.

Мировой Океан и океанотехника. Характеристики морских льдов, течений и волн

Земля – это планета, более двух третей, площади которой занимает вода. Развитие человечества невозможно без использования Мирового океана в своих целях. По его голубым дорогам перевозится более 80 % внешнеторговых грузов, миллионы людей совершают деловые и Речные круизытуристические поездки на комфортабельных пассажирских лайнерах.

Приятно думать, что между крайними точками лежит истина. Никоим образом! Между ними лежит проблема!
 
И.В. Гете, XVIII век

Водные просторы являются богатейшим источником важнейших биологических ресурсов. В морях и океанах в настоящее время добывается около 70 млн тонн морепродуктов, из которых более 90 % приходится на рыбу, 3 % – на ракообразных и 6 % – на моллюсков, водоросли и других обитателей океана. И хотя доля морепродуктов составляет всего около одного процента в «рационе человечества», но на нее приходится 18 % столь необходимого для жизни белка.

В последние годы все больше плавучих и других технических средств ведут разведку и добычу нефти, газа и других полезных ископаемых шельфа морей и океанов. Доля добычи этих ресурсов в мировом масштабе с каждым годом увеличивается, а перспективы использования богатств, содержащихся под дном океана, непосредственно на дне и в его толще, становятся все более многообещающими.

Ведь океан содержит все известные на нашей планете минералы в растворенном состоянии, во взвесях, в виде донных отложений.

Человек все больше и больше стремится в океан, который полон особой жизни и скрывает массу неразгаданных тайн. Люди всегда интуитивно понимали, что океан — это источник всего сущего, и, может быть, поэтому он неизменно привлекал к себе их сердца.

История человечества неразрывно связана с изучением океана, для чего строятся специальные Классификация современных кораблей, судов и их устройствонаучно-исследовательские суда, глубоководные аппараты, плавучие станции с комплексом приборов и другие объекты океанотехники.

Чтобы жить, чтоб развиваться, должен истину признать: все, что сложно, непонятно, не спешите отвергать!
 
Катвалюк А.Л.

Согласно Морскому энциклопедическому справочнику, под «океанотехникой» понимается совокупность технических средств, сооружений, судов, надводных и подводных устройств и аппаратов, предназначенных дня утилизации минеральных энергетических и биологических ресурсов океана, для его охраны и очистки от загрязнений.

Введение

С незапамятных времен океан не только использовался человеком как источник, который обеспечивал его разнообразной пищей, но и служил удобным путем для перемещения различных грузов, вначале в прибрежной зоне, а позднее на его открытых просторах.

Развитие мореплавания способствовало росту торговли, возникновению мирового рынка, что, в свою очередь, способствовало обмену знаниями. Сложившаяся на базе разделения труда сфера международных экономических связей для своего развития определила решающую роль морского транспорта.

Миллионы тонн грузов различной номенклатуры ежегодно перевозятся морскими флотами различных стран. Эта номенклатура определяет не только назначение судна, но и его архитектурно-конструктивные особенности, способ производства грузовых операций, размеры и т.п. Все это привело к большому разнообразию транспортных судов, бороздящих моря и океаны.

Увеличение объема перевозок и, как следствие, рост количества, типов и размеров транспортных судов привели к возникновению трудноразрешимой проблемы расширения портов, углубления подходных к ним каналов, совершенствованию всего
портового хозяйства. Это стимулировало развитие вспомогательного и технического флота.

Растущая потребность человечества в биологических ресурсах привела к развитию и совершенствованию промыслового флота, вследствие чего он превратился из прибрежного в океанический.

Недостаток в большинстве развитых стран энергетических и минеральных ресурсов, истощение их в ряде регионов привели к необходимости эксплуатации разведанных ранее на континентальном шельфе морей и океанов и в прилегающих к нему акваториях открытого моря огромных запасов нефти, газа, руд различных металлов и других полезных ископаемых.

Необходимость использования этих месторождений привела к созданию специальных судов и плавучих инженерных сооружений, составляющих флот освоения шельфа морей и океанов. Этот флот принципиально отличается от традиционных морского и технического флотов.

Необходимость в познании и освоении голубого континента, когда, кроме фундаментальных, стали появляться прикладные многофункциональные задачи, вывела в океан научно-исследовательские, Классификация судов и технический надзорокеанографические и гидрографические суда.

С этих судов с помощью специального оборудования, порой уникального, глубоководных аппаратов, космических лаборатории и спутников ведутся обширные исследования, нацеленные на расшифровку тайн океана.

Такие разноплановые проблемы привели к созданию значительного разнообразия плавучих объектов и сооружений.

В результате сформировались определенные, родственные по ряду признаков, группы этих объектов, которые достаточно условно можно классифицировать:

  • транспортные суда различного назначения;
  • промысловые суда:
  • суда служебно-вспомогательного и технического флота;
  • флот освоения шельфа;
  • научно-исследовательские, океанографические и гидрографические суда;
  • учебные суда.

В каждую из перечисленных групп могут входить специальные суда или плавучие объекты, предназначенные для выполнения какой-то определенной функции. К таким специальным объектам можно отнести все береговые швартовные установки, плавучие причалы, плавучие нефтехранилища, плавучие электростанции и т.п.

Океан, колыбель жизни.

Океан грозная стихия, перед которой тысячелетиями в боязни отступал человек.

Океан единственная дорога, веками соединяющая народы разных континентов.

Океан — вдохновитель поэтов, которые столько раз воспевали его в своих творениях.

Океан — целый мир, о котором мы знаем так мало.
 
Клод Риффо «Будущее океан»

Книга преследует цель показать среду обитания океанотехники, основные этапы ее создания и многообразие этой техники. Она написана авторами, связавшими свою жизнь с морем. Это капитаны дальнего плавания, кораблестроители, механики. Исходя из поставленных выше задач и определена структура данной книги.

Мировой океан

Человек рожден для лучшего будущего. Что ни день, к тысячелетней череде безвестных и прославившихся на весь мир судов присоединяются все новые имена стальных покорителей океана. Техника и транспортная экономика все решительнее вторгаются в древнюю, как мир, авантюру мореплавания.

Океан — вечен!

Человек от самых истоков своего существования связан с ним неразрывными узами. Он кормит и объединяет людей, вдохновляет их на труд и подвиги. Его исследуют ученые и воспевают поэты. А сколько романтиков, энтузиастов отдают ему душу, не требуя никакой награды, кроме возможности сделать что-нибудь полезное во имя предмета своей страсти.

Гельмут Ханке. 6 000-летняя авантюра мореплавания

Океан сам по себе

География океанов

Мировым океаном называют непрерывное водное пространство, которое покрывает около 71 % поверхности Земли.

Мы живем на суше, поэтому своей планете мы дали имя Земля. На самом деле ее следовало бы назвать Морем. Больше двух третей поверхности заняты водой, и, если к нам заявятся пришельцы из космоса, они ее так и назовут.
 
Жан Пикар. Глубина 11 тысяч метров

В соответствии с современными представлениями Мировой океан состоит из Тихого, Атлантического, Индийского, Южного и Северного Ледовитого океанов, хотя последний по своим физико-географическим свойствам и размерам может быть отнесен к внутреннему морю Атлантического океана.

Материки разделяют Исследования Марианской впадиныМировой океан на отдельные океаны. В свою очередь, океаны разделяются на моря, к которым принадлежат как нечетко выделенные области (Саргассово море), так и почти полностью закрытые водохранилища (Черное море). Довольно часто наравне с термином «море» используют термины «залив», «пролив» (Мексиканский залив, Персидский залив, Датский пролив, Бенгальский залив). К морям относят и соленые озера, которые не имеют выхода к океану (Каспийское море, Мертвое море (рис. 1).

Мёртвое море
Рис. 1 Прибой на Мёртвом море и солевые отложения на скалах
Источник: Wikipedia.org

Океаны, которые углубляются в сушу материков, приобретают особые гидрометеорологические признаки. Это части водного пространства, отделенные от другой океанской массы островами или подводными возвышенностями.

Так определяются моря как одна из основных составных частей океанов.

По степени отдаленности от океана и конфигурации все моря делятся на окраинные и средиземные.

Окраинные моря располагаются по окраинам континентов и больших островов, они широко открыты в сторону океана, и в связи с этим по естественным условиям достаточно приближены к основному океанскому пространству. К ним принадлежат большинство арктических и антарктических морей, Аравийское и Желтое моря.

Такими, безусловно, могут считаться и объекты, которые по ошибке названы океанскими заливами: Бенгальский, Бискайский, Гвинейский, Аляскинский и Австралийский.

К средиземным морям принадлежат такие, которые находятся среди суши (внутри континентов, между островами и континентами, и границах архипелагов) и значительно отделены от океана. По степени отделенности от океана средиземные моря делятся на закрытые, полузакрытые, меж островные и внутренние.

Читайте также: Кораблестроение в России

Закрытые средиземные моря окружены со всех сторон сушей и имеют ограниченный контакт с океаном и соседними морями.

При расположении в границах одного континента их называют внутриконтинентальными (Белое, Балтийское, Азовское моря: Гудзонов, Мексиканский, Персидский и Калифорнийский заливы).

Если моря расположены между разными континентами, их именуют межконтинентальными (Средиземное, Красное (рис. 2), Черное моря).

Красное море
Рис. 2 Красное море, вид из космоса
Источник: Wikipedia.org

В то же время существуют и моря, которые располагаются между континентами и грядами островов (Карибское, Андаманское, Берингово, Охотское, Японское, Восточное китайское и Южно китайское моря). Вследствие значительной отдаленности от океана закрытые средиземные моря отличаются, своеобразны ми естественными условиями.

Дорога к океану, или самые, самые первыеПолузакрытые средиземные моря (Баффина, Гренландское, Норвежское, Северное, Филиппинское, Коралловое, Фиджи и Тасмановое) лишь частично отделены от океана континентами, полуостровами и островами.

Степень отдаленности от океана и наличие рядом расположенных морей определяют особенности их природы.

Меж островные средиземные моря располагаются преимущественно в архипелагах и отделяются от океана островами. Это моря Зондского, Филиппинского и Канадского Арктического архипелага, а также Внутреннее Японское и Ирландское моря.

К внутренним морям принадлежат Каспийское и Аральское, которые раньше были непосредственной частью Мирового океана, но отделились от него вследствие действия геологических процессов, которые привели к поднятию суши.

Неотъемлемым элементом океанов являются заливы (рис. 3-6) и проливы. Залив определяется как относительно небольшая часть океана или моря, которая углубляется в сушу.

Остров Пхукет
Рис. 3 Заливы с песчаными пляжами о. Пхукет (самый большой остров Таиланда)
Источник: Wikipedia.org
Залив Петра Великого
Рис. 4 Залив Петра Великого (снимок из космоса)
Источник: Wikipedia.org
Залив Клу
Рис. 5 Вид на залив Клу с горы Croagh Patrick
Источник: Wikipedia.org
Губа Лобаниха
Рис. 6 Губа Лобаниха, Баренцево море
Источник: Wikimapia.org

Нужно отметить, что четкость в классификации заливов отсутствует: целый ряд сравнительно небольших акваторий раньше был назван морями, в то же время много больших заливов нужно переименовать в моря.

В зависимости от размеров заливов, формы и типа береговой структуры они могут носить название: губа, эстуарий, лиман, лагуна, фиорд, бухта или гавани.

К проливам принадлежат узкие площади, которые объединяют отдельные части Мирового океана. Они отличаются по форме, размерам, характеру водообмена.

Волн повелитель и моря творец, владеющий миром. Все ты объемлешь своей, океан волною спокойной,

Ты для земель назначаешь пределом, разумным законы.

Ты созидаешь моря, и источники все, и озера;

Даже все реки тебя своим отцом называют.

Пьют облака твою воду и нивам дожди возвращают;

Все говорят, что свои берега без конца и без края

Ты, обнимая, сливаешь с густой синевой небосвода.
 
Неизвестный античный поэт. Хвала океану

По своему значению проливы делятся на такие, которые соединяют между собой или с открытым океаном отдельные Путешествия мореплавателей и древние океанырайоны Мирового океана (Гибралтарский, Босфор, устье Белого моря, Курильский, Алеутский залив и т.д.), отделяют острова от материка или от группы островов (Мозамбикский, Бассов, Корейский и т.д.) или разделяют их (Маточкин Шар, протока Кука и т.д.) (рис. 7-9).

Пролив Босфор
Рис. 7 Пролив Босфор, спутниковый снимок НАСА, 2004 год. В верхней части снимка — Чёрное море, в нижней — Мраморное
Источник: Wikipedia.org
Пролив Лемэра
Рис. 8 Пролив Лемэра, Антарктида, впервые открыт немецкой экспедицией 1873−74 гг.
Источник: Wikipedia.org
Берингов пролив
Рис. 9 Берингов пролив — фотография со спутника
Источник: Wikipedia.org

Основная характеристика гидрологического режима пролива водообмен, который связан с энергообменом и миграцией организмов и определяется шириной и глубиной пролива, в особенности его наименьшим сечением.

Характеристики океанических бассейнов

Морские конвои в Северном Ледовитом океанеВоды океанов в 2,5 раза превышают площадь суши. В южном полушарии Мировой океан охватывает значительно большую площадь, чем в северной (81 % поверхности Земли против 61 %). Если поделить земной шар на два полушария так, чтобы в одном из них преобладала вода, а в другом — суша, то окажется, что даже в «материковом» полушарии на долю Мирового океана приходится 53 % всей поверхности, а в «водном» 91 % (рис. 10).

Мировой океан
Рис. 10 Соотношение площадей суши и океана

Почти весь северный полярный район представлен океанским пространством, а южный материком.

Тихий океан, самый большой и самый глубокий на Земле, расположен между Азией, Америкой, Антарктидой и Австралией. Он протянулся на 15,8 тыс. км с севера на юг и на 19,5 тыс. км с восхода на запад.

Наибольшая глубина Тихого океана и всего Мирового океана составляет 11 022 м в Марианском желобе Обращаем внимание читателей на то, что значение некоторых глубин, площадей и объемов океанов и их элементов, приведенные в различных источниках, отличаются между собой. Иногда это связано с не всегда однозначными границами морей и океанов на карте, а иногда с методами измерений и их точностью. Так, для Марианского желоба (впадины) Тихого океана наряду с достаточно распространенной глубиной 11 022 м (впадина Витязь) в последнее время приводится и глубина 11 034 м (впадина Челленджер). При этом точность замеров — около 50 м. Авторы старались приводить подобные данные по наиболее авторитетным, фундаментальным источникам.
x
. Моря Тихого океана расположены главным образом на его северо-западных и западных окраинах. Это полузакрытые моря Берингово, Охотское, Японское, Восточно китайское, Желтое и Южно китайское; меж островные моря Суду, Сулавеси, Молукское, Сэрам, Банда, Флорес, Фиджи, Яванское, Савву; окраинные моря Коралловое и Тасмановое. На востоке расположено полузакрытое море Калифорнийский залив, на севере Аляскинский залив.

По количеству островов (около 10 тысяч) и их площадям Тихий океан также занимает первое место. На окраинах Тихого океана (главным образом в западной его части) расположены архипелаги и пряди островов:

  • Алеутские, Курильские, Сахалин, Японские, Филиппинские, Молуккские, Зондские, Фиджи, Тонга, Новая Зеландия и многие другие.

В открытой части Тихого океана расположены многочисленные острова вулканического (Маркизские, Гавайские, Самоа, Галапагос и др.) и кораллового происхождения (Маршалловы, Феникс, Туамоту, Гилберта), а также острова — поднятые рифы (Маркус, Науру, Омен и др.).

В Тихий океан впадают реки:

  • Меконг, Колорадо, Янцзы, Хуанхе, Амур. Юкон и др.

Главные порты:

  • Сингапур (Сингапур), Манила (Филиппины), Сянган, Шанхай, Гуанчжоу (Китай), Кобе, Тиба (Япония), Владивосток (Россия), Сан-Франциско, Лос-Анджелес (США), Панама (Панама), Кальяо (Перу), Гонолулу (Гаванские острова, США).

Второе место по размерам занимает Путешествия мореплавателей и древние океаныАтлантический океан, общая площадь и объем вод, которого составляют более 1/4 по отношению к Мировому океану, на превосходящие глубины (3 000-6 000 м) приходится около 71 %.

Атлантический океан расположен между Америкой, Евразией, Африкой и Антарктидой. Объединяется: на севере проливами Дейвиса, Датским и между Шетландскими островами и Исландией с Северным Ледовитым океаном, на юго-востоке между Африкой и Антарктидой с Индийским океаном, на юго-западе проливом Дрейка с Тихим океаном.

Экватор разделяет Атлантический океан на две основные области: Северную Атлантику и Южную Атлантику, протяженность Атлантического океана с севера на юг — около 15 тыс. км, наименьшая ширина (в экваториальной части) около 2 830 км. Наибольшая глубина 9 219 м в желобе Пуэрто-Рико.

Большинство морей принадлежит к внутренним:

  • средиземные Балтийское, Азовское, Черное, Мраморное, Средиземное;
  • полузакрытые Эгейское, Адриатическое, Карибское, Северное;
  • заливы Бискайский, Гудзонов, Гвинейский, Мексиканский и Святого Лаврентия. К окраинным морям принадлежат Тирренское.

Особое положение занимает Саргассово море, которое расположено вдали от берегов и островов, границы его четко не очерчены. Это относится и к морям Лабрадор, Бирмингем, Багамское.

Основные группы островов материкового происхождения расположены возле берегов. Это Великобритания, Баффинова Земля, Исландия, Ньюфаундленд. Большие и Малые Антильские острова, Канарские, Фолклендские, острова Зеленого Мыса и др. В открытой части океана располагается небольшая часть островов, все они вулканического происхождения (Азорские, Бермудские острова, Куба, остров Святой Елены, Тристан-да-Кунья и др.).

Больше 60 % массы материковых вод, которые стекают к Мировому океану, несут с собою реки, которые впадают в Атлантический океан: Миссисипи, река Святого Лаврентия, Маккензи, Колыма, Лена, Енисей, Амазонка, Ориноко и др.

ТОП 10 самых больших морских портов в МиреГлавные порты:

  • Одесса (Украина), Амстердам (Нидерланды), Лондон (Великобритания), Лагос (Нигерия), Буэнос-Айрес (Аргентина), Рио-де-Жанейро (Бразилия), Новый Орлеан (США).

Индийский океан занимает третье место среди океанов. Расположен большей частью в южном полушарии между Азией на севере, Африкой на западе, Австралией на востоке, Антарктидой на юге. Соединяется с Атлантическим океаном на юго-западе, на востоке и юго-востоке с Тихим океаном. Площадь его и объем вод составляют около 20 % от Мирового океана в целом. Максимальная глубина 7 729 м определена в Зондском желобе.

К морям Индийского океана принадлежат:

  • Красное, Аравийское, Андаманское, Тиморское, Арафурское;

заливы:

  • Аденский, Оманский, Персидский, Бенгальский, Карпентария, Большой Аветралийский.

В Индийском океане сравнительно немного островов. Наиболее значительные из них по размерам, материкового происхождения, находятся они вблизи берегов:

В Индийский океан впадают реки:

  • Ганг, Брахмапутра, Иравади, Салуин, Замбези, Марри.

Главные порты:

  • Суэц (Египет), Растанкура (Саудовская Аравия), Карачи (Пакистан), Бомбей, Калькутта (Индия), Коломбо (Шри-Ланка), Янгон (Мьянма), Перт (Австралия), Порт-Элизабет (ЮАР).

Своеобразие вод, окружающих Антарктиду, и их уникальность послужили основанием для выделения этой части водного пространства к северу от побережья Антарктиды до 60° южной широты в отдельный океан Южный. Это решение было принято в 2000 г.

Международной гидрографической организацией. Тем не менее однозначность в определении границы Южного океана отсутствует, она во многом — условное понятие. Так, по российским канонам границей Южного океана является зона антарктической конвергенции (северная граница антарктических поверхностных вод), в других странах границей Южного океана считают широту южнее мыса Горна, границу плавучих льдов, зону конвенций об Антарктике. Размытость границы Южного океана непосредственно отражается на его физических характеристиках. Если принять за северную границу океана 60-й градус южной широты (его площадь составляет 20,3 млн км2), при прохождении границы севернее по дуге от Южной Африки до южной оконечности Огненной Земли площадь океана – 76,2 млн км2.

  • Средняя глубина Южного океана 3 500 м, максимальная (Южно-Сандвичев желоб) 8 428 м.

У берегов Антарктиды выделяют 13 морей:

  • Амундсена, Беллинсгаузена, Дейвиса, Дюрвиля, Космонавтов, Лазарева, Моусона, Рисер-Ларсена, Росса, Скоша, Содружества, Сомова, Уэдделла;

заливы:

  • Николая Зубова, Миклухо-Маклая, Полдинг, Порпес, Ригли, пролив Дрейка.

Важнейшие острова Южного океана:

  • Фолклендские (Мальвинские), Кергелен, Южный Георгия, Южные Оркнейские, Южные Сандвичевы.

Южный океан разделяется на три сектора:

  • Атлантический между северной оконечностью Антарктического полуострова и меридианом мыса Доброй Надежды;
  • Индийский — между меридианом мыса Доброй Надежды и меридианом мыса Саут-Ист-Кейп на острове Тасмания;
  • Тихоокеанский — между меридианом мыса Саут-Ист-Кейп на острове Тасмания и северной оконечностью Антарктического полуострова.

Значительно меньше других океанов Северный Ледовитый. Его площадь составляет 3,4 % от общей площади Мирового океана, а объем около 1 % от объема вод Мирового океана. Северный Ледовитый океан расположен между Евразией и Северной Америкой, Проливами Дейвиса, Датским, Фареро-Исландским, Фареро-Шотландским соединяется с Атлантическим океаном и Беринговым с Тихим океаном.

По физико-географическим особенностям и геологическому строению дна в границах Северного Ледовитого океана выделяют три части:

По количеству островов Северный Ледовитый океан занимает второе место после Тихого. За редкими исключениями острова располагаются на материковой отмели и имеют явное материковое происхождение, К наибольшим островам и архипелагам принадлежат Гренландия, Исландия (на границе с Атлантическим океаном). Канадский Арктический архипелаг, Шпицберген, Земля Франца-Йосифа, Новая Земля, Северная Земля, Новосибирские острова, остров Врангеля, Баффинова Земля. Общая площадь островов около 4 млн км2. Главные порты:

  • Нарвик (Норвегия), Мурманск (Россия).

Первое представление и сведения о природе Мирового океана, а в особенности о рельефе и структуре его дна, скрытого под водой, тесно связанны с географическими открытиями и развитием промыслов. Однако процесс получения новых данных о морских глубинах был предельно трудоемким и продолжительным:

  • для выполнения только одного промера на глубине 3 тыс. м было нужно не меньше часа.

Для четкого представления о характере глубин нужно было покрыть Мировой океан частой сеткой промеров — не менее чем один на тысячу квадратных миль. Это стало возможным только начиная с конца первой трети XX века, когда на вооружение исследователей океана поступили современные приборы, построенные на принципе приема отраженных волн, которые позволяли проводить промеры беспрерывно во время движения судна.

В то же время, несмотря на значительные достижения в исследовании океана, нельзя сказать, что дно его, скрытое от нас водой, полностью изучено. В некоторых районах промерные участки расположены далеко один от другого, а что находится между ними, никто не знает.

Еще не так давно существовало представление о том, что Навигационная гидрометеорологияокеанское дно это более или менее ровная поверхность, во всяком случае более простая, чем поверхность суши. Теперь установлено, что дно океана состоит из протяженных горных линий и отдельных гор, протяженных равнин и узких ущелий. Существуют районы со сравнительно стабильным и с резко изменяемым рельефом. Последнее особенно проявляется в районах активной вулканической деятельности, где глубины могут значительно, буквально мгновенно, изменяться.

Наиболее четко выделяются три основные категории поверхности океанского дна:

  • прибрежное мелководье материковая отмель, или шельф, который представляет собой подводное продолжение материков;
  • переходная зона от прибрежного мелководья к большим глубинам материковый (континентальный) склон;
  • основная глубоководная часть Мирового океана его ложе.

В табл. 1 приведены площади (абсолютные и относительные) разных частей дна Мирового океана.

Таблица 1. Площади различных частей дна Мирового океан
Тип рельефаГлубина, мПлощадь, млн км2Отношение площади частей (млн км2) к общим площадям поверхности, %
Земного шара (510)Мирового океана (362)Суши (148)
Шельф0…20027,05,57,5018,8
Материковый склон200…1 00015,02,94,1510,0
1 000…2 00015,02,94,1510,0
2 000…3 00024,04,76,6516,1
Ложе океана3 000…4 0007,013,919,6547,7
4 000…5 000121,023,933,2080,0
5 000…6 00084,016,523,3056,4
Больше 6 0005,01,01,403,3

 
Шельф (англ, полка, выступ, отмель) представляет собой подводную равнину вокруг материков, которая простирается от береговой линии к глубинам, на которых имеет место резкое увеличение крутизны дна.

Обычно углы наклона шельфа не превышают 1° (в среднем это около 7). Граница, на которой возрастает крутизна дна, именуется внешним краем шельфа. Вдоль этой границы глубина моря колеблется от нескольких десятков метров до 1 200 м.

Так, возле западного побережья Африки (между устьями рек Конго и Оранжевая) внешняя граница материковой отметки проходит на глубинах 20-40 м, а возле восточного побережья Северной Америки, между мысом Гаттерас и Багамскими островами, крутое падение дна, свидетельствующее о переходе к материковому склону, начинается на 1 000-1 200 м.

Средняя ширина шельфа составляет 65-80 км, то может колебаться от 1 (возле берегов Африки) до 2 000 км (от южного берега Гудзонового залива к Баффиновой Земле). Площадь шельфа составляет около 27 млн км2, то есть 7,5 % поверхности Мирового океана. Наибольшая площадь шельфа (млн км2) возле Евразийского материка 10, шельф Тихого океана занимает около 4,5,  Атлантики – 3, шельф возле Австралии 2, возле Африки свыше 1.

В геоморфологическом отношении шельфы — это продолжения прибрежных материковых равнин. К недавнему времени они представляли собой сушу и сохранили много форм реликтового рельефа.

Читайте также: Материалы конструкций корпуса, активно используемые в судостроении

С геофизической точки зрения шельфы своеобразные участки земной коры. В их границах наблюдается увеличение аномалий силы тяжести от 0 (возле самого берега) до + 100 мГал (возле внешнего края). Вдоль шельфа, как правило, отмечается и аномалия магнитного поля. Это свидетельство того, что внешний край шельфа представляет собой границу между принципиально разными блоками земной коры.

Материковый (или континентальный) склон характеризуется относительно резким возрастанием крутизны дна океана, в среднем 4-7° (максимальные значения 40-45°). Он представляет собой подводный цоколь материков.

На участках разного наклона дна рассыпчатые осадки под действием силы тяжести соскальзывают и открывают скальные породы. Нижняя граница континентального склона проходит в среднем по изобатам 2 000-2 500 м, эту границу именуют континентальным (или материковым) подножием. В последнее время за такую границу берут средний уровень земной коры (2 440 м), представляющий собой условную величину, которая получается вследствие выравнивания всех высот суши и глубин моря на нашей планете.

Шельф, континентальный склон и материковое подножие часто рассматривают совместно как подводную окраину материков (рис. 11).

Вид материковой окраины
Рис. 11 Материковая окраина на Юго-Востоке США

Подобно шельфу, континентальный склон — это сравнительно узкий участок океанского дна. Ширина его варьирует от 8-10 до 250-270 км, а площадь составляет около 54 млн км2, или почти 15 % площади Мирового океана. Степень развития материкового склона в отдельных океанах из-меняется в значительных пределах:

  • от 41 % в Северном Ледовитом океане до 15 % в Тихом океане.

Типичная форма рельефа континентального склона это чередование крутых уступов и субгоризонтальных ступеней. Область океана над континентальным склоном называют батиальной (батиаль). В пределах континентального склона значения поля силы тяжести увеличивается до +300 мГал.

На рис. 11 приведен общий вид материковой окраины на юго-востоке США.

Океаническое ложе – наиболее широкая Дорога к океану, или самые, самые первыечасть Мирового океана, охватывающая 280 млн км2, или около 78 % его общей площади. Объем вод над ложем составляет около 90 % всей их массы в океанах, только в Северном Ледовитом океане он равняется лишь 32 %.

Область океанов над ложем именуют абиссалью.

Основными элементами рельефа дна Мирового океана являются глубоководные котловины и срединно-океанические хребты.

Глубоководные котловины формируют собственное ложе океана. Они охватывают около 55 % площади его дна, или 40 % всей земной поверхности. В Индийском, Атлантическом и Северном Ледовитом океанах это относительно сглаженные равнины, имеющие наклон к центру котловины. Подавляющее большинство их ограничивается изобатой 4 000 м, центральная часть котловины — изобатой 5 000 м, глубины здесь достигают 5 500-6 000 м.

На отдалении от континентов рельеф котловин приобретает бугристый вид. В Тихом океане гористость рельефа характерна для всей площади глубоководных котловин, на дне его насчитывается несколько тысяч одиночных подводных гор это действующие или угасшие вулканы с плоскими вершинами гайоты.

Срединную часть океанского дна занимают развитые подводные хребты, которые беспрерывным поясом простираются на расстоянии 70 тыс. км при ширине до 1 000-1 500 км на площади около 53 млн км2. Отдельные вершины поднимаются на 3-4 км выше над Особенности выбора курсов для океанского переходаповерхностью океана, образовывая острова, архипелаги (плоско вершинные возвышенности), значительное количество которых характерно для Тихого океана. В центральной части хребтов расположена узкая и глубокая трещина рифтовая долина. Глубина ее 3-4 км, ширина до 20 км.

Срединно-океанические хребты рассечены поперечными ущельями, которые нарушают непрерывность рифтовой долины, смещая се в шпротном направлении. Это так называемые трансформные разломы. Совместно с рифтовой долиной глубинным разломом коры они образуют наибольший сейсмический пояс нашей планеты. Здесь наиболее часты землетрясения, проявляется активность вулканов. Наиболее интенсивно все это происходит в местах пересечения разломов.

Одним из специфических типов рельефа океанского дна являются глубоководные желоба. Они прорезают ложе океанов и являются самыми глубокими (больше 6 000-7 000 м) частями. В их границах найдены наибольшие глубины как отдельных океанов, так и Мирового океана в целом. По форме они представляют собой узкие, сравнительно короткие долины, которые увеличиваются в широкой части и постепенно вклиниваются в обе стороны в направлении своего простирания.

Желоба располагаются не в центральных, наиболее глубоких частях котловин, а в подножиях материковых и главным образом островных склонов. Большая часть желобов расположена возле основных поясов разлома земной коры Средиземноморского, который проходит в широтном направлении, и Тихоокеанского, вытянутого вдоль западной окраины Тихого океана.

Это свидетельствует о том, что происхождение глубоководных желобов связано с тектоническими процессами.

Все глубоководные желоба имеют собственные названия, преимущественно по наименованию островов, возле которых они расположены. Общее количество желобов в Мировом океане достигает 34, из которых 28 приходится на Тихий океан, прчем 24 классифицируются как краевые океанические, а другие желоба-разломы.

В Атлантическом океане из пяти желобов лишь два являются краевыми, в Индийском лишь один желоб, в Северном Ледовитом их вообще нет. Из общего количества желобов у пяти определены глубины больше 10 000 м (Курило-Камчатский 10 542 м. Марианский 11 022 м, Тонга 10 882 м, Кермадек 10 047 м, Филиппинский 10 830 м), в трех больше 9 000 м (Бугенвильский 9 140 м, Бонинский 9 810 м, Волкано 9 156 м). Глубины других желобов составляют 6 000-9 000 м.

На рис. 12 четко выражены глубоководные желоба вытянутые на сотни и тысячи километров рвы, наклоненные мод материки.

Рельеф Тихого океана
Рис. 12 Особенности рельефа дна Тихого океана

Детальная картина рельефа дна Атлантического океана представлена на рис. 13.

Рельеф Атлантического океана
Рис. 13. Рельеф дна Атлантического океана

Естественно, возникает вопрос: какова же причина возникновения такого сложного подводного рельефа океанов? В основном это силы внутренней динамики Земли: отвержение вулканов, землетрясения, горизонтальные перемещения блоков коры по разломам, вертикальные поднятия или опускания океанского дна. Следует также учитывать эрозионную деятельность естественных течений. Вообще можно констатировать, что дно Мирового океана имеет рельеф тектонически-эрозионного происхождения.

Океаническая кора. Поверхность планеты Земля покрыта корой, причем большей частью корой, подстилающей океаны. Эта кора состоит из трех пластов (снизу вверх): базальтового, вулканогенно-базальтового и осадочного. Базальтовый пласт называют еще фундаментом океанической коры. Он присутствует во всех частях океанов, толщина его почти постоянная и составляет около 3 км.

Второй пласт — вулканогенно-базальтовый — состоит из базальтовых лавовых потоков, вулканического пепла и глубоководных осадочных отложений. Формирование этого пласта проходило в условиях подводного вулканизма, о чем свидетельствуют шаровидные поверхности базальтов.

Потоки лавы перекрывали донные отложения, образовывая своеобразный «слоеный пирог», причем с приближением к базальтовому пласту количество лавовых прослоек увеличивается. Мощность пласта от 3-5 км (в районах подводных возвышений) до 0-500 м (в наиболее глубоководных впадинах).

Большей частью Эксплуатация плавучей буровой установкидно Мирового океана перекрывается осадочным пластом, образование которого является результатом вынесения к океану осадочных веществ реками, океанического осадконакопления и вулканической деятельности.

По разным источникам, общий объем веществ, которые поступают в океаны ежегодно, превышает 25 млрд т. Эти вещества разносятся по Мировому океану течениями и осаждаются на дне со средней скоростью 1,7 мм за 1 000 лет.

Мощность осадочного пласта в границах глубоководных котловин составляет от 100-200 до 1 500-2 000 м, на срединных хребтах и других подводных возвышенностях толщина пласта уменьшается до нескольких десятков метров, а иногда он совсем отсутствует.

Рассыпчатые вначале илообразные осадки в другой седиментации литофицируются и превращаются в плотные горные породы: известняки, мергели, глины, алевролиты, песчаники. Часто консолидированные осадки перекрываются покровами базальтов и входят, таким образом, в состав второго пласта океанической коры.

Океаническая кора принципиально отличается от континентальной отсутствием гранитного пласта, благодаря чему мощность континентальной коры в три-четыре раза больше мощности коры океана.

Сочленение в пространстве этих двух основных типов коры Земли проходит поразному. Выделяют сочленения атлантического и тихоокеанского типов. Первый из них отвечает контакту материков с глубоководными впадинами океанов через шельф и материковый склон.

При приближении к континенту мощность океанической коры постепенно возрастает: появляется гранитный пласт, повышается мощность осадочного и базальтового слоев. Особенно резко эти процессы выражены в зоне континентального склона.

Возникновение и развитие океанов. Глобальная тектоника плит. Вопрос, когда установилось деление земной коры на океанические и континентальные сегменты, непосредственно связан с возникновением и развитием океанов.

По этому поводу известные специалисты по океанической геологии К. В. Боголепов и Б М. Чиков отметили следующее: «Достаточно, вероятно, что уже в раннем докембрии существовало деление структуры земного тара на континентальные и океанические сегменты. Однако пространственные соотношения между континентальными и океаническими сегментами были совсем другими, чем в следующие точки, и это связано не только с возрастанием континентальных масс вследствие геосинклинального процесса ил и с дальнейшим формированием океанической коры, но и с неоднократной структурной перестройкой поверхности земного шара».

Это означает, что положение океанических впадин изменялось в пространстве и во времени. На протяжении геологической истории Земли возникали новые и исчезали старые океаны, сама же гидросфера не исчеззала и не появлялась вновь, она лишь перераспределялась в пространстве.

Как же происходил процесс возникновения и развития океанов?

Существуют разные точки зрения, которые положены в основу разных теорий. По одной из них, преобразование континентальной коры в океаническую поясняется подъемом из недр Земли исполинских масс базальтовой магмы, которые поглощают и полностью переплавляют континентальную кору в океаническую. По этой же теории, для объяснения эволюции Мирового океана используется идея расширения океанского дна спрединга, которая сформировалась в наиболее цельную и полновесную современную гипотезу, получившую название глобальной тектоники плит.

В соответствии с гипотезой глобальной тектоники плит в разных частях Земли возникает несколько океанических бассейнов, развитие которых происходит параллельно. Земная кора при этом расчленяется на ряд плит, которые довольно активно перемещаются в пространстве по горизонтали.

Но если во всех ново образовавшихся океанах имеют место расширения дна (спрединг) и образование новой океанической коры, то куда же исчезают лишние части земной коры? Ведь формирование каких-то новых образований должно послужить причиной перераспределения в пространстве ранее существующих частей верхней оболочки земного шара.

Исчезновение континентальной коры происходит в зонах, в которых сталкиваются плиты земной коры, при этом одна из плит заглубляется под другую и попадает к мантии. Обычно заглубляется более тяжелая океаническая кора, которая как бы подныривает под материковую. Этот процесс затягивания, поглощения плит земной коры недрами получил название субдукции.

Итак, под многокилометровой толщей воды проходит беспрерывное перемещение океанского дна от рифтовых зон к зонам субдукции, вследствие чего Особенности выбора курсов для океанского переходадно океанов все время омолаживается, а его древние части исчезают в мантии Земли и переплавляются.

Что же произойдет с океаном, если он достигнет «совершеннолетия»? Это зависит от мощности и энергии астенолита Астенолиты — это пузыри мантийного вещества. Они выносят из центра земли исполинское количество энергии, которая в дальнейшем используется на преобразование коры.x. Сначала между ним и глубинным костром его образования существует связь: астенолит пополняется новыми порциями горячего и разуплотненного глубинного вещества. В какое-то время эта связь обрывается, астенолит исчерпывает свои энергетические ресурсы, его вещество полностью направляется на образование новой океанической коры, и наступает стадия старения и отмирания океана.

Все реки к морю текут, но море не переполняется: к месту, откуда текут все реки, они возвращаются, чтобы снова течь!
 
Книга Еклезиаста (1:7)

В других местах земного шара возникают новые океаны, плиты коры, которые раздвигаются, теснят стареющие бассейны. Место бывших рифтовых долин занимают зоны субдукции, в которых кора частично переплавляется. частично превращается горизонтальным сжатием в горные хребты. Старый океан разделяется на изолированные моря, которые в дальнейшем высыхают и исчезают, при этом формируется суша с толстой корой, которая возникает вследствие появления гранитного пласта.

Мы будем говорить сначала о воде не рек и ручейков, а о воде моря, как о матери всех вод, так как реки и ручейки происходят из моря.
 
Иммануил Кант. Лекции по географии

В качестве примера можно привести мощный Альпийско-Гималайский горный пояс, который протянулся от Гибралтара к Малайскому архипелагу на 16 тыс. км. Ранее здесь был расположен наибольший в истории Земли океан Тетрис. Теперь о нем напоминают лишь медленно пересыхающие внутриконтинентальные моря Средиземное (рис. 14), Черное, Каспийское.

Средиземное море
Рис. 14 Физическая карта Средиземного моря
Источник: Wikipedia.org

Вода океанов и морей

Составные части гидросферы реки, озера, подземные и океанические поды, Работа ледокола при проводке судов во льдахледяной покров объединяются в планетарном кругообороте влаги. В то же время их физические и химические свойства и в особенности динамика существенно отличаются между собой. В связи с этим логически выделить океаносферу – совокупность вод Мирового океана, которые образуют самостоятельную водную оболочку.

Физические свойства морской воды. Вода существует на Земле во всех трех возможных состояниях: жидком, твердом и газообразном Общее количество воды на планете Земля определено в 1 386 млн км2. Доля астеносферы составляет 96,5 %, или 1 338 млн км3. Соленые воды — осолоненные озера и подземные соленые источники — составляют около 1 % всех вод планеты. Количество пресных вод составляет около 35 млн км3, или 2,53 %. Основное количество пресных вод размещается в ледниках, где сосредоточено почти 70 % их общего количества, что в 20 тыс. раз больше того, что находится в реках (0,006 % всех пресных вод). В пресных подземных источниках помещается около 30 % пресной воды, в озерах – 0,26 %. Вообще в Мировом океане воды в миллион раз больше по сравнению с количеством воды в реках.
x
. Состояние воды определяется температурой и давлением, границы состояний отвечают температурам замерзания таяния и кипения. При соответствующих условиях (температура 0,01 °С, давление 600 Па) возможно одновременное существование трех фаз (так называемая «тройная точка»).

При переходе из одного состояния в другое поглощается или высвобождается значительное количество теплоты. Это поясняется следующим: как морская, так и пресная вода представляет собой солевой раствор, состоящий из растворителя сугубо пресной воды и растворенных веществ.

Вода — наилучший среди жидкостей растворитель, что связано со строением се молекулы. Два атома водорода присоединяются к атому кислорода с одной стороны, при этом электрически нейтральная молекула имеет разделенные и смещенные электрические заряды, благодаря чему молекулы воды взаимодействуют более сильно, чем молекулы других жидкостей. В связи с этим для разделения молекул воды и образования пара нужно израсходовать значительное количество энергии.

По сравнению с другими веществами вода имеет большую теплоту фазовых преобразований: теплота плавления чистого льда 334 кДж/кг, теплота испарения 2260 кДж/кг. Теплота плавления морского льда зависит от его солености. Для тепловых процессов в море и атмосфере очень важно то, что теплота испарения воды выше, чем у любого другого вещества: большая часть солнечной энергии расходуется на испарение морской воды. Теплоемкость морской воды (она на 4 % меньше пресной) значительно выше, чем у других веществ (кроме водорода и аммиака). Благодаря этому Мировой океан является аккумулятором теплоты для атмосферы.

Для воды как физического тела характерен ряд аномалий, поясняющих особенности строения и структуры ее молекул. При нагревании пресной воды от 0 до 4 °С плотность воды возрастает, а при дальнейшем повышении температуры – уменьшается. Другая аномалия увеличение объема приблизительно на 10 % при замерзании (лишь отдельные вещества — висмут, галлий, германий в твердой фазе более легкие, чем в жидкой).

Аномальна и привычная для всех температура кипения, которая равняется 100 °С. ведь элементы, которые входят в состав воды, имеют значительно более высокие температуры кипения: водород кипит при 253 °С, а кислород при 180 °С.

Соленость морс кой воды. Все наиболее характерные особенности океанских вод связаны со значительным количеством растворенных в них солей, соотношение между которыми и их состав всегда остаются постоянными. Эта стабильность сохраняется уже довольно длительное время, измеряемое геологическими эпохами.

Количество растворенных твердых минеральных веществ солей в граммах на килограмм морской воды, то есть в промилле, или в тысячных частицах, обозначается как ‰. Такая размерность очень удобна, так как позволяет получить одновременно и относительное (в промилле), и абсолютное (в граммах) представление о количестве растворенных солей.

Особенности коррозии в морской и пресной водеМорская вода имеет горьковато-соленый вкус, для нее характерна большая, по сравнению с пресной, плотность: она не растворяет мыло, образует накипь в паровых котлах. Все это следствие того, что в морской воде растворены твердые минеральные вещества, некоторые в граммах на килограмм воды, а другие – в тысячных частицах грамма на тонну воды Общая масса минеральных веществ в воде морей и океанов равняется 5 · 1016 т. Если эту массу равномерно распределить по поверхности континентов, то суша покроется почти 200 – метровым споем солей.x.

Основной вклад в солевой состав океанской волы вносят такие элементы, как хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор, кремний, фтор. Содержание любого превышает 1 мг/л.

Химический состав морской воды приведен в табл. 2. Укажем, что относительный состав солей в водах морей м океанов остается одинаковым как при повышенном, так и при их сниженном солесодержании Эта закономерность не распространяется на изолированные участки Мирового океана, как, например, Каспийское и Аральское моря.x.

Таблица 2. Солевой состав морской воды Состав человеческой крови имеет точно такое же процентное соотношение элементов, которые в ней содержатся, как и морская вода. Вследствие совпадения солевого состава морской воды и крови человек не ощутит ее потери, если порежется о ракушки, кораллы, острый камень во время подводного плавания, купания. Это свидетельствует о том, что каждый из нас носит в себе память об океане, где жили и развивались наши далекие пращуры.x
СольКонцентрация, граммов на 1 000 г водыПроцентный состав солевой к общему количеству солей в 1 000 г воды
Хлористый натрий27.277,888,7– хлористые соединения
Хлористый магний3,810,9
Сернистый магний1,74,710,8– сульфаты
Сернокислый кальций1,23,6
Сернокислый калий0,92,5
Углекислый кальций0,10,3 – карбонаты
Бромистый калий и прочие0,10,2 – другие вещества

 
Это может быть использовано и в практических целях: зная содержание которыми и их состав всегда остаются постоянными. Эта стабильность сохраняется уже довольно длительное время, измеряемое геологическими эпохами.

Воды океанов постоянно пополняются пресной водой, которую приносят им суши береговые потоки и реки, около 30-40 тыс. км – 1 на год. В этих водах также помещается определенное количество растворенных веществ, но соотношение солей в океанах и реках существенно отличается.

Так, в речной воде содержится 5,2 % хлоридов, 9,9 % сульфатов, 60,1 % карбонатов и 24,8 % других веществ. Кажется, что при таком преобладающем содержании карбонатов в речной воде их количество должно возрастать и в морской воде. Но этого не происходит, так как они легко выпадают в осадок, активно потребляются морскими организмами для образования ракушек, панцирей, скелетов, коралловых рифов и даже целых островов. Изменение солености вод океанов как в целом, так и в любом из их районов или даже в отдельной точке зависит от многих факторов.

К основным факторам принадлежат: испарение из поверхностных слоев, осадки, вертикальное перемешивание и горизонтальное перемещение вод, таяние льда, внесение пресных речных вод.

Из океанов наиболее соленый Атлантический: его соленость достигает абсолютного максимума на поверхности открытого океана 37,5 ‰. Несколько ниже соленость Тихого океана: предельно она достигает 36,5 ‰. Это общее зональное распределение солености поднимают мощные Расчет времени и отсчёта лага на траверзе ориентира при учете ветра и теченияокеанические течения.

Распределение солености океанских вод по глубине. Изменение солености в Мировом океане в вертикальном направлении связано со стратификацией (расслоением) океанических вод, для которой характерны значительная стойкость и стабильность.

С расслоением океанических вод связана вся специфика развития гидрофизических процессов и свойств воды, на которую они осуществляют значительное влияние. На современном этапе существования Земли характерно наличие четко выраженной четырехслойной стратификации, которая предусматривает выделение в связи с глубиной расположения разных типов вод, отличающихся своими физико-химическими характеристиками. Это поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные воды.

Наличие однотипных водных масс способствует введению объединяющего понятия, которое определяет их положение в толще вод океана. С этой целью был введен термин структурные зоны (поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные), определяющий слои воды, в которых располагаются однотипные водные массы. Структурные зоны в Мировом океане разделены приграничными слоями.

Причиной постоянства расслоения океанических вод, сохранения определенных типов стратификации в одних и тех же районах, стойкости характеров изменения гидрофизических полей по всей толще вод является наличие самостоятельной системы вертикальной циркуляции в границах каждого типа вод. Только этим можно объяснить особенности сохранения всегда одного и того же типа стратификации, а также то, что границы между слоями не размываются.

Таким образом, соленость — одна из основных характеристик режима всех океанов, которая определяет природу разнообразных процессов, происходящих в Мировом океане.

В то же время она обязательно учитывается в портостроительных работах, Соленость определяет грузовую марку торговых судов, что приобретает особое значение на судоходных линиях с резкими переходами морских и речных вод. Уровень солености океанских вод является определяющим для соответствующих областей химической промышленности, для индустриальных технологий опреснения морской воды.

Температура океана. Океаническое ложе заполнено в основном холодной водой. Только 8 % вод океана теплее 10 °С, около половины холоднее 2,3 °С. Теплая вода сосредоточена исключительно в поверхностном слое. Температура на поверхности океана от +25-29 °С в экваториальной зоне постепенно снижается с ростом географической широты до величин, при которых начинается льдообразование в полярных районах (1,5-1,9 °С).

На широких пространствах южного полушария, начиная с 40° ю.ш. и к самой Антарктиде, изотермы среднегодовых температур поверхностных вод океана почти повторяют линии географических параллелей. В этом районе земного шара нет значительных участков суши и материков (кроме южной оконечности Антарктиды), а течения незначительно изменяют плавный ход изотерм.

В других районах океана вследствие влияния материков, ветров и течений картина резко изменяется. Среднегодовые изотермы в восточных частях океанов в тропической зоне сходятся в направлении экватора, а в западных частях расходятся от него, что особо четко прослеживается в Атлантическом океане.

Это результат действия экваториальных поверхностных течений, которые в западных частях океанов отдаляются от экватора. Для северных районов, начиная с 35° с, ш., характерно другое распределение температур.

В западных частях океанов изотермы расходятся веерообразно, в Атлантическом океане они даже приближаются к направлению меридианов или образовывают с ними угол 45°, что Расчет времени и отсчёта лага при кратчайшем расстоянии до ориентира при учете ветра и течениясвязано с мощными тепловыми потоками океанических течений. В западных частях океанов вблизи 40° с.ш. возле побережий материков изотермы сближаются, что свидетельствует о резком изменении температур: на протяжении 5° по широте разница в температурах составляет 10 °С (от 20 до 10 °С) в Атлантическом океане и 12 °С (от 18 до 6 °С) возле берегов Японии.

Наибольшие температуры воды наблюдаются не на экваторе, а несколько севернее. Зона этих температур. которая незначительно изменяет свое положение в разные сезоны, носит название термического экватора. Наибольшие температуры, зафиксированные на поверхности термического экватора, незначительно превышают 29 °С. Средняя температура по всем океанам составляет 17,4°.

Самая высокая температура зафиксирована в Персидском заливе 35,6 °С. Воды океанов в северном полушарии более теплые по сравнению с аналогичными широтами южного полушария, что объясняется свободным проникновением холодных вод из Антарктиды во все океаны, в то время как влияние холодных вод и льдов Северного Ледовитого океана сдерживают, с одной стороны, узкий Берингов пролив, а с другой — тепло Гольфстрима.

Большие поверхности океанов (около 53 % общей поверхности) заняты водой с температурой выше 20 °С, и лишь 13 % поверхности имеет температуру ниже 4 °С.

В общем, сравнивая среднегодовые температуры воды на поверхности Мирового океана со среднегодовой температурой нижних слоев атмосферы земного шара, которая равняется 14,4 °С, можно сделать вывод о том, что в среднем океан теплее воздуха на 3 °С.

Характер распределения температуры воды в вертикальном направлении отличается для океанов и морей, в особенности для разных широт, а также в восточных или западных частях океанов.

Океанологи считают, что все разнообразие характеров распределения температуры в Мировом океане можно свести к трем типам термической стратификации: полярному, субполярному и умеренно тропическому. Наибольшие изменения температуры воды присущи для верхних пластов океана.

Плавание судов – портовые водыВ промежуточных водах, для которых характерны теплая прослойка в полярных областях и резкое уменьшение вертикальных градиентов температуры во всех других частях Мирового океана, снижение температуры значительно меньшее. В низших, 1 500-2 000 м, то есть в границах глубинных и придонных вод, существуют условия, близкие к гомотермичным (то есть к однородной температуре).

Полярный тип стратификации температуры характерен для Арктики, Антарктики, а также северных частей Атлантического и Тихого океанов, где под влиянием зимних муссонов происходит значительное охлаждение поверхностных вод.

В этих водах летом минимальные температуры отмечаются в холодном подповерхностном слое, который не прогревается с поверхности. Максимальные температуры в промежуточных водах сохраняются в продолжение всего года.

Субполярный тип связан с интенсивным опусканием поверхностных вод, которое вызвано как действием океанических фронтов (полярного и субполярного), так и уплотнением в связи с охлаждением тропических вод, которые выносятся течениями в высокие широты, вследствие чего в субполярных зонах формируются промежуточные водные массы. Этому содействуют и незначительные вертикальные градиенты температур в верхнем слое океана толщиной до 1 500 м. Охлаждение субполярных областей приводит к интенсивной зимней конвекции (перемешивание вод по вертикали вследствие уплотнения верхних слоев).

Умеренно тропический тип стратификации вертикального поля температур характерен для большей части Мирового океана. Сначала температура снижается довольно быстро до глубины 500 м, потом медленнее до 1 500-2 000 м, глубже снижение протекает очень медленно.

На глубинах больше 3 000 м температура воды лежит в диапазоне от 2 до 0 °С. Это означает, что температура воды на больших глубинах почти всегда ниже наиболее низкой температуры на поверхности в тех же местах.

Слой воды со значительными изменениями (градиентами) температуры по вертикали в океанологии называют слоем скачка, или термоклином. Условно считают слоем скачка такой, в котором градиент равняется 0,1° на 1 м. В действительности наблюдаются и значительно большие градиенты. Так, восточнее Японии были найдены слои воды с температурами, которые отличались на несколько градусов, причем они непосредственно сталкивались между собой без промежуточного слоя скачка.

Термоклин является характерной особенностью океана, Толоса – сокрытая в глубинах океанаглубина и мощность его значительно зависят от сезона, широты, долготы, а также от местных условий.

Характер главного термоклина практически не зависит от сезона. В Арктике и Антарктике вода холодная от поверхности до дна.

Сезонный термоклин возникает летом в существенно более тонком слое, чем главный термоклин. Он наблюдается во всех океанах, кроме постоянно покрытых льдами. Природа его возникновения следующая: если температура воздуха превышает температуру океана и поверхность моря получает больше теплоты, чем теряет вследствие конвекции и излучения, верхние слои воды нагреваются, и в очень тонком слое (толщиной до 1,5 м) возникает температурный градиент; при перемешивании благодаря ветровой энергии, несмотря на снижение температуры поверхности моря, возникает перенесение теплоты книзу и формируется изотермический слой, температура которого ниже температуры нижних слоев.

Черное море
Рис. 15 Космический снимок Чёрного моря со спутника НАСА Aqua. Апрель 2003 года
Источник: Wikipedia.org

В результате этого между поверхностным изотермическим слоем и ниже расположенной водой образуется значительный температурный градиент, или сезонный термоклин.

Этот процесс происходит до тех пор, пока градиент температур в сезонном микроклине не станет таким, что энергия летних ветров будет недостаточно для его дальнейшего углубления.

Плотность океанских вод. Плотность морской воды зависит не только от температуры и давления, но и в значительной степени от солености, она повышается с ростом давления приблизительно на 1 % на каждые 2 км и на глубине 5 км составляет приблизительно 1,050 кг/дм3 При этом снижается температура максимальной плотности воды. Добавление 1 % соли повышает плотность воды на 0,08 %.

Для наиболее легких поверхностных вод плотность составляет 1,022-1,025 кг/дм3 для наиболее тяжелых полярных и глубинных вод – 1,02775-1,02785 кг/дм3. В океанографии используется понятие условной плотности: ρв = (ρ – 1) · 103 то есть при плотности 1,028 кг/дм3 ρв = 28. Значение плотности р, которое подставляется в приведенную формулу, берется с тремя знаками после запятой.

Охотское море
Рис. 16 Охотское море в Магадане
Источник: Wikipedia.org

Плотность определяет те отличия, которые присущи стратификации и перемешиванию вещества в бассейнах с пресными или солеными водами. В пресноводных бассейнах температура максимальной плотности составляет +4 °С.

Охлажденная до этой температуры вода опускается до дна и будет находиться там даже при дальнейшем охлаждении верхних пластов воды. Таким образом, при дальнейшем охлаждении вод перемешивания не происходит, а при 0 °С начинается замерзание водной поверхности и Управление судном при плавании во льдахобразование ледового покрова, благодаря чему озера и реки обычно не промерзают до дна.

В соленоводных бассейнах с повышением количества растворенных солей снижается температура максимальной плотности. При солености 24,7 ‰ она равняется температуре замерзания (в данном случае -1,3 °С). Если соленость превышает 24,7 ‰, точка замерзания превышает температуру наибольшей плотности: при солености 35 ‰ первая равняется 1,9 °С, а вторая 3,5 °С.

Благодаря этому льдообразование начинается значительно раньше достижения водой максимальной плотности, то есть перемешивание способно распространиться на любую глубину Если бы воды океана не имели таких свойств, была бы невозможна вентиляция исполинских толщ океанских вод. При недостатке кислорода не происходило бы окисления органических и неорганических веществ в глубинных и придонных водах, а также в отложениях на дне океана. Жизнь была бы возможна только в приповерхностных водах, в действительности она охватывает всю толщу вод — от поверхности океана до наибольших его глубин.x.

На поверхности океана условная плотность в соответствии со снижением температуры от экватора к полюсам постоянно повышается от 22,0-22,5 до 27,75-27,8 в высоких широтах.

Повсюду в океане плотность воды увеличивается от поверхности до дна, причем значительное вначале возрастание плотности в дальнейшем снижается.

Смотри, как на речном просторе,

По склону вновь оживших вод,

Но всеобъемлющее море

За льдиной льдина вслед идет.
 
Ф. Тюменцев

Чем меньше плотность воды на поверхности океанов и морей, тем значительнее изменения в верхней их части, так как при достижении глубины больше 2 000 м плотность воды становится максимальной и остается в дальнейшем практически неизменной.

Морские льды. Айсберги

Образование, развитие и таяние морских льдов связаны с рядом особенностей, по сравнению со льдами, которые образованы из пресной воды. В то время как пресная вода замерзает при 0 °С, температура замерзания морской воды всегда ниже 0 °С и является функцией солености. При средней для океанов солености 35 ‰ Состояние и формы льдаобразование льда начинается при 1,9 °С, а при солености 40 ‰ при 2,2 °С. Воды Финского залива (соленость 10-15 ‰) начинают замерзать при 0,3-0,5 °С, а воды Черного моря (соленость 1 5-20 ‰) при 0,8-1,1 °С.

Обязательными условиями льдообразования является значительная потеря теплоты водой, некоторое переохлаждение и наличие в воде центров кристаллизации, функции которых, как правило, выполняют мельчайшие частички пыли, снежинки. Вокруг этих центров образуются мелкие диски льда, которые взращиваются между собой и превращаются в скалки кристаллики чистого льда, которые растут преимущественно в горизонтальном направлении. Скалки размером 0,5-10 см объединяются, смерзаются и образуют так называемое «сало». На спокойном море «сало» превращается в сплошного тонкий эластичный слой нилос.

При температурах ниже 0 °С снег, который выпадает на холодную морскую поверхность, не тает, он просачивается водой, уплотняется и превращается в вязкую массу льда снежуру. Ветер и течения сбивают «сало» и снежуру у полосы шуги рыхлого, насыщенного водой льда.

При наличии волнения и интенсивных течений кристаллы льда появляются не только на поверхности воды, но и в его толще и на дне — образовывается внутриводный глубинный или донный лед. Такой лед губчатого строения, между кристаллами вкрапленные пузырьки воздуха, воды, рассола, он может достигать полуметровой толщины. Внутриводный лед, который всплывает на водную поверхность, непрозрачный и непрочный.

При слабом волнении и соответствующих температурах одновременно в разных точках образуются округлые диски («блины») диаметром 30-50 см. Края блинчатых льдин обрамлены валиками из разрушенных кристаллов.

По мере снижения температуры первичные льды наращиваются, наслаиваются, смерзаются, и постепенно образуется сплошной достаточно ровный морской лед серого цвета. В дальнейшем лед медленно наращивается снизу, он более прозрачный, имеет правильную кристаллическую структуру. Это характерно для защищенных бухт, полос неподвижного льда возле берега, в открытом же океане лед постоянно в движении он взламывается, накапливается, переслаивается.

Во многом соленость молодого морского льда зависит от скорости замерзания. Лед, который образовался при 10 °С, имеет соленость 4-6 ‰, тогда как соленость льда, образованного при -40 °С, может составлять до 10-15 ‰.

Классификация морских льдовМорские льды различают по происхождению, форме, размерам, по возрасту и подвижности (рис. 17).

Льды океанов
Рис. 17 Классификация океанских льдов

По происхождению это морские, непосредственно образованные из морской воды (рис. 18-21):

  • речные, принесенные реками, пресные.

Загрязненные;

  • материковые, которые сползают с суши.

По возрасту различают:

  • первичные, молодые и с постоянным снеговым покровом.
Ледник
Рис. 18 Ледник на западном побережье Земли Грейама
Источник: Wikipedia.org
Шуга
Рис. 19 Шуга в море Росса
Источник: Wikipedia.org
Ледяные поля
Рис. 20 Морские льды Арктики “Ледяные поля”
Источник: Wikipedia.org
Арктический лед
Рис. 21 Лёд в период летней навигации
Источник: Wikipedia.org

Наряду с этим существуют Старый лёдстарые, сильно опресненные, сглаженные льды толщиной больше 2,5 м арктические пиковые (рис. 22).

Ледокол Ямал
Рис. 22 Атомный ледокол «Ямал» на пути к Северному полюсу в августе 2001 года
Источник: Wikipedia.org

По динамическим характеристикам льды делятся на плавучие и неподвижные. Неподвижный лед всегда связан с берегом, будто припаян к нему, он покрывает сплошным пластом поверхность моря.

Припай (так называют неподвижный лед) может существовать одну зиму, но возле берегов Гренландии припай не взламывается на протяжении более 25 лет, удерживая в плену айсберги. Возле берегов Антарктиды многолетний припай толщиной более 3 м иногда доходит до самого грунта, в морях умеренных широт его толщина доходит до 1,5 м.

Наиболее распространены в Мировом океане плавучие льды, которые не связаны с берегом и дрейфуют по воле ветров и течений.

Плавучие льды – это как рассмотренные выше первичные льды разных форм, так и исполинские ледяные поля, которые получаются самостоятельно или вследствие разлома припая. По размерам различают мелкоколотый лед (от 2 до 20 м) и крупноколотый от 20 до 100 м. Наибольшие ледяные поля достигают 10 км. При столкновении льды образуют накопления из обломков – торосы.

Исполинские поля материкового (глетчерного) льда длиной несколько десятков километров имеют толщину, которая измеряется десятками метров. Управление судном при плавании во льдахЛедовые горыайсберги Арктики и Антарктики медленно сползают в моря, отламываются и начинают новую жизнь уже как морские льды (рис. 23).

Айсберг
Рис. 23 Айсберг в Антарктическом проливе, видимая часть
Источник: Wikipedia.org

Характерная особенность айсбергов, связанная с их происхождением, состоит в том, что они пресные. Их размеры различные, для Антарктиды от 1 до 145 км. Основное (90 %) количество материкового льда в Арктике «поставляется» Гренландией. Из 2,1 млн км2 ее поверхности 1,9 млн км2 покрыто глетчерным льдом.

Самые крупные айсберги (длиной 13 км2 шириной 7 км) наблюдаются возле берегов Западной Гренландии, однако в целом в Арктике они имеют значительно меньшие размеры, чем в Антарктике.

Незабываема картина освещенных низкими лучами полярного сияния ледников и айсбергов, которые от них только отделились и еше не успели начать свой долгий путь по морям и океанам, куда их захватывают течения и ветры.

Как правило, дрейфуют они в направлении экватора, и вероятность их появления существует на одной пятой части акватории Мирового океана.

Северные айсберги намного разнообразнее южных. Ледовые великаны притягивают внимание невероятными формами и многообразием оттенков цветов. Некоторые из них похожи на эллинги, за что носят название «сухие доки», другие напоминают купола и шпили или даже целые волшебные замки.

Признаки приближения ко льдамАйсберги Антарктики несравненно крупнее арктических. Они преимущественно имеют столообразную форму, поднимаются над водой до ста метров. Обычно считают, что подводная часть этих айсбергов в 7-ю раз превышает надводную. Тогда общая высота подобных великанов близка к одному километру. На степень погружения айсбергов в воду влияет их внутренняя структура.

Айсберг состоит в основном из спрессованного снега со средней плотностью 0,89 кг/дм3 По этой причине над водой выступает 1/7 или 1/8 часть айсберга (рис. 23, 26). Выветривание и водная эрозия изменяют соотношения надводной и подводной частей: оно колеблется между 1:6 и 1:3.

Айсберги
Рис. 24 Айсберги, образовавшиеся в фиордах Гренландии
Источник: Pixabay.com
Арктические айсберги
Рис. 25 Айсберги в Антарктиде
Источник: Pixabay.com
Подводная часть айсберга
Рис. 26 Положение айсберга в водной толще
Источник: Pixabay.com

Определение возраста одного из практически растаявших гренландских айсбергов методом тритиевого датирования показало, что продолжительность жизни таких айсбергов может достигать 50 000 лет.

Белоснежный оттенок, присущий айсбергам, поясняется тем, что во льду помещаются мельчайшие пузырьки воздуха, они же служат причиной шипения, которое сопровождает погружение айсберга при его рождении.

В Арктике айсберги образуются главным образом ледниками Гренландского побережья. Ежегодно в северном полушарии рождается около 16 000 айсбергов. Наиболее мощный из гренландских ледников – ледник Якобсхавн, который дает жизнь до 1 400 айсбергам в год.

Айсберги Южного океана рождаются гигантскими шельфовыми ледниками Антарктического континента. Наиболее продуктивны в этом отношении шельфовые ледники Росса и Фильхнера в морях Росса и Ведделла. Под действием выветривания Особенности подготовки судна к плаванию во льдахантарктические айсберги приобретают глубокий синий цвет необыкновенной красоты, который редко встречается у арктических айсбергов Наибольший в мире айсберг зафиксирован в Антарктиде в 1956 году: длина его была 350 км, а ширина – 40 км. Наибольший айсберг северного полушария в длину был 10 км и в ширину 5 км (1882 г., район Баффиновой Земли).x.

Трагедия «Титанита», который на полной скорости столкнулся с айсбергом, впервые заставила весь мир серьезно призадуматься над опасностью, которую создают судоходству дрейфующие ледовые горы.

Уже в 1913 году был образован Международный ледовый патруль, который должен был сообщать по радио о размерах, координатах и путях дрейфа айсбергов в районе островов Ньюфаундленда – зоне интенсивного судоходства, ежегодно пересекаемом многими ледовыми великанами. образованными в основном в Гренландии.

Как далеко на юг могут дрейфовать айсберги? Остатки айсбергов встречаются на широте Бермудских и Азорских островов. Расстояние, которое может преодолеть айсберг, во многом зависит от его начальных габаритов и оттого, попадет ли он в теплое течение. В среднем около 400 айсбергов заходят за широту Ньюфаундленда.

Но время дрейфа айсберги постоянно разрушаются. Средняя продолжительность жизни этих образований составляет около четырех лет, но некоторые живут по десять и больше лет. В холодных водах верхняя часть ледовых гор тает быстрее подводной, в теплых наоборот. В последнем случае айсберги часто переворачиваются.

Расположение льдов в Мировом океане, их размеры и время существования в том или другом районе зависят от баланса теплоты, режима ветров зимой, накопления теплоты за лето. В отдельных морях льды можно встретить всегда, в других большая часть их летом тает (Баренцево и Карское моря), в некоторых они бывают и зимой и летом (Северный Ледовитый океан, большинство морей Антарктики). В Японском, Охотском, Балтийском, Белом, Азовском и Каспийском морях льды бывают только зимой. Существуют моря (например, Северное), где льды встречаются эпизодически, не каждую зиму.

На вопрос о количестве льда на нашей планете С.И. Кан приводит следующий ответ: площадь морских льдов в северном полушарии (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей) изменяется от 84 до 150 млн км2, а объем от 11,5 до 25,5 тыс. км3; в южном полушарии площадь льдов колеблется в пределах 12-25 млн км2, объем 7-30 тыс. км3.

Что произойдет, если весь лед на планете одновременно растает? Если это произойдет и растает весь лед Антарктики и Гренландии, уровень Мирового океана поднимется больше чем на 100 м, Вероятность этого очень мала.

Скорее всего, это будет происходить на протяжении тысячелетий, и таяние будет сопровождаться подъемом массивов суши и опусканием океанского дна из-за перераспределения нагрузки из суши на море.

Окисши безбрежные волны разбиваются с шумом о берег, сотрясают гранитные скалы и в кипенье вздымаются к тучам. Так вода королева Вселенной, разъяренная дикая сила грозно спорит с землею и небом и стихиям свой вызов бросает.
 
Мануель Нигера. Мертвые волны

Изучение ледового покрова, его движения, динамики, Международная символика для морских ледовых картвладение информацией о ледовой обстановке имеют решающее значение для судоходства. обеспечения его безопасности и эффективности.

Волны в океанах и морях

Волны в море – это колебательное движение воды в определенном слое. При влиянии силы на частичку воды эта частичка смещается относительно плоскости спокойной поверхности, вследствие чего возникают восстанавливающие силы, которые стараются возвратить частичку к положению равновесия. Восстановительными могут быть как силы поверхностного натяжения, так и гравитационные (силы тяжести).

Если размеры волн невелики, силы поверхностного натяжения имеют большие значения по отношению к силе тяжести, и такие волны называются капиллярными. Капиллярные волны образуются в первые моменты воздействия ветра на водную поверхность, если возникает зыбь, а также на поверхности крупных волн (вторичные волны). Во всех других случаях преобладающее значение имеет сила тяжести, и такие волны называются гравитационными (рис. 27).

Виды морских волн
Рис. 27 Классификация морских волн

В зависимости от сил, которые вызывают волновое движение, волны распределяются следующим образом:

  • ветровые – волны, которые вызваны ветром и находятся мод его влиянием. Ветер одна из главных причин образования морских волн. После завершения воздействия ветра эти волны превращаются в волны зыби. Наблюдаются повсеместно и постоянно;
  • приливные – волны, которые возникают под действием периодических сил притяжения Луны и Солнца. Наблюдаются постоянно;
  • сейсмические – волны (цунами), и которые возникают вследствие вулканических процессов, связанных с землетрясениями и извержениями прибрежных и подводных вулканов. Наблюдаются в районах повышенной сейсмической активности, расположенных главным образом в Тихом океане. Скорость распространения цунами достигает 200 м/с, за несколько часов волна пересекает океан. На прибрежном мелководье волна тормозится (на глубине 50 м 20 м/с). Но с потерей скорости высота волны повышается и может достигать десятков метров. Страшное цунами в Японии 11 марта 2011 годаЦунами, которое обрушивается на побережье, причиняет катастрофические убытки и приводит к гибели многих людей (рис. 28, 29);
  • апемобарические – волны, вызванные значительным изменением атмосферного давления и ветра, который приводит к большим отклонениям поверхности океана или моря от положения равновесия. Например, действие только распределенного атмосферного давления вызывает подъем воды в реке Неве на 2-3 м, что приводит к катастрофическим наводнениям;
  • корабельные – носовые и кормовые волны, которые образуются при движении судна.
Последствия цунами
Рис. 28 Цунами забросило судно на крышу дома
Источник: Wikipedia.org
Цунами Тайланде
Рис. 29 Цунами и землетрясение в Тайланде, 2004 год
Источник: Wikipedia.org

В открытых районах вдали от берегов наблюдаются распространенные в определенном направлении волны, видимая форма которых перемещается в пространстве, хотя частички воды при этом осуществляют только периодические колебания вокруг положения своего равновесия и никуда не перемещаются. Движение в ту или другую сторону на поверхности моря создает течение, если волнение было вызвано ветром.

В то же время в закрытых или полу закрытых бассейнах вследствие отражения волн от границ морской поверхности могут возникать стоячие волны, видимая форма которых не перемещается в пространстве, колебания поверхности будто «стоят» на месте.

В заливах и озерах при небольших глубинах бассейнов могут возникать колебания, которые напоминают колебание воды в сосуде.

Предлагается к прочтению: Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов

Такие волны называются сейшами, они вызываются спадом воды при прохождении циклона или при землетрясении.

Все перечисленные волны возникают на водной поверхности и носят название поверхностных. Кроме них существуют волны, которые возникают под влиянием тех же факторов, что и поверхностные, но существуют как колебание границ раздела водных слоев разной плотности или солености.

Такие волны называются внутренними. Высота внутренних волн может достигать 20-30 м, поскольку соседние слои воды мало отличаются по плотности и перемешивание жидкости не требует такого количества энергии, как подъем гребня волны в воздухе. Внутренние волны могут значительно искривить границу теплой и холодной воды, которая именуется областью скачка.

Основные элементы воли. Зарождение и развитие волнения. Несмотря на разные формы и очертания океанических волн, они имеют общие элементы, к которым относятся следующие:

  • волновой профиль, который представляет собой кривую, образованную вследствие пересечения волновой поверхности моря вертикальной плоскостью в направлении распространения:
  • средний волновой уровень – это линия, которая пересекает волновой профиль таким образом, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы;
  • вершина – высшая точка гребня волны:
  • подошва – самая низкая точка гребня волны:
  • высота волны – вертикальное расстояние от подошвы до вершины;
  • фронт волны – линия, которая проходит вдоль гребня волны перпендикулярно к направлению ее перемещения;
  • длина волны – измеряется в направлении распространения как расстояние по горизонтали между двумя гребнями или подошвами;
  • средняя крутизна волны – это отношение высоты волны к ее длине.

При распространении волны ее профиль перемещается в направлении развития, и в каждой точке будут последовательно наблюдаться чередующиеся гребни и подошвы. Промежуток времени между прохождением двух сопредельных гребней или их подошв называется периодом волны τ.

Фактически это время, на протяжении которого волна преодолевает расстояние, равное ее длине λ. Величина, обратная периоду, называется частотой волны v = 1/τ. И, наконец, расстояние, которое волна проходит за единицу времени, называется скоростью волны.

Глубоководные волны разной длины, совместно распространяясь, будут смещаться друг относительно друга вследствие разности их скоростей.

Результирующая волна представляет собой группы чередующихся волн, повышенной, по сравнению с первичными волнами, высоты с провалами между группами Реальное волнение носит именно такой характер, который стал основанием для возникновения представления о существовании «девятого вала» (вспомните всемирно известную картину И.К. Айвазовского). Наибольшая волна есть в каждой группе, и она не обязательно девятая. Существовали различные соображения относительно того, какая волна в группе наибольшая, то есть сколько волн в группе: древние греки считали наибольшей каждую третью волну, финикийцы и египтяне – четвертую и пятую, римляне – десятую, на Востоке – одиннадцатую. Если рассмотреть результаты определения функции распределения количества ветровых волн в группах для волнений разной интенсивности, то можно отметить, что 50 % групп включают в себя пять волн, так называемый «девятый вал» составляют 10 % всех групп волн. Группы из пятисеми волн, которые наблюдаются довольно часто, безопасны, так как наибольшая волна в них сравнительно небольшая. Группы из восьми-десяти волн встречаются сравнительно часто, они имеют достаточно высокую наибольшую волну, которая, возможно, содействовала распространению представления о «девятом вале».x.

Из перечисленных основных элементов характерные особенности волны определяют: высота, длина, период и скорость.

Наиболее неустановившаяся из основных элементов морского волнения высота волны: быстро возрастая, она так же быстро и уменьшается. Значительно изменяется и длина волны, в особенности в начале волнения, если волны очень крутые. С усилением шторма длина все больше возрастает, но при достижении определенного предела, она еще долго остается большой, даже если ветер уже утих.

Наиболее стабильный элемент морского волнения скорость: она и мало изменяется, и долго сохраняется. Период волны зависит от ее длины и скорости.

Динамика зарождения и развития наиболее распространенных волн следующая: на гладкой зеркальной поверхности моря при наименьшем ветре появляются мелкие первичные волны, которые имеют вес признаки капиллярных волн: они вызываются тем, что над спокойной поверхностью моря появляются незначительные воздушные вихри. Таким образом, давление над морем пульсирует, и там, где воздушные потоки опускаются, на поверхности воды появляется впадинка, а в точках восходящих воздушных потоков возвышенность.

Первичные волны равномерные, они образуют параллельные дуги с невысокими (высотой несколько миллиметров) складками. С усилением ветра волны также увеличиваются, возрастают их высота, длина и крутизна. Это происходит не сразу, минует некоторое время, пока поверхность морской воды прореагирует на воздействие ветра. Здесь имеют значение не только сила ветра и его продолжительность, но и расстояние, на котором наблюдается ветер, разгон ветра. Отношение скорости волны к скорости ветра называется возрастом волны.

Энергия ветра расходуется в двух направлениях: на повышение длины и высоты волн и на преодоление трения между водными слоями. С течением времени Самые большие волны на планетевысота волн постепенно возрастает, пока не достигнет установленного значения, максимального для конкретных условий.

Ветер дует порывами, поэтому и волны образуются разные: рядом с большими волнами более мелкие, они имеют разные скорости, накладываются друг на друга, образуя группы.

По мере возрастания высоты волн профиль гребня обостряется, и при скорости ветра 7-10 м/с начинается перебрасывание гребешков волн в направлении распространения, образуется пена. Дальнейшее усиление ветра приводит к появлению хлопьев и полос пены на поверхности моря.

Если ветер начинает стихать, за ним постепенно спадают и волны: вначале мелкие и значительно позже крупные. Волнение приобретает форму зыби. Как установлено исследованиями, зыбь и мертвая зыбь наблюдаются па поверхности океанов за тысячи километров от того места, где они появились.

Для характеристики скорости ветра используется специальная шкала, где скорость измеряется в баллах (табл. 3). В настоящее время общепринято измерять силу ветра в баллах по шкале Бофорта.

Таблица 3. Характеристики ветра
НаименованиеБаллы ветраШкала 1926 г.
Z = 6,0 м
Шкала 1939/46 г.
Z = 10,0 м
Скорость ветра, м·с-1Верхние паруса, которые может нести корабль, яхта
Средняя скорость ветра, м·с-1Скорость ветра при шквале, м·с-1Средняя скорость ветра
м·с-1уз.
штиль00-0,51,00,21,00полная парусность, хода нет
тихий10,6-1,73,21,53,02,0полная парусность, хода нет
легкий21,8-3,36,23,36,03,0полная парусность, хода нет
слабый33,4-5,29,65,410,05,0полная парусность, имеет ход
умеренный45,3-7,413,67,916,08,0полная парусность
свежий57,5-9,817,810,721,011,0бом-брамсели в бейдевинд
сильный69,9-12,422,213,827,014,0брамсели, марсели в один риф
крепкий712,5-15,226,817,133,017,0марсели в два рифа
очень крепкий815,3-18,231,620,740,021,0марсели в три рифа
шторм918,3-21,536,724,447,024,0зарифл. марсели, нижи. парус
сильный шторм1021,6-25,142,028,455,028,0зарифлены грот-марсель, фок
жестокий шторм1125,2-29,047,532,663,033,0штормовые стаксели
ураган12свыше 29,053,036,571,0свыше 33,0рангоут
13
14
15
16
17
Примечание: правый столбец таблицы – для судов, плавающих под парусами

 
Эта шкала разработана английским адмиралом Ф. Бофортом еще в 1806 году и сначала применялась только им. В 1874 году Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в международной синоптической практике.

В табл. 4, приведено соотношение между балльностью и скоростью ветра (м/с) на высоте (Z) 6,0 м Скорость ветра существенно зависит от высоты Z над поверхностью моря. Так, на высоте 1 м она составляет 0,8 скорости на высоте 6 м.x над уровнем моря для шкалы 1926 г. и Z 10,0 м для других, ныне действующих шкал. Для перехода от баллов Бофорта к скорости ветра за рубежом обычно используется шкала, рекомендованная Международным метеорологическим комитетом. Эта шкала отличается от шкалы, рекомендованной «Наставлением».

Таблица 4. Соотношение между баллами шкалы Бофорта и скорости ветра
Баллы БофортаВысота волныСостояние водной поверхностиПределы скорости ветра, уз.
По шкале 1936 г.По шкале “Наставления Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 9 «Гидрометеорологические наблюдения на морских станциях», ч. Ill «Гидрометеорологические наблюдения, проводимые штурманским составом на морских судах». Изд. 5-е. Л., Гидрометеоиздат, 1971 г.x
00Штиль. Поверхность зеркально-гладкая< 10-1,0
10-0,3Тихое волнение. Небольшие волны в виде чешуи, но без гребней1-31,0-3,0
20,3-0,9Легкое волнение. Гребни не перебрасываются, они кажутся стекловидными4-63,5-6,4
30,9-1,5Слабое волнение. Короткие, хорошо выраженные волны, отдельные буруны на гребнях7-106,6-10,1
41,5-2,4Умеренное волнение. Многочисленные гребешки, возможны брызги11-1610,3-14.4
52,4-3,6Сильное волнение. Волны начинают нагромождаться;
беспрерывное образование бурунов;
пена с гребешков сдувается ветром
17-2114,6-19,0
63,6-6,0Очень сильное волнение. Волны растут на глазах. Распространены буруны, пена с которых укладывается плотными полосами по ветру22-2719,2-24,1
76,0-12,0Шторм. Волны накапливаются, образуются длинные вспененные гребни, которые беспрерывно разрушаются;
поверхность моря становится белой от пены, которая срывается с гребней;
ухудшается видимость
28-3324,3-29,5
8>12,0Сильный шторм. Волны настолько высокие, что во впадине судно исчезает из глаз;
ветер срывает все гребни, море полностью покрыто полосами пены;
воздух насыщен пеной и брызгами;
видимость значительно ухудшается
34-4029,7-35,4
9Жестокий шторм. Волны пересекают друг друга по многим направлениям;
развивается сложная интерференционная волновая картина
41-4735,6-41,8
10
11
12
Ураган48-55
56-63
64-71
42,0-48,8
49,0-56,3
свыше 56,3

 
Под влиянием трения воздушных масс о воду и вследствие пульсации Судовые гидро метеорологические приборыскорости ветра над водной поверхностью образуются волны, носящие случайный, нерегулярный характер.

Следующие друг за другом волны отличаются друг от друга размерами, периодом колебаний.

Интенсивность нерегулярного волнения характеризуется, как и ветер, баллами. Зависимость между ними выражается соответствующей шкалой табл. 5.

Таблица 5. Характеристики волнения
Наименование волненияБаллы волненияПирсон-НейманВсемирная метеорологическая организацияГлавное управление гидрометеослужбыСредний период
τ
с
Средняя длина
λ
м
Продолжительность действия ветра, час
h1/3
м
h3%
м
h1/3
м
h3%
м
h1/3
м
h3%
м
слабое10,60,790,10,130,190,250,50,30,3
умеренное21,31,720,50,660,570,751,520,6
значительное31,72,241,251,650,951,253,062,0
42,22,92,53,31,522,04,0-5,015-304,0-8,0
сильное54,05,284,05,282,653,57,05012,0
66,38,326,07,914,556,08,07020,0
очень сильное712,316,29,011,96,448,510,010030,0
818,824,814,018,58,3511,012,0-4,0150-20050-60
исключительное9свыше 18,8свыше 24,8свыше 14,0свыше 18,5свыше 8,35свыше 11,016,0-8,0250-30090-100

 
Примечание:

  • h1/3 – средняя высота 1/3 самых высоких волн;
  • h3% – высота волн трехпроцентной обеспеченности: то есть из 100 волн только у трех высота будет превышать значение, указанное в таблице.

Определенные особенности в поведении волны существуют при приближении ее к берегу. Она при этом изменяется, деформируется. Трение воды о дно становится вес более ощутимым, благодаря чему частички воды, которые находятся возле подошвы, движутся медленнее, чем на гребне, который начинает перебрасываться, разрушаясь при этом.

Возле берега возникает прибой, а возле глубокого берега, в особенности если его достигает океаническая волна, образуется подкат. В случае переворачивания волны не возле самого берега, а над отмелями или рифами, образуется бурун с грохотом, подобным пушечному выстрелу.

В зависимости от различного сочетания геофизических факторов в соответствующих районах Мирового океана волнения различаются по силе и продолжительности действия той или иной силы на протяжении года.

Наиболее значительные волны в открытом океане встречаются в умеренных широтах южного полушария, где Мировой океан охватывает Землю сплошным кольцом. Это объясняется как отсутствием суши, так и характером ветров. Здесь волны достигают длины 400 м, 12-13 м высоты при скорости распространения до 22 м/с. Исключительно Подготовка к плаванию в штормовую погодубольшие штормовые волны встречаются сравнительно редко (рис. 30, 31). Обычные штормовые волны, которые развиваются при северо-западных ветрах, достигают длины до 150 м и высоты 5-7 м.

Океанская волна
Рис. 30 Образование океанической волны
Источник: Wikipedia.org
Штормовые волны
Рис. 31 Штормовые волны в Северной части Тихого Океана
Источник: Wikipedia.org
Морская зыбь
Рис. 32 Морская зыбь – волны на поверхности воды
Источник: Pixabay.com

В умеренных широтах северного полушария штормы также достаточно частые, но волнение несколько слабее. Интенсивность волнения уменьшается от умеренных широт до экватора, и уже в тропических районах повторяемость штормовых ветров в два-три раза же, чем в умеренных широтах.

Зыбь, как и ветровые волны, отличается по размерам (табл. 6). За двое-трое суток она может пересечь океан, сохраняя значительную длину и период. Гигантская зыбь зарождается преимущественно в умеренных широтах северного и южного полушарий, где зимой и весной бушуют ТОП 10 кораблей во время штормаштормовые циклоны, которые вызывают значительное волнение. От этих широт зыбь достигает штилевой экваториальной зоны.

Таблица 6. Шкала силы зыби
БаллХарактеристика зыбиВысота, мДлина, м
0Отсутствует00
Слабая:
1короткая или средняя0,3-1,80-180
2длинная> 180
Умеренная:
3короткая1,8-3,60-90
4средняя0-180
5длинная> 180
Высокая:
6короткая> 3,60-90
7средняя0-180
8длинная> 180
9смешанная

 
Очень часто в Атлантическом океане наблюдается такая картина, что зыбь приходит из области штормовых циклонов Гольфстрима или из южных широт, причем иногда она даже пересекает экватор. Возле океанического побережья Европы наблюдается зыбь со значительными периодами, которая пришла издали.

Иногда волны и зыбь наблюдаются одновременно, причем они могут иметь разные направления распространения. Один из таких широтных районов, где имеет место подобное смешанное волнение, расположен в северной части Тихого океана. Здесь тяжело плавать маленьким судам. Долгопериодическая зыбь может проходить по океану со значительной скоростью расстояния в несколько тысяч километров. Ветровое волнение во внутренних морях не достигает таких размеров, как в открытом океане, что поясняется их глубинами и площадями водной поверхности. В Средиземном море высота волн не превышает 5,0-5,5 м, в Балтийском до 5 м. Недобрую славу у моряков заслужил

Бискайский залив, где постоянно, независимо от времени 1 года, бушуют 15 минут шторма. Очень впечатляет. Подборка штормов на морештормы, которые сопровождаются сильным волнением. Но есть волны, которые не попадают в обычную статистику (рис. 33). В открытом океане, у побережья и различных морских бассейнах зарегистрированы необычно высокие ветровые волны, известные под названием «волн-убийц», За последние годы существенно возрос интерес к изучению этого аномального явления. Волна-убийца – это одиночная поверхностная волна, которая существенно выше окружающих ее ветровых волн.

Супертанкер Esso languedoc
Рис. 33 Волна высотой 25 м, накатывающаяся на супертанкер Esso languedoc у южного побережья Африки, 1980 г.
Источник: web.archive.org

В англоязычной литературе за ней закрепили названия: frakewave, rouge wave, killer wave, anomalous wave или giant wave. Об этих волнах (у них есть еще русское «медвежье» название волны-шатуны) известно давно, хотя их прямые измерения до недавнего времени отсутствовали, а вся информация носила описательный характер с мистическим уклоном.

Считалось, что волны в океанах высотой 25-30 м и более крайне редкое явление, которое наблюдалось по теоретическим оценкам, один раз в десятки лет.

Как отмечается в работе, интерес к этой проблеме, возникший в последнее десятилетие, связан с рядом большого числа аварий крупнотоннажных судов, связанных, по свидетельствам очевидцев, не только с погодными условиями, но и с ударами быстро возникающих и столь же быстро исчезающих одиночных морских Волн аномальной высоты и крутизны.

По полученным в последние годы оценкам, силовые воздействия волн-убийц на суда могут значительно превышать нормативные нагрузки, обычно учитывающиеся при их проектировании.

Радиолокационные станции и средства автоматической радиолокационной прокладкиИспользование радиолокационных средств измерения уровня океана, размещенных на космических носителях, оборудование специальным инструментарием буровых платформ, установка специальных буев в различных районах Мирового океана привели к кардинальному пересмотру взглядов на вероятность возникновения волн-убийц и географию их распространения.

На сегодняшний момент нет полной ясности относительно механизмов образования этих волн и физической закономерности развития и затухания. Нет и методов прогнозирования таких аномальных волн.

В настоящее время выделено три типа «волн-убийц»:

  • одиночные волны (рассеивающиеся, по терминологии Национального управления океанических и атмосферных исследований (США), в форме водяных стен, распространяющиеся на расстояние от 6 до 10) миль;
  • группа из трех аномальных волн, известная под названием «три сетсры»;
  • одиночные штормовые волны (рассеивающие), которые быстро возникают, увеличивают свою высоту до четырехкратного превышения значимой высоты ветровых волн в районе наблюдения и коллапсируют через несколько секунд.

На рис. 34 приведен фрагмент записи широко известной в научной литературе «волны-убийцы », полученной 1. 01. 1995 г. в штормовых условиях с помощью лазерного волнографа, установленного на стационарной буровой платформе в Северном море.

Новогодняя волна-убийца
Рис. 34 Фрагмент записи в Северном море, содержащий «новогоднюю волну-убийцу»

По времени и дате эта волна получила название «новогодняя». Этот фрагмент г записи позволяет получить более детальное представление о форме аномальных волн. «Новогодняя волна-убийца» была одиночной, обладала сильной асимметрией. Наибольшую крутизну имел передний ее склон, что усиливает ее ударную мощь при встрече о препятствием (судами, буровыми платформами и т.д.). Гребню предшествует протяженная подошва, нередко она является необычно глубокой и определяет высоту «волны-убийцы» в целом и поэтому подобные образования получили название «дыры в море».

Невидимые и большей частью еще не нанесенные на карту течения океана — главная сила, которая руководит климатом земного тара. Эти течения отличаются рядом странных особенностей.
 
Генри Пустомель. Циркуляция абиссали

Полная высота гребня «новогодней волны-убийцы» 25 м при глубине моря в этом районе 70 м, «Волны-убийцы» регистрировались во всех океанах, кроме Северного Ледовитого. Наиболее часто они встречаются в зоне Агульясова течения у восточного побережья Южной Африки.

«Волны-убийцы» зарегистрированы в Мексиканском и Бискайском заливах, Японском и Средиземном морях. Однако они могут существовать и в таких небольших бассейнах, как Корабли Военно-Морских Сил Соединённых Штатов Америки в Чёрном мореЧерное море.

Впервые подобная одиночная волна была зарегистрирована 22. 11. 2001 г. с волнографического буя, установленного у восточного побережья Черного моря в районе Геленджика (рис. 35).

Волна-убийца
Рис. 35 «Волна-убийца» в Черном море, зарегистрированная 22.11.2001 г. в р-не Геленджика
Большая волна
Рис. 36 Встреча судна с «волной-убийцей»
Повреждение форштевня
Рис. 37 Последствия ударов «волны-убийцы» форштевня пассажирского судна

Глубина моря в этом районе составляет 8 м, высота волны 32 м. Продолжительность жизни волны в точке наблюдения оценивается в 4,3 сек, а ее длина составила 20 м, 4 марта 2010 года волны высотой 18 метров неожиданно накрыли довольно Крупный пассажирский лайнер Louis Majecty, следовавший из Марселя и Барселону. Волны разбили иллюминаторы на 8-й палубе. Разбившимися стеклами были ранены 14 пассажиров лайнера, двое из которых от полученных ранений скончались.

Течения в океане

Движение морской воды при волнении носит сугубо колебательный характер. Но в Мировом океане существуют движения, при которых исполинские массы воды переносятся на значительные расстояния на тысячи миль.

Это океанические течения, которые не только переносят значительные массы воды, но и осуществляют глобальный обмен энергии в океане и в системе океан-атмосфера.

Это интересно: Технико-организационная характеристика судоремонтного предприятия

Несмотря на значительные расхождения в размерах акватории и формах границ водных масс, картины поверхностных течений Атлантического, Тихого и Индийского океанов во многом идентичны.

Характерным для океанов является существование замкнутых вращающихся систем течений кругооборотов. Систему течений в северном полушарии с вращением в кругообороте по часовой стрелке называют антициклической, с противоположным направлением вращения циклической, в южном полушарии наоборот. Наиболее значительные кругообороты создаются в тропической и субтропической зонах Северным и Южным пассатными течениями. Эти течения, направленные с востока на запад, в северном полушарии носят антициклический характер, в южном циклический.

Пассатные течения представляют стойкие водные потоки шириной до 2 000 км со скоростью от 0,2 до 1,0 м/с. Между этими пассатными течениями проходит встречное экваториальное противотечение, скорость которого составляет 0,4-0,6 м/с.

К западным берегам океанов прилегают сравнительно узкие (шириной 100-500 км) и быстрые течения: Гольфстрим в Атлантическом океане и Куросио в Тихом. В районе умеренных широт эти теплые течения поворачивают к открытому океану и движутся восточнее.

Здесь они образуют Североатлантическое и Северо тихоокеанское течения, которые начинают обратные восточные ветви кругооборотов: Португальского и Канарского в Атлантическом и Калифорнийского – в Тихом океане.

Теплое течение Гольфстрим проходит вдоль западной границы Атлантического океана. Оно приносит тепло к высокоширотным районам, осуществляя существенное положительное влияние на климат России и скандинавских стран. Тепло Гольфстрима ощущают вся Европа и восточные районы Северной Америки. Тепло, которое приносит Североатлантическое течение (ветвь Гольфстрима) к берегам Европы, настолько значительно, что в Тромси, расположенном на западном берегу Норвегии на 70° с.ш., температура воздуха на 22° выше средней для данной широты (рис. 38).

Мыс Хаттерас
Рис. 38 Вид на остров и мыс Хаттерас из космоса (1989)
Источник: Wikipedia.org

Порождают его пассатные течения, которые поступают в Мексиканский зачалив. Выходя из этого залива (в районе Флоридского залива), на протяжении 1 200 км до мыса Гаттерас Морские течениятечение Гольфстрима проходит вдоль побережья Америки, лишь иногда отклоняясь от него. После мыса Гаттерас течение относительно небольшой ширины отклоняется к востоку, начинает «блуждать», ось его искривляется и изменяется стечением времени.

Течение описывает значительные дуги (так называемые меандры), такие волнообразные изменения положения оси имеют период от двух педель до месяца. Некоторые волнообразные меандры достигают значительной амплитуды, становятся нестойкими и отсекаются от «тела» течения, образуя вихри (ринги Гольфстрима).

Эти вихри вращаются по часовой стрелке справа и против часовой стрелки слева от течения, причем между Гольфстримом и побережьем Америки расположены теплые вихри, а справа от течения холодные (рис. 39). Такие вихри могут самостоятельно существовать три-пять лет, постоянно перемещаясь к югу.

Термическая карта Гольфстрима
Рис. 39 Термическая карта Гольфстрима у побережья Северной Америки
Источник: Wikipedia.org

На подходе к Срединно-Атлантическому хребту (на дне океана) Гольфстрим перестает существовать как единое течение и превращается в отдельные ветви Североатлантического течения.

Для южного полушария также характерны мощные кругообороты течений. В Атлантическом океане кругообороты формируют Южное пассатное. Бразильское, Антарктические циркумполярные и расположенное близ берегов Африки Бенгальское течения. Антарктическое циркумполярное течение пересекает три океана и охватывает практически весь земной шар. Оно проникает на глубины до 3 км и движется со средней скоростью 0,25-0,3 м/с при среднем расходе 150 · 106м3.

В Индийском океане западная ветвь кругооборота образуется мощным течением мыса Игольного, восточная Западноавстралийским течением, которое имеет существенно размытые контуры. В акватории Тихого океана расположена западная ветвь, которую образует Восточно-австралийское течение, а восточную – течение Гумбольдта (Перуанское течение).

Рядом с основными кругооборотами, для которых характерны значительные размеры и высокие расходы воды, в океанах существуют местные кругообороты, намного меньшие по размерам и мощности, течения умеренных и высоких широт.

В Атлантическом океане это разветвления Южно атлантического течения Западно шпицбергенское течение и течение Бирмингема, которые замкнуты Восточно гренландским и Лабрадорским холодными течениями. В Тихом океане образованы два кольца в заливе Аляска и в Беринговом море.

Вдоль берегов Дальнего Востока к Японским островам движутся холодные течения Камчатское и Ойясио. В приполярных широтах течения слабые и нестойкие. Специфический характер имеют течения в 11 поливах.

Выдающийся ученый, флотоводец и кораблестроитель адмирал С.О. Макаров оставил в своем научном наследии интересную работу по воздухообмену между Средиземным и Черным морями. Проведенные им исследования характера движения водных масс в проливе Босфор позволили ему прийти к научно аргументированному выводу о том, что там существуют два течения: поверхностное из Черного моря к Мраморному и глубинное в противоположном направлении. Макаров не только подробно описал особенность движения вод в Босфоре, но и дал объяснение этому феномену. Верхнее течение порождается тем, что уровень Черного моря несколько выше уровня Мраморного. Вода Мраморного моря более соленая, поэтому имеет большую плотность. Таким образом, нижнее течение определяется тем, что вода направляется из области высокого в область низкого давления.

С.О. Макаров доказал, что из Черного, моря вытекает в два раза больше воды, чем втекает. Это объясняется следующим: такие полноводные реки, как Дунай, Днепр и Дон, который впадают в Черное море, опресняюшего, а испарение влаги в черноморских широтах ограниченное. Вследствие этого Черное море будто переливается «через край» в Мраморное море, а потом в Средиземное. Кстати, еще во время Первой мировой войны Морские сражения Первой мировой войныкомандование Российского Черноморского флота использовало открытие Макарова при разработке планов минирования Босфора.

Проведенные С.О. Макаровым наблюдения, добротная научная обработка и анализ их результатов и в нынешние времена не утратили своею значения для обеспечения судоходства, через наиболее загруженный в мире пролив.

Причины возникновение океанических течений и их типы. Главной движущей силой течений является ветер, кроме этого на движение воды в океанах влияют разность давлений, вращение Земли, трение. Вследствие трения воздуха о поверхность воды и давления на наветренные склоны волн ветровые потоки прикладывают к поверхности океана пару сил и вращательный момент. Вращение воды в северном полушарии проходит по часовой стрелке, в южном в противоположном направлении. Несмотря на переменчивость ветров, продолжительное и постоянное влияние на океан обусловлено средними значениями скорости ветра, которые имеют постоянное значение.

Течения в океанах подобны течениям рек, но без берегов. В реках движение воды обусловливается перепадом уровней, то есть разностью давления между точками выше и ниже по течению. В устойчивых течениях с постоянной скоростью разность давления на одной глубине уравновешивается силой трения о дно.

В океане сила трения значительно слабее, и разность давлений, связанная с отличием давлений и плотностей воды в разных точках, уравновешивается силой Кориолиса, которая имеет небольшие значения, но именно ее влияние приводит к преобладающему подмыву правого берега рек в южном полушарии.

Течения, которые соответствуют этому условию, называются геострофическими. Их особенность состоит в том, что вода в них движется не под уклоном, а перпендикулярно к нему. Геострофические течения направлены не из области высокого давления к области низкого давления, а вдоль линий постоянного давления — изобар. Все значительные океанические течения являются геострофическими, водные массы вращаются вокруг подъемов областей повышенного уровня воды.

При влиянии ветра на океанскую поверхность он не только скользит вдоль воды, но и захватывает за собой ее поверхностный слой вследствие трения. Движение этого тонкого поверхностного слоя воды через внутреннее турбулентное трение передается слоям жидкости, которые расположены ниже.

Наряду с этим вследствие влияния силы Кориолиса, которая перпендикулярна к скорости течения, направление течения отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном. С возрастанием глубины вектор скорости отклоняется вправо все более сильно, постепенно уменьшаясь по модулю.

Итоговое распределение скорости течения иллюстрируется так называемой спиралью Экмана (рис. 40).

Силы Кориолиса
Рис. 40 Влияние силы Кориолиса на направление течения воды

В соответствии с данными многолетних наблюдений, угол между направлениями ветра и поверхностного течения составляет обычно от 30 до 45°, а скорость поверхностного течения приблизительно 2 % Навигационная гидрометеорологияскорости ветра. Значения этих величин во многом определяются стратификацией верхнего слоя и интенсивностью турбулентного переноса импульса по вертикали.

С действием силы Кориолиса на течения связано возникновение апвелинга процесса, вследствие которого подповерхностные воды перемещаются к поверхности. Подъем может возникать в любом месте, но он более всего заметен вдоль западных побережий континентов. В тех районах северного полушария, где стойкие ветры дуют почти параллельно берегу, поверхностные воды, захваченные ветром, отходят от берега, который служит причиной подъема подповерхностных вод, интенсивность которого зависит от скорости ветра.

Скорость апвелинга может достигать 100 м в месяц, то есть вода, которая достигает поверхности на протяжении сезона, поднимается из относительно небольшой глубины, которая обычно не превышает 300 м.

Более холодная вода, которая поднимается на поверхность, богатая на питательными веществами, поэтому апвелинг обычно способствует усилению фотосинтеза, а тем самым и возрастанию интенсивности образования органического вещества.

Именно этим объясняется продуктивность прибрежных вод возле западного побережья Африки на север от Кейптауна, а также возле берегов Калифорнии и в зоне антарктической конвергенции в Атлантическом океане.

Накопленные данные о течениях позволяют свести их к соответствующей системе. Классификация может базироваться на разных признаках и прежде всего на происхождении течений.

К этой системе принадлежат:

  • ветровые (при непродолжительном ветре) или дрейфовые (при продолжительном ветре);
  • течения, образованные движением воздуха над поверхностью моря при действии силы трения, сгонно-нагонные;

приливно-отливные, которые вызываются периодическими приливообразующими силами Луны и Солнца:

  • плотностные, образуемые неравномерным распределением плотности воды;
  • бароградиентные, вызванные разностью в атмосферном давлении над различными участками океана;
  • геострофические, вызванные разностью давлений на одной глубине;
  • стоковые, которые возникают вследствие накопления воды в том или другом участке океана под действием притока речных вод, Классификация морских льдовтаяния льдов, большого количества осадков и т.п. (рис. 41).
Океанические течения
Рис. 41 Классификация океанических течений

Течения могут быть классифицированы и по продолжительности. Это постоянные непериодические и периодические течения. К первым принадлежат течения, которые всегда наблюдаются в определенных районах и в основном сохраняют генеральное направление (Гольфстрим, Куросио, пассатные течения). Причиной периодических течений в основном являются приливы, непериодических – ветер.

Наряду с этим существуют и другие принципы классификации:

  • по глубине расположения (поверхностные, глубинные, придонные);
  • по характеру движения (прямолинейные и криволинейные);
  • по физико-химическим свойствам (теплые и холодные, соленые и распресненные).

При значительной сложности реальных условий взаимодействия океана и атмосферы, их постоянной переменчивости, наложении разных причин очень тяжело составить единую картину взаимодействия океана и океанических течений.

В связи с этим общепринятым является детальное рассмотрение отдельных типичных ситуаций, например прохождение разных барических систем через конкретные моря и участки океанов.

Рассмотренные поверхностные течения всегда сопровождаются вертикальными перемещениями, интенсивность которых изменяется при переходе от одного участка к другому.

Глубинная циркуляция в океане. Глубинная циркуляция в окраинных морях, которые непосредственно соединяются с океанами, и глубинная циркуляция океанских вод имеют свои особенности.

Определяющее влияние на глубинную циркуляцию в окраинных морях главным образом осуществляет характер климата в данной области. В случае аридного климата испарение превышает осадки, поэтому окраинное море заполнено высокохолодной водой со значительной плотностью. Поверхность такого моря располагается ниже уровня соседних областей океана. Характерные примеры Средиземное море, Красное морс и История создания авианосца Гарри ТрумэнПерсидский залив. Характер циркуляции в таких морях следующий:

  • океанская вода с низшей плотностью распространяется в поверхностном слое;
  • морская вода, попадая через порог к океану, опускается к глубинам, на которых океанские воды, которые ее окружают, имеют одинаковую с ней плотность.

При достижении таких глубин поток дальше растекается в горизонтальном направлении. Благодаря значительной солености воды Средиземного и Красного морей могут далеко проникать, соответственно в Атлантический и Индийский океаны.

Характер глубинной циркуляции в окраинных морях при гумидном климате отличается от рассмотренного раньше. В этом случае уровень моря превышает уровень соседних областей океана. Поверхностные воды моря, которые вследствие незначительной солености имеют низкую плотность, вытекают из моря, а соленая океанская вода с большей плотностью, одолевая пороги, поступает в море. Такой тип циркуляции характерен для Балтийского моря с мелководными входными проливами Эресун и Каддет-Реннен, норвежских и гренландских фиордов, а также для Черного моря с входом к нему через пролив Босфор.

Черное море представляет собой пример особого типа. Здесь вершина порога всегда обтекается водой сниженной плотности, то есть водой верхнего слоя, которая выходит из моря. Вследствие этого обновление глубинных слоев и глубинная циркуляция не происходят. Это приводит к тому, что в глубинных пластах морской воды полностью расходуется кислород и образуется ядовитый сероводород. Ниже 200 м в Черном море живут только анаэробные организмы. В случае, если легкие воды верхних слоев не постоянно, а только иногда проникают к вершине входного порога, то процесс обновления глубинных вод время от времени прерывается. Например, в Балтийском море такие перерывы иногда продолжаются несколько лет.

Прозрачность воды
Рис. 42 Прозрачность воды – лучший показатель ее чистоты
Источник: Pixabay.com

Глубинная циркуляция в океанах имеет значительно более сложную природу, чем в окраинных морях. Перемещение океанских вод по вертикали, которое носит характер замкнутой циркуляции, связано с изменениями температуры и солености и, следовательно, плотности воды. В свою очередь, изменение температуры и солености приповерхностного слоя определяется процессами передачи теплоты, испарения и осадками. При термохалинной конвекции поверхностные воды опускаются (одновременно перемешиваясь по горизонтали) до тех пор, пока не достигнут глубин, где плотность окружающей воды равняется их собственной, а потом распространяются горизонтально. Вследствие этого холодная глубоководная часть океана имеет слоистую структуру и состоит из придонных, глубинных и промежуточных вод.

Максимальное количество солнечного тепла, которое переносится течениями на значительные расстояния, осуществляя влияние на климат значительной части земного шара, поглощается поверхностью океана в экваториальной низко широтной зоне.

Высокие широты являются источником образования естественных океанских вод. Причиной является то, что Состояние и формы льдаобразование льда в Арктике и Антарктике сопровождается переносом большей части солей в воду, вследствие чего возрастают ее соленость и плотность, а температура воды находится на уровне температуры замерзания. Воды с высокой плотностью опускаются книзу. В то же время морские льды, которые тают в более низких широтах, образуют холодные воды с меньшей соленостью, которые, смешиваясь с теплыми солеными водами, также опускаются.

Движение всех холодных вод направлено к экватору.

Глубоководные слои воды Тихого океана, несмотря на его удаленность и отделенность от Ледовитого океана, формируются исключительно антарктическими водами. Вместе с холодными водами к глубинам океана попадает растворенный в них кислород, они обеспечивают обновление естественных слоев воды, которая осуществляет благотворное влияние на глубоководный мир животных и других живых существ.

В связи с этим значительный интерес представляет время обновления глубинных вод. Проведенные исследования содержания радиоактивного изотопа 14С, который образуется только в атмосфере под влиянием космических лучей, не проникающих в глубины, показали, что придонные воды Атлантики находятся на глубине около 400 лет, тихоокеанские воды около 1 500 лет. Такой значительный, но все же конечный срок пребывания вод в глубинах служит показателем того, что в Мировом океане отсутствуют зоны, из которых воды не выносились бы в районы жизнедеятельности человека. Это свидетельствует о том, что загрязнение глубоководных районов океана опасными отходами недопустимо.

Таким образом, опасно для будущих поколений землян использовать, как предлагали некоторые специалисты, глубинные районы Мирового океана (впадины, расщелины) для постоянного захоронения контейнеров с отработанными радиоактивными и ядовитыми веществами.

Японские океанологи открыли в Тихом океане близ острова Огасавара исполинский водоворот, охватывающий район радиусом 100 км, который поднимается из глубины 5 км, достигая поверхности океана. Его энергия почти в 10 раз превышает энергию обычных морских течений. Примерно каждые 100 лет водоворот изменяет направление вращения на противоположное. Специалисты-океанологи считают, что механизм уникального естественного явления возможно объяснить различием в структуре морских течений.

Вилтон Старджес выделяет пять основных областей интенсивной циркуляции Мирового океана, в которых поверхностные воды уплотняются и оседают книзу:

  1. Гибель фашистского корабля ГойяНорвежское море, в котором образуются воды с наибольшей для Мирового океана плотностью. Воды этого моря поступают в Северный Ледовитый океан, а также в Северную Атлантику в виде холодной глубинной воды, которая доходит почти до 60° северной широты.
  2. Под паковым льдом на Антарктическом материковом склоне в море Ведделла, где температура воды близка к точке замерзания (1,9 °С для океанской воды); воды, которые здесь образуются благодаря особенностям рельефа дна, распространяются на север по западной половине Атлантического океана, достигая подножия Большой Ньюфаундлендской банки. Пересекая Срединно-Атлантический хребет на экваторе, они проникают к восточной половине Атлантики.
  3. На глубинах от 1 000 до 4 000 м в море Лабрадор формируются глубинные воды Атлантического океана, которые характеризуются низкой температурой и высоким содержанием кислорода. Эти воды обнаруживали возле берегов Южной Америки и в Тихом океане.
  4. На 50° южной широты в полярном фронте формируются воды с низкой соленостью, которые являются источником антарктических промежуточных вод Атлантического, Индийского и Тихого океанов.
  5. Северо тихоокеанские промежуточные воды образуются в полярном фронте северной половины Тихого океана. Распространение этих вод в Тихом океане довольно интенсивное.

Если сравнить уровень глубинной циркуляции трех основных океанов, то она наиболее интенсивна в Атлантическом океане, поскольку источники термохальнной циркуляции находятся в Атлантике. Наряду с этим континентальный выступ Южной Америки направляет поверхностные течения к северной половине океана.

Люди всегда поддавались гипнозу океана. Он находится в глубинах нашего подсознания как один из первоэлементов рядом с огнем, землей, воздухом, молнией. Мы неясно ощущаем, что подвижная масса его вод, подчиненная ритму небесных светил, служит источником всяческой жизни и пшено связана с нашим происхождением и с нашей судьбой.
 
Клод Риффо. Будущее — океан

Частичная компенсация потерь поверхностных вод Южной Атлантики обеспечивается усилением глубоководной циркуляции, благодаря которой североатлантические глубинные воды переносятся на юг к Южной Атлантике.

Приливы океана

Общее определение приливов формулируется как явления, которые возникают в небесном теле под действием гравитационного поля другого тела. Любое тело во Вселенной возбуждает приливы в другом теле.

Причиной приливов на Земле являются силы притяжения Солнца и Луны, причем лунные приливы значительно (почти в два раза) большие, чем солнечные. Влиянием всех других небесных тел на приливы на Земле можно пренебречь. Приливообразующие силы приводят к напряженности во всех точках Земли.

Они вызывают относительные движения в твердом теле Земли, океане, атмосфере. Периодический характер этим движениям придает вращение Земли, причем основные периоды колебаний равняются соответственно половине средних лунных и солнечных суток.

В Мировом океане привило образующие силы генерируют периодические приливные течения и колебания уровня (рис. 43-45). Эти явления очень важны для Развитие мирового судоходства в современном миресудоходства, поэтому они подлежат интенсивность и предсказании изменения уровня моря и скорости течений в любой точке океана в произвольный момент времени.

Отлив
Рис. 43 Отлив, Малая вода (Бретань, Франция)
Источник: Wikipedia.org
Белое море
Рис. 44 Отлив, Белое море
Источник: Pixabay.com
Соловецкие острова
Рис. 45 Отлив, Соловецкие острова
Источник: Pixabay.com

Приливообразующие силы, которые возникают под влиянием Луны (Солнца), представляют собой разность между силами притяжения Луной любой частички (элементы массы воды, земли или воздуха), расположенной в любой точке Земли (например, на ее поверхности), и притяжением Луной частички такой же массы в центре Земли.

Это интересно: Общие вопросы проектирования судовых конструкций

Эти силы пропорциональны массе Луны, расстоянию от центра Земли и обратно пропорциональны кубу расстояния от центра Земли до центра Луны. Одновременно эти силы зависят от зенитного расстояния Луны (геоцентрического зенитного угла Луны в рассматриваемой точке).

Приливообразующие силы в каждой точке на поверхности Земли вследствие суточного обращения Земли и движения Земли, Луны и Солнца по своим орбитам беспрерывно изменяются по времени, никогда не повторяясь. Учитывая периодичность действия приливных сил, они делятся на четыре группы.

Длинно периодические прил и вы приводят к наибольшим колебаниям уровневой поверхности на полюсах, вдвое меньшим на экваторе и нулевым на широтах ±35,3°.

К ним принадлежат приливы с периодами 1866 года, 1 год, 0,5 года, 1 месяц и 2 недели. Суточные приливы возникают вследствие несовпадения плоскости экватора с плоскостью эклиптики. Главные из них лунная волна с периодом 25,8 час, и лунно-солнечная волна с периодом 23,9 час. Полусуточные приливы вызывают максимальные подъемы и опускания на экваторе и нулевые – на полюсах. Главные из них это лунная волна с периодом 12,42 часа и приблизительно вдвое меньшая солнечная волна с периодом 12 часов. Короткопериодические приливы – это приливы с периодами 1/3 суток и меньшими.

Наряду с другими факторами (расположение материков, географическая широта, очертания океанского дна, глубина моря в данном месте, вращение Земли) на приливные колебания влияет положение Луны относительно Земли и Солнца. Если Солнце, Земля и Луна располагаются вдоль одной прямой (что отвечает новой Луне и полной Луне), влияние Луны и Солнца взаимно усиливается и возникает особенно высокий сизигетичный прилив.

Если Солнце и Луна наблюдаются с Земли под прямым углом (Луна в первой или четвертой четверти), действия Луны и Солнца частично гасят друг друга, амплитуда прилива уменьшается такой прилив называют квадратурным.

В большинстве районов открытого океана и возле берегов уровень водной поверхности изменяется регулярно, с достижением максимума дважды на протяжении лунных суток, причем эти моменты совпадают с прохождением Луны через меридиан. Интервал времени между прохождением Луны через меридиан и наступлением полной воды называется временем наступления лунного прилива. Разность уровней соседних полной и малой вод называется величиной прилива. Она максимальна в сизигиях и минимальна в квадратуре. Величина прилива несколько увеличивается после перигея (если Луна расположена на минимальном расстоянии от Земли) и несколько уменьшается после апогея (при максимальном отдалении Луны).

Величина прилива в океане изменяется в значительных границах. Наиболее значительные приливы встречаются в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады), где они превышают 18 м; в заливе Фробишер на острове Баффинова Земля и в некоторых пунктах пролива Ла-Манш – до 15 м; Пенжинской губе на северо-востоке Охотского моря – до 13 м; в Мезенском заливе (Балтийский морской флотБелое море) – до Юм. В то же время в некоторых районах Средиземного моря. Северного Ледовитого океана и в южной части Тихого океана величина прилива не превышает 0,6 м.

Приливы в небольших окраинных морях и заливах могут значительно отличаться от приливов в соседних областях океана, причем в таких местах часто наблюдаются резонансные явления. Периоды свободных колебаний жидкости в полузамкнутых бассейнах определяются конфигурацией береговой линии и рельефом дна. Если какой-нибудь из этих периодов приближается к периоду того ли другого компонента приливообразующих сил, прилив в бассейне может значительно усиливаться. Так, в заливе Фанди период резонанса близок к 12 часам, и потому именно полусуточная составляющая прилива имеет значительную величину. В то же время суточные приливы в этом же заливе и районах океана, которые к нему прилегают, почти совпадают по величине.

В озерах и других полностью замкнутых бассейнах периоды свободных колебаний обычно намного меньше периодов приливообразующих сил, поэтому и приливы в них незначительные.

Для обеспечения безопасности судоходства США, Великобритания, Россия и Япония издают «Таблицы приливов», которые содержат данные относительно высоты приливов в соответствующих картах на каждый час на протяжении года. Распределение приливных волн в открытом океане отображается на котидальпых картах, на которые нанесены кривые, соединяющие точки приливной волны с одинаковой фазой. Эти карты построены для четырех основных типов приливных волн.

Твердая часть Земли, так же как и океан, испытывает периодические деформации со стороны приливообразующих сил.

Связанные с земными приливами периодические изменения гравитационного поля Земли проявляются как изменения положения вертикальной линии относительно отсчетной поверхности и как изменения ускорения свободного падения в рассматриваемой точке. Эти эффекты вызываются гравитационным притяжением деформированных элементов твердого тела Земли, океана и атмосферы и непосредственным влиянием припливообразующих сил.

Поскольку воздух, как и другие вещества, находится под воздействием гравитационных сил, то в атмосфере существуют приливы, во многом схожие с приливами в океане. Они проявляются как малые колебания атмосферного давления.

Выделение их затруднено на фоне интенсивных и беспорядочных погодных изменений. Амплитуда этих вариаций максимальна в тропической зоне (около 1 мбар для полусуточной компоненты) и сильно уменьшается при отдалении в области высоких и умеренных широт.

Хотя приливные силы Луны больше, чем в два раза, превышают приливные силы Солнца, в атмосфере солнечные приливы превалируют над лунными, в отличие от морских приливов, что объясняется в основном термическим влиянием Солнца на атмосферу.

Ультрафиолетовая солнечная Классификация и правила перевозки опасных грузоврадиация, которая поглощается озоном в атмосфере, приводит к разогреванию этих слоев атмосферы, которая, в свою очередь, вызывает возбуждение колебании метеорологических компонентов (давления, температуры, плотности, скорости ветра) с периодами сутки, полу сутки и т.д.

Море оказывает большое влияние на атмосферу: масса воды это своего рода гигантский термостат. Можно ли серьезно прогнозировать погоду, не зная совершенно правила, которым подчиняются морские течения, изменения температур, циклопы?
 
Жан Пикар. Глубина 11 тысяч метров

Атмосферные приливы играют значительную роль в динамике верхнем атмосферы. Суточные и полусуточные изменения параметров на значительных высотах настолько важны, что без информации о них невозможно осуществлять расчеты движения искусственных объектов в верхних слоях атмосферы.

Мировой океан и климат Земли

Взаимодействие океана и атмосферы. Океан и атмосфера в постоянном взаимодействии обмениваются энергией, веществом, теплотой.

Выявление взаимосвязей и их изменений в системе «океан атмосфера» является одной из основных задач океанологии.

Весьма долговечен спор по поводу того, что является первичным в этом взаимодействии океан или атмосфера. В целом следует согласиться с тем, что в тепловом взаимодействии активным является океан, накапливающий огромные запасы теплоты, а в динамическом, благодаря большей подвижности, атмосфера. Серьезное внимание уделяют существованию обратных связей.

Так, ветер вызывает волны, вследствие чего изменяется поверхность моря, что ведет, в свою очередь, к изменению турбулентности в приграничном слое воздуха. Поэтому логично то, что океан и атмосфера рассматриваются специалистами как единая термодинамическая система. Эта система очень сложная. Учитывая это, разные типы взаимодействия целесообразно рассматривать в отдельности.

Влияние различных факторов на поворотливость суднаВлияние ветра на поверхность океана вызывает волны и штормовые нагоны, а также ветровые течения. Перенос поверхностных вод ветровым течением служит причиной изменения давления на глубинах и перераспределения массы во всем океане.

Севастопольская бухта
Рис. 46 Ураган в Севастопольской бухте

Общий перенос вод ветровым течением направлен вправо относительно ветра (в северном полушарии), а компенсирующая градиентное течение, которое вызывается наклоном поверхности океана, по ветру, кроме случаев, когда возникновению такого течения препятствует берег. Аналогичное влияние на распределение массы осуществляют нагрев и охлаждение, замерзание и таяние, испарение и осадки.

Океанические течения. Основные океанические течения связаны с антициклоническими циркуляциями, которые бурлят над океаном. Теплые течения в западных районах океанов направлены к полюсам ориентировочно к 40-й параллели, в более высоких широтах – восточнее, потом они, уже относительно холодные, опускаются к экватору в восточных районах океанов и возвращаются на запад вдоль экватора. Низкая температура в восточных районах океанов объясняется как высокоширотным происхождением течений, так и прибрежным подъемом холодных глубинных течений.

Важнейшими, с точки зрения влияния на температурное состояние воды, являются теплые, направленные к полюсам течения, наиболее развитые в западных районах океанов. Это Гольфстрим в Северной Атлантике и Куросио на севере Тихого океана, любое из которых переносит исполинский объем теплых тропических вол в высокие широты.

Энергетическое и гидрологическое взаимодействие. Для практических целей можно считать, что количество тепловой энергии, полученной земным шаром и расходуемой на протяжении года сбалансировано.

Морская капуста
Рис. 47 Камчатка. Морская капуста, выброшенная штормом
Источник: Wikipedia.org

В то же время это правило не действует для любой заданной области земной поверхности. Отношение инсоляции (это количество радиации, которая поступает на единицу площади поверхности, относительно атмосферы, континентальной поверхности Земли или поверхности океана) к отходящей радиации уменьшается от экватора к полюсам. Учитывая то, что с течением времени низкие широты не теплеют, а высокие не становятся холоднее, можно предположить, что значительное количество теплоты переносится из низких широт к высоким и атмосферой, и океаном.

Около 25 % солнечной энергии поглощается на своем пути к атмосфере водяным паром, озоном, аэрозолями, тучами и туманом, что обеспечивает непосредственный приток теплоты к атмосфере.

То, что атмосфера поглощает большую часть теплового излучения подстилающей поверхности, которое в случае прозрачной атмосферы терялось бы в мировом пространстве, имеет существенное значение для формирования климата: температура подстилающей поверхности выше, чем при отсутствии упомянутого эффекта. Это нагревание обусловлено прежде всего наличием водяного пара и углекислого газа в воздухе.

Учитывая то, что значительная доля лучистой энергии поглощается океанами и направляется на испарение морской воды, при конденсации энергия фазовых преобразований нагревает атмосферу или превращается в потенциальную энергию. Образованная вследствие конденсации атмосферного водяного пара влага возвращается к океану непосредственно в виде дождя или в виде речного стока. Гидрологический и энергетический циклы, таким образом, замыкаются.

Наибольшее испарение и обмен теплом между океаном и атмосферой происходят там, где холодный воздух проходит над поверхностными водами. Подобные идеальные условия имеют место зимой вблизи восточных берегов континентов и теплых течений (Гольфстрим, Куросио и др.).

Лучистая энергия, поглощенная и запасенная океанами в низких широтах, выделяется к атмосфере в тех районах и в те периоды, когда там имеет место ее заметный дефицит.

Влияние взаимодействия атмосферы и океана на его соленость. Уровень солености поверхности океана в любой его точке определяется тремя факторами:

  • осадками (уменьшение солености):
  • испарением (повышение солености);
  • вертикальным перемешиванием.

Вследствие этого соленость высока в районах, где испарение превышает осадки, и низка там, где осадки превышают испарения. Тем не менее горизонтальный перенос поверхностных вод ветровыми течениями смешает области с экстремальной соленостью от районов с максимальной разностью между испарением и осадками. Таким образом, распределение солености поверхности океана практически полностью определяется атмосферными условиями.

Влияние океана на погоду и климат. Термостойкие покрытия для судов и кораблей в суровых климатических условияхКлимат океана в значительной мере определяет климат Земли. Океан это основной источник энергии для всех атмосферных процессов, в которых принимает участие водяной пар. Так, теплота, которая выделяется при конденсации водяного пара, которая поступает с поверхности океана, является основным источником энергии для тропических циклонов. Океанский водяной пар принимает участие в первой фазе энергетического цикла общей циркуляции атмосферы.

Штиль
Рис. 48 Безветренная погода. Бухта Канеохе, Гавайи
Источник: Wikipedia.org

По мнению специалистов, более заметно демпфирующее влияние океана, чем та роль, которую он играет в энергетическом цикле атмосферной циркуляции. Наиболее распространенное объяснение демпфирующего влияния океана состоит в том, что морская вода имеет значительно большую теплоемкость, чем поверхность континентов. В то же время это лишь один из факторов. К другим факторам, которые определяют влияние океана на погоду и климат Земли, относятся следующие:

  1. Значительная часть солнечной энергии, которая поглощается на поверхности океана, направляется на испарение морской воды, в то же время непосредственно на нагревание атмосферы при контакте с поверхностью океана расходуется всего около 10 %.
  2. Значительное количество избыточной солнечной энергии, которая поглощена на поверхности океана в средних широтах, запасается океанами. чтобы высвободиться в атмосфере в более холодные периоды, если имеет место дефицит солнечной энергии. Этот же Консервация и расконсервация судовых котлов и механизмовмеханизм оказывает содействие тому, что значительное количество солнечной энергии, поглощенной летом в низких шпротах, переносится океаническими течениями и отдается атмосфере в высоких широтах, где солнечной энергии недостаточно.
  3. Вследствие того, что энергия, поглощенная на поверхности океана, при перемешивании проникает достаточно глубоко (в это же время энергия, поглощенная поверхностью суши, нагревает лишь тонкий поверхностный слой), поверхность открытого океана не может оставаться на протяжении длительного времени ни перегретой, ни переохлажденной.
  4. Коротковолновая часть энергии, которая достигает поверхности моря, проникает на значительную глубину, так как морская вода относительно прозрачна для нее.
  5. Вследствие высокого альбедо Альбедо (albedo – белизна) – величина, характеризующая рассеивающую или отражающую способность поверхности или космического тела.x атмосферы над океаном он может поглотить меньше солнечной радиации, чем материки. Значительное альбедо это прежде всего результат большей облачности, чем высокой отражающей способности морской поверхности.

Все приведенное свидетельствует о том, что океаны влияют на погоду и климат, так как они являются гигантскими накопителями солнечной энергии. Эта энергия поглощается в периоды или в районах с избыточной солнечной радиацией. Потом она сохраняется или переносится океаническими течениями, чтобы высвободиться в атмосферу в периоды или в районах с дефицитом солнечной энергии, то есть океаны выравнивают и смягчают климат. Доказано, что периодические местные вариации океанической циркуляции (а следовательно, и температуры поверхности моря, и обмена энергией) вызывают локальные изменения погоды и климата.

Из голубого Атлантический океан стал серозеленым а мутным, всюду плавали комки мазута размером от булавочной головки до ломтя хлеба. Мы своими глазами убедились, что поди отравляют самый важный источник жизни, мощный фильтр земного шара Мировой океан, и нам стало ясно, какая угроза нависла над нами и будущим поколением. Наша общая жизненная артерия. Мировой океан, превращается в сплошную клоаку, сборник мазута и химических отходов.
 
Тур Хейердал. Экспедиция «Кон-Тики»

Именно изучению влияния кратковременных изменений океанической циркуляции посвящено значительное количество современных исследований влияния океана на погоду и климат.

Трагедия океана

Мировой океан является основным центром стабилизации окружающей среды вне суши. Сохранение природной среды и морских ресурсов Мирового океана ото одна из актуальных проблем современности, разрешение которой зависит от взаимодействия всего международного сообщества. В последние годы использование Мирового океана и освоение его ресурсов достигли таких масштабов, что стали одними из определяющих факторов техногенного воздействия на окружающую среду.

Тревожный факт! Каждый час:

  • 1 000 человек умирают из-за отравления водой;
  • 2 000 т кислотных дождей выпадает в северном полушарии;
  • пять-шесть представителей животного или растительного мира исчезают.

Каждую минуту:

  • в мире используется 6 500 тонн нефти;
  • выделяется больше 2 000 т углекислого газа.

Ежегодно в Мировой океан из атмосферы в результате деятельности представителей промышленности и транспорта поступает около 200 тыс. т свинца, 1 млн т углеводородов, 5 тыс. т ртути, 1 млрд т сажи и аэрозолей.

Значительное количество отравляющих веществ выносится реками в океан. Ежегодно это более 320 млн т солей железа, 6,5 млн т фосфора, 60 млн т азота и фосфора из минеральных удобрений, более 10 млн т нефти и нефтепродуктов, 50 тыс. г ДДТ и других пестицидов, около 2 млн т свинца, более 500 млрд т промышленно-бытовых и других стоков.

Предотвращение загрязнения моряСвой негативный вклад вносят загрязнения, которые переносятся ветрами, и нефтепродукты после аварий морских судов и аварий нефтепромыслов.

Загрязнение Мирового океана нефтью. Нефть относится к числу наиболее распространенных вредных веществ, загрязняющих океан.

На сегодня до 2/3 площади Мирового океана покрыто пленкой нефти различной толщины. На предельном уровне находится загрязнение нефтепродуктами Средиземного, Карибского, Северного морей, Бискайского заливов.

Тревожный факт! Одного литра нефти достаточно, чтобы сделать непригодным для использования 1 млн литров воды.

Нефтепродукты проникают во все слои водной среды, они оседают на дне, остаются в толще воды в виде эмульсий или в молекулярнорастворенном состоянии, растекаются по водной поверхности в виде пленок. Нефтяные пленки важный техногенный фактор, который существенно влияет на формирование и течение гидрологических и гидрохимических процессов в поверхностных слоях Мирового океана.

В природных условиях через границу раздела «атмосфера-вода» постоянно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии пленки нефти резко уменьшается. Наличие нефтяных пленок приводит к снижению температуры поверхностного слоя воды, что вызывает повышение ее плотности, и вследствие этого верхний слой воды погружается на глубину, внося туда нефтяное загрязнение.

Загрязненные поверхностные слои опускаются на дно в мелководных бассейнах, особенно в осенний период, и образуют природные воды, содержащие значительное количество нефти.

Тревожный факт! При разливе одной тонны нефти на поверхности воды образуется пленка площадью до 12 км2.

Результатом наличия нефтяных пленок на водной поверхности являются угнетение жизнедеятельности морского фитопланктона, являющегося одним из основных поставщиков кислорода в земную атмосферу, нарушение водообмена и обмена теплотой между Мировым океаном и атмосферой, уничтожение морских организмов и мальков рыб.

Проникновение нефти и нефтепродуктов в водную среду приводит к радикальным изменениям в водных биоценозах и ухудшению физических свойств воды: изменению цвета, вкуса и запаха. Покрытые нефтяной пленкой водные растения непригодны для нереста рыб. Через двое-трое суток пребывания в воде, содержащей более 0,1 мг/л нефтепродуктов, рыба приобретает стойкий запах нефти.

Из-за насыщения нефтяной пленкой перьев птиц, которые садятся на воду или ныряют, они не могут взлететь и гибнут. Вследствие нефтяного загрязнения гибнут планктонные организмы, рыбы, морские птицы и млекопитающие. Сгустки мазута, которые оседают на дно, убивают донные микроорганизмы, необходимые для самоочищения воды. В результате донные осадки, загрязненные органическими соединениями, гниют и производят отравляющие вещества, в частности сероводород, который загрязняет всю воду.

Международная конвенция по предотвращению загрязнения моря – МАРПОЛВоздействие нефти на физиологические процессы живых организмов приводит к патологическим изменениям в тканях и органах, ухудшает вкусовые качества мяса морских обитателей.

Тревожный факт! Как показали исследования, нефть является своеобразным «наркотиком» для обитателей океана: некоторые рыбы, оказавшись в отравленной зоне, не стараются се покинуть. Нефтяная пленка изменяет состав спектра света и интенсивность его проникновения в водную среду. Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение.

Нефтепродукты, попавшие в реки, сравнительно быстро достигают берегов и течениями распространяются в виде нефтяных пятен. Разлитые нефтепродукты накапливаются в заводях, заливах и местах со слабым течением, где образуются застойные зоны.

Нефтяные пятна, образованные нефтепродуктами, попавшими в морскую среду на большом расстоянии от берега, формируют локальные зоны, которые дрейфуют под воздействием океанических течений и волн и остаются стойкими достаточно длительное время. Именно эти пятна переносят нефтяные загрязнения в чистые районы океана (рис. 49).

Очистка побережья от нефти
Рис. 49 Очистка побережья Керченского пролива от нефти (после аварии российского танкера «Волгонефть-139»)
Источник: wwf.ru

Естественная нейтрализация (деградация) нефтепродуктов, которые попали в водную среду, происходит в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности определенных морских организмов и растений. Этот процесс достаточно продолжительный и может составлять от одного до нескольких месяцев.

Тревожный факт! Для того чтобы превратиь Балтийское море в биологическую пустыню, достаточно разлива 200 тыс. т нефти.

Особо опасно загрязнение нефтью высокоширотных морских вод, по-тому что из-за низких температур нефтепродукты не разлагаются и «консервируются» льдами, вследствие этого Загрязнение океановнефтяное загрязнение наносит значительный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики.

Основным источником нефтяных загрязнений океанской среды являются танкеры. Промывочные воды, образующиеся при мойке танков, и утечки в процессе осуществления грузовых операций повышают содержание нефти в океанских водах.

В то же время при эксплуатации энергетических установок судов всех типов образуется особый вид отходов нефтесодержащие воды (НСВ).

Основной причиной появления таких вод являются протечки нефтепродуктов из топливных систем при их эксплуатации и ремонте.

При осуществлении морской нефтедобычи вследствие аварий и незначительных утечек нефти возможно загрязнение морской среды до нескольких тысяч тонн в год.

Показательна в этом плане авария на буровой платформе компании British Petroleum в Мексиканском заливе, которая произошла в апреле 2010 года. Десятки тысяч тонн нефти попали в океан при взрыве. На протяжении месяца ежедневно в океан попадало около тысячи тони нефти. Можно только представить ущерб, нанесенный экономике США, если учесть, что именно Мексиканский залив обеспечивает на девяносто процентов потребность американского рынка в креветках, лангустах, лобстерах, ценных породах морских рыб (рис. 50-54).

Пожарные суда
Рис. 50 Пожарные суда тушат буровую установку
Утечка нефти в море
Рис. 51 Утечка нефти составляла 800 тонн в сутки
Судно-нефтесборщик
Рис. 52 Самолет-дисперсант и судно-нефтесборщик
Нефтяные боны
Рис. 53 Сдерживающие нефть боны у берегов Луизианы
Горящая буровая установка
Рис. 54 Шлейф дыма от горящей буровой установки

Катастрофы на море – видео подборкаКатастрофы на морских нефтепромыслах с человеческими жертвами и значительными разливами нефти происходили и раньше.

Так, в 1979 году произошли две крупные катастрофы в Мексиканском заливе. После аварии на буровой платформе Sedko-135 в море попало несколько сотен тысячи тонн нефти. Для спасения местной флоры и фауны из лагуны Мадрс было эвакуировано 10 тыс. морских черепах.

В 1991 г. война между Кувейтом и Ираком (операция «Буря в пустыне») привела к загрязнению нефтью из подорванных платформ и нефтепроводов значительной территории Персидского залива, где погибло громадное количество морских черепах, птиц, крабов, других морских организмов.

Самые значительные по экономическим последствиям аварии чаще всего происходят с танкерами (рис.  55-58).

Танкер Nassia
Рис. 55 Гибель танкера Nassia в 1994 году в проливе Босфор
Танкер Amoco Cadiz
Рис. 56 Гибель танкера Amoco Cadiz
Танкер Prestige
Рис. 57 Гибель танкера Prestige
Танкер Sea Express
Рис. 58 Авария танкера «Sea Express» у берегов Великобритании и борьба с загрязнением моря

Одна из первых аварий крупного масштаба произошла в 1967 г. Вследствие столкновения с рифом танкера Torrey Canyon со 119 тыс. т сырой нефти на борту, который затонул возле Лендс-Энда (Англия), образовалось нефтяное пятно размером 1 813 км2.

Для уничтожения 40 тыс. т нефти, оставшейся в танках, сбрасывали авиационные бомбы, поджигали нефть авиационным бензином и напалмом, применяли детергенты для нейтрализации плавающей нефти, ее связывания и опускания на морское дно. Эта катастрофа привела к изменениям морской, экономической и правовой политики государств, крупных нефтяных компаний и судовладельцев всего мира.

Вследствие аварии американского супертанкера Amoco Cadiz (рис. 56), которая произошла в 1978 году возле берегов Бретани (Франция), в море вылилось более 220 тыс. т нефти, образовав пятно площадью более 2 тыс. км2. Загрязнение моря и побережья Франции нанесло ущерб на сумму более 2 млрд долл, при стоимости самого танкера с грузом около 60 млн долл.

Общие убытки, нанесенные окружающей среде после посадки в 1989 году на риф американского танкера Exxon Valdez, составили около 2 млрд долл. Ущерб, нанесенный экологии Аляскинского побережья и прилегающих акваторий, оценивается не только громадной площадью загрязнения – около 6 730 км2, но и тем, что восстановительные процессы в экосистемах при низких температурах протекают намного медленнее по сравнению с теплым климатом.

За последние десять лет одной из тяжелейших по последствиям стала Морские катастрофыкатастрофа с танкером Prestige, который в 2002 г. с грузом нефтепродуктов затонул возле Североатлантического побережья Испании (рис. 57). В океан вылилось 5 тыс. т мазута. 50 тыс. т нефтепродуктов были откачаны из затонувшего судна.

На ликвидацию экологической катастрофы было затрачено более 2,7 млрд долл. После этой аварии Европарламент запретил, начиная с 2005 года, использовать на европейских транспортных линиях танкеры, возраст которых превышает 25 лет.

Загрязнение Мирового океана сточными и балластными водами. В процессе использования воды на судне для пищевых и хозяйственных целей накапливаются судовые сточные воды (ССВ) в количестве 200-300 л на члена экипажа за сутки. На пассажирских судах количество сточных вод может достигать 500 л.

Техногенные катастрофы
Рис. 59 Гибель морских обитателей после техногенных катастроф

Судовые сточные воды вследствие высокого уровня бактериального загрязнения наносят существенный ущерб водоемам, особенно в местах скопления судов(порты, судоходные каналы, промысловые районы).

Ранее проблема удаления ССВ с судов решалась очень просто сбросом их за борт безо всякой обработки. Это объяснялось возможностью существенного разбавления ССВ водами Мирового океана, а также способностью водной среды к самоочищению за счет разложения загрязнений естественным путем.

Способность каждого водоема к самоочищению зависит от начально чистоты воды и количества растворенного в воде кислорода.

В то же время существенное ухудшение в последнее время качества воды Мирового океана изменило кислородный баланс водоемов, снизило их способность к самоочищению.

Сточные воды, содержащие детергенты и пестициды. Поверхностно активные вещества (детергенты) входят в состав широко распространенных синтетических моющих средств. В морскую среду поверхностно-активные вещества (ПАВ) попадают со сточными водами промышленных предприятий, буровых платформ. Они содержат ингредиенты, токсичные для водных организмов: ароматизирующие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, силикаты натрия.

Наличие ПАВ в сточных водах связано с использованием их при бурении нефтяных и газовых скважин, при борьбе с коррозией оборудования. Эти вещества чрезвычайно стойкие, в воде они сохраняются годами, причем большинство из них содержит фосфор, который способствует размножению сине-зеленых водорослей и «цветению» водоемов. Так, при «цветении» Каховского и других рукотворных морей Украины наблюдаются резкое снижение содержания кислорода в воде, «замор» рыбы и гибель других водных животных.

Сервис опасных грузов во время морской транспортировкиПестициды искусственно созданные химические вещества для борьбы с вредителями и болезнями растений. Они отравляют продукты питания человека и особо токсичны для ракообразных.

Ежегодно мировая-экономика использует более 5 млн т пестицидов, из которых 1,5 млн т попадают в наземные и морские экосистемы с золой и сточными водами.

Отравление Мирового океана пестицидами один из существенных факторов глобальной экономической катастрофы. Пагубные последствия усугубляются использованием химических веществ для ликвидации разливов нефти.

Тревожный факт! Так, например, при ликвидации последствий аварии танкера Torrey Canyon было применено 3 млн л детергентов, что принесло флоре и фауне больший ущерб, чем разлитая нефть.

Характерным для токсических веществ, которые попадают в водную среду, является то, что их вредное воздействие усиливается за счет «кумулятивного» эффекта прогрессирующего увеличения содержания вредных веществ в каждом следующем звене трофической цепи. Так, в фитопланктоне содержание токсического вещества увеличивается в десять раз по сравнению с водой, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки) еще в десять, в рыбе – еще в десять, в организмах хищных рыб – еще в десять раз и превышает в десять тысяч раз содержание в воде.

Балластные воды. Применение балластных вод связано с проблемой загрязнения морской среды и переноса чужеродных водных организмов (с биологической инвазией) «пришельцев» на обшивке судна и в его танках.

Ежедневно в водяном балласте судов в мире перемещается с места на место от 7 до 10 тысяч различных видов живых существ: бактерий, беспозвоночных животных, икринок и личинок рыб, других представителей планктона.

Вселение в водную среду чужеродных видов животных и растений своеобразное «биологическое загрязнение», которое по своим последствиям близко к другим видам загрязнений, а в ряде случаев превышает убытки от других антропогенных факторов.

В отличие от загрязняющих веществ, которые разрушаются в процессе самоочищения воды и могут поддаваться контролю, «пришельцы» могут размножаться и распространяться с непредвиденными последствиями. Если иные виды загрязнений локализуются на отдельных участках и постепенно деградируют, то «биологическое загрязнение» очень быстро распространяется на весь водный бассейн. Кроме «пришельцев», вместе с водным балластом в морскую среду поступают нефтепродукты, железо и взвешенные частицы.

Загрязнение атмосферы Мирового океана. Морской транспорт, основные сферы примененияМорской транспорт и средства океанотехники являются источником загрязнения воздушного бассейна углеводородами, оксидом углерода, сернистым ангидридом, оксидами азота, сажей и другими вредными веществами. Основное количество загрязнений атмосферы от судов и объектов океанотехники поступает с отходящими газами тепловых двигателей и котлов. Эти газы могут содержать более 280 компонентов с периодом существования от нескольких минут до пяти лет.

Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносят отходящие газы промышленных предприятий и предприятий морского транспорта.

Серьезную угрозу окружающей среде несут судовые системы кондиционирования и рефрижерации, а также системы газового пожаротушения, использующие озонноразрушительные вещества: хлорофторуглероды, гидрохлорофторуглероды и галогены. Эти вещества при испарении проникают в стратосферу и распа даются под действием интенсивного ультрафиолетового излучения. При этом высвобождаются атомы хлора и брома, разрушающие озоновый слой.

Перевозимый груз и погрузо-разгрузочные операции с ним также являются источниками загрязнения атмосферы Мирового океана.

При погрузке и перевозке нефти и нефтепродуктов образуются летучие органические соединения, которые при сбросе в атмосферу содержат целый ряд углеводородов и инертный газ. Такая смесь реальная угроза окружающей среде.

Опасность, с точки зрения загрязнения атмосферы, могут представлять и погрузо-разгрузочные операции на судах, которые перевозят сыпучие грузы. Токсические вещества попадают в атмосферу, а из нее с дождями – в водную среду, в которой они быстро распространяются морскими течениями. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, которые долго сохраняют токсичность.

Длительное загрязнение всеми вышеуказанными вредными веществами чрезвычайно опасно для Мирового океана, потому что ведет к опасным, зачастую необратимым последствиям. Естественные возможности нейтрализации ядовитых загрязнений в океане практически исчерпаны, причем состояние водной среды Мирового океана вызывает большие опасения, чем состояние атмосферы.

Загрязнение океана неотвратимо ведет к мировой экологической катастрофе, исчезновению многих морских видов, а потом по пищевой цепи других, до того момента, когда будет затронута вся природа Земли.

Поэтому особо важно осознание мировой общественностью необходимости скоординированных планомерных действий по защите Мирового океана.

Защищая океан, защищаем себя!

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Июнь, 21, 2021 191 0

Канал сайта в Telegram

Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки