитуда резко возрастает и достигает в среднем 9 ⁰С. Как и на суше, здесь происходит смена времен года. Особенно ярко она выражена близ восточных берегов Азии в муссонной циркуляции, где амплитуда достигает 20⁰ и 25⁰ С.

Сезонные колебания температуры воды захватывают только верхнюю сферу, около 100 м. Ниже они затухают. Причем в акваториях с нисходящим движением воды гидроизотермы погружаются, с восходящими – поднимаются. Ниже 1 500 – 2 000 м температура остается всюду одинаковой – от 2 до 3 ⁰ С и только в Арктике падает до 0,7 ⁰ и даже до -1,4 ⁰С.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: