Течения мирового океана

Причины образования течений в Мировом океане

Океанические (и морские) течения – перемещение водной массы, провоцируемое воздействием различных факторов. Средняя скорость потоков составляет 10 м/с, глубина распространения – до 300 м.

Причинами океанических течений являются следующие факторы:

• осевое вращение планеты;
• движение воздушных масс (на глубинные потоки ветер не влияет);
• гравитационная сила, связывающая планету со спутником;
• рельефные формы морского дна;
• контуры континентов;
• температурные и солевые показатели воды.

Морские течения появляются по тем же причинам, что и океанические. Но меньшее пространство акватории и меньшая глубина сокращают масштабность движения потоков воды, иногда придают им своеобразный характер. Так, в Черном и Средиземном море образуются круговые потоки, спровоцированные силой вращения Земли. В Белом море наблюдаются выраженные приливные и отливные процессы.

Самое холодное мощное течение – Западных Ветров, движущееся вокруг Антарктиды. Фактор его формирования – постоянные ветры, направленные на восток, захватывающие значительные территории от умеренного пояса до берегов покрытого льдами континента. Ширина потока достигает 2,5 тысяч км, глубина – 1 км. Ежесекундно смещается около 200 млн. тонн воды. Высокая скорость и большая глубина обусловлены отсутствием преград на пути водной массы.

Гольфстрим из космоса

Самое теплое сильное течение – Гольфстрим, начинающееся в Мексиканском заливе, несущее теплую воду из тропиков в холодные широты Атлантики. Существованием Гольфстрима обусловлен мягкий умеренный климат Европы. Ежесекундно поток несет почти 80 млн. тонн воды.

Ссылки

1. Аспер В.Л., Деузер В.Г., Кнауэр Г.А. и Lohrenz, S.E. (1992). Быстрая связь потоков тонущих частиц между поверхностными и глубоководными водами океана. Природа.
2. Фаулер, С. и Кнауэр Г.А. (1986). Роль крупных частиц в переносе элементов и органических соединений через толщу воды океана. Прогресс в океанографии.
3. Канхай, Л.Д.К., офицер, Р., Ляшевская, О., Томпсон, Р. и О’Коннор, I. (2017). Обилие, распределение и состав микропластика вдоль широтного градиента Атлантического океана. Бюллетень загрязнения морской среды.
4. Мантила, А. и Рид, Дж. (1983). Глубинные характеристики вод Мирового океана. Глубоководные исследования. Часть A. Океанографические исследования.
5. Монтгомери, Р. (1958). Характеристики воды Атлантического и Мирового океанов. Глубоководные исследования.
6. Perillo, G.M.E. (2015). Глава 8: Океанография. В: Валлес Э. Состояние и перспективы точных, физических и естественных наук в Аргентине. Национальная академия наук.
7. Росель-Меле, А., Мартинес-Гарсия, А. и Нуньес-Химено, Н. (2009). Роль океанического углеродного цикла в изменениях атмосферного CO2. Распространенность биологического насоса в климате. Безопасность и окружающая среда.

Причины образования течений

Динамика любого природного движения зависит от многих сил. Их взаимодействие определяет особенности каждого течения.

Причины, под действием которых вода в океане движется в разных направлениях, можно разделить на внешние, объективные и внутренние, вторичные.

К внешним источникам воздействия относятся:

• направление и сила ветра;
• влияние приливов и отливов;
• изменение атмосферного давления;
• изменение уровня Мирового океана под действием таяния снегов, осадков, испарения.

К внутренним причинам возникновения относят неоднородность плотности, температуры и солености воды.

Список поверхностных течений Мирового океана с характеристиками

Океанические течения называют реками в океане. Как реки текут по своему руслу, так и ветер перемещает крупные массы воды в океанах и морях.

Перемещение водных потоков, причиной возникновения которых стало движение в атмосфере, называют поверхностным. Разделяют северное пассатное, южное пассатное и межпассатное противотечение. Их направления связаны с курсом воздушных масс. По этой причине они иногда носят неустойчивый характер и могут появляться и исчезать в разные сезоны года. Поэтому общая классификация учитывает постоянные и временные перемещения.

Пассатные ветра гонят массу воды с востока на запад и образуют потоки разной температуры. Если температура течения выше, чем окружающая вода, то такая океаническая река называется теплой. Если ниже — холодной.

Теплые

Такие типы трафика зарождаются в области экватора и движутся в сторону полюсов.

Их примеры и названия:

Холодные

Образуются путем движения холодного потока слабосоленой воды из высоких широт в низкие, экваториальные.

На берегах, которые омывают холодные течения, климат жесткий. Там часто образуются пустыни.

Существуют нейтральные потоки, температура которых не отличается от окружающей воды. Такие океанские реки называются нейтральными, чаще всего они являются продолжением теплых или холодных.

Влияние давления атмосферы

В морях подобное влияние давления атмосферы на их различные части сказывается значительно на течениях в проливах, соединяющих их с океанами или другими морями. Например, Гольфстрим в своем начале во Флоридском проливе, случается, обладает большей скоростью при северных, т. е. противных, ветрах и меньшей при южных, попутных. Такое несоответствие объясняется влиянием давления атмосферы; когда северные ветры дуют над Гольфстримом во Флоридском проливе, тогда над Мексиканским заливом бывает слабое давление атмосферы, отчего уровень в заливе повышается, уклон к Флоридскому проливу увеличивается, а это в свою очередь ускоряет вытекание воды из залива через Флоридский пролив к северу. Южные же ветры бывают во Флоридском проливе при условии существования над Мексиканским заливом высокого давления, почему тогда уровень в заливе понижается и уклон уровня во Флоридском проливе становится меньше, а следовательно, и скорость течения уменьшается, несмотря на попутные ветры.

Модели

На изображении показано глобальное распределение скорости ветра и высоты волн, наблюдаемых двухчастотным радиолокационным высотомером НАСА TOPEX / Poseidon с 3 по 12 октября 1992 года. Одновременные наблюдения скорости ветра и высоты волн помогают ученым предсказывать океанские волны. Скорость ветра определяется силой радиолокационного сигнала после того, как он отразился от поверхности океана и вернулся на спутник. Спокойное море служит хорошим отражателем и дает сильный сигнал; бурное море имеет тенденцию рассеивать сигналы и возвращает слабый импульс. Высота волны определяется формой отраженного радиолокационного импульса. Спокойное море с низкими волнами возвращает сжатый пульс, тогда как бурное море с высокими волнами возвращает растянутый пульс. Сравнение двух изображений выше показывает высокую степень корреляции между скоростью ветра и высотой волны. Сильнейшие ветры (33,6 миль / ч; 54,1 км / ч) и самые высокие волны встречаются в Южном океане. Самые слабые ветры — пурпурные и темно-синие — обычно встречаются в тропических океанах.

Серфингистов очень интересуют прогнозы волн . Есть много веб-сайтов, которые предоставляют прогнозы качества серфинга на ближайшие дни и недели. Модели ветрового волнения основаны на более общих погодных моделях, которые предсказывают ветры и давление над океанами, морями и озерами.

Модели ветровых волн также являются важной частью изучения воздействия предложений по защите берега и питанию пляжей. Для многих пляжных зон имеется лишь отрывочная информация о волновом климате, поэтому оценка влияния ветровых волн важна для управления прибрежной средой.. Ветровую волну можно спрогнозировать на основе двух параметров: скорости ветра на высоте 10 м над уровнем моря и продолжительности ветра, который должен дуть в течение длительных периодов времени, чтобы считаться полностью развитым

Затем можно спрогнозировать значительную высоту волны и пиковую частоту для определенной длины выборки.

Ветровую волну можно спрогнозировать на основе двух параметров: скорости ветра на высоте 10 м над уровнем моря и продолжительности ветра, который должен дуть в течение длительных периодов времени, чтобы считаться полностью развитым. Затем можно спрогнозировать значительную высоту волны и пиковую частоту для определенной длины выборки.

Как остановить повышение?

Наиболее действенным способом остановить повышение уровня океана может стать сокращение выбросов парниковых газов, что приведет к снижению темпов роста глобальной температуры. Однако это процесс длительный, а действовать надо сейчас.

Некоторые страны, которым грозит затопление больших территорий, вырабатывают адаптационную стратегию, которая поможет справиться с долгосрочными рисками повышения уровня моря. Например, предпринимаются попытки построить защитные сооружения.

Зеленая экономика

Стресс в большом городе: как изменение климата «ударит» по мегаполисам

В индонезийской Джакарте и китайском Шанхае возвели огромные морские дамбы, которые защищают города от повышения уровня моря и сильных наводнений. В голландском Роттердаме построены барьеры, дренажные системы и «водные квадраты», где скапливается лишняя вода во время сильных ливней. Тропические страны высаживают мангровые заросли и другую растительность, которая удерживает воду. Островное государство Фиджи переселяет жителей на более высокие участки своей территории.

В России же относительно немного городов, расположенных на пологой береговой линии. Однако от глобального повышения уровня моря могут пострадать Санкт-Петербург, Сочи, Ростов-на-Дону и другие города. Если уровень воды поднимется более чем на один метр, то Северной столице придется принимать дополнительные инженерные решения. В 2011 году в Финском заливе уже открыли дамбу, которая защищает город от регулярных наводнений.

География

Учебник для 7 класса

§ 10. Схема поверхностных течений в океане

1. Какие виды движения воды в океане вам известны? Назовите причины, их вызывающие.
2. Что называют океаническими течениями? Как они различаются?

Непрерывное движение — одна из особенностей вод океана. Недаром девизом подводной лодки «Наутилус» в известном романе Жюля Верна была фраза: «Подвижный в подвижном».

В курсе б класса вы уже познакомились с видами движений вод в океане, знаете главную причину их образования. Направление течений определяется не только постоянными ветрами, но и отклоняющей силой вращения Земли вокруг оси, рельефом дна, очертаниями материков.

Наибольшее влияние на природу океана и суши оказывают поверхностные течения. В океане они образуют гигантское круговое движение поверхностных вод. Как же оно возникает? Рассмотрим это на примере северной части Атлантического океана (рис. 25).

Северо-восточный пассат гонит водные массы от берегов Африки на запад, образуя Северное Пассатное течение. У восточных берегов Южной Америки оно отклоняется на северо-запад и входит в Мексиканский залив, откуда образуется сточное течение Гольфстрим. Оно проникает в умеренные широты, где действуют западные ветры, перемещающие водные массы на восток. Такому движению вод способствует и сила вращения Земли, отклоняющая эти воды вправо. Так образуется Северо-Атлантическое течение, приносящее теплые воды в умеренные и полярные широты. Избыток вод из этих широт оттекает на юг, смешивается у берегов Африки с поднимающимися из глубин холодными водами и образует Канарское течение. Таким образом, в северной части Атлантического океана возникает гигантское круговое движение вод по часовой стрелке. Аналогичная картина наблюдается в южной части этого океана (см. карту). Круговое движение вод совершается здесь против часовой стрелки, так как в Южном полушарии движение отклоняется влево.

Рис. 25. Основные поверхностные течения в Мировом океане

Подобная картина основных течений есть и в Тихом океане. Аналогом Гольфстрима здесь является Куросио, аналогом Бенгельского — течение Гумбольдта (или Перуанское) и т. д. Несколько отличаются картины течений в Индийском и Северном Ледовитом океанах, так как они имеют особое географическое положение.

В Южном полушарии в умеренных широтах образуется круговое Антарктическое течение (или течение Западных ветров) — самое мощное в Мировом океане.

Таким образом, в распределении поверхностных течений в океане наблюдается определенная закономерность. Общая схема течений совпадает со схемой постоянных ветров. Пассаты перемещают водные массы на запад, а западные ветры умеренных широт соответственно — на восток, но при этом сила вращения Земли вокруг оси отклоняет эти воды вправо в Северном полушарии и влево — в Южном. Поэтому течения образуют огромные круговые движения вод (см. рис. 25).

Течения оказывают огромное влияние на перераспределение тепла в океане. Теплые воды в западных частях океана направляются к полюсам, подобно водяной отопительной системе, обогревают высокие широты Земли, а на востоке возвращаются к экватору охлажденными.

Чаще всего холодные и теплые течения подходят близко друг к другу в умеренных широтах. В результате образуются области схождения вод с разными свойствами, возникают вихри. Эти явления в океане отражаются на свойствах воздушных масс, образующихся над океаном, а затем проявляются и в погодных условиях на суше, расположенной в умеренных широтах.

Задания.

1. Найдите в тексте объяснение причин возникновения океанических течений. Какому общему правилу подчинено движение основных течений?
2. Проследите по карте ход изотермы О°С в Северном полушарии и установите при этом роль теплых и холодных течений в формировании климата суши. Какое влияние оказывают течения на количество осадков, выпадающих над Северной Америкой и Евразией?

Основные течения Мирового океана

Тихий океан

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

Схема течений Тихого океана

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

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

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

У экватора течения вновь подхватываются пассатом, завершая круговорот.

Атлантический океан

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

Схема течений Атлантического океана‍

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

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

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

Индийский океан

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

Схема течений Индийского океана‍

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

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

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

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

Северный Ледовитый океан

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

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

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

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

Движения воды в океане. Волны

Воды Мирового океана пребывают в непрерывном движении. Можно выделить два типа движения воды: волны, течения. Данный пункт посвятим рассмотрению волн.

Они появляются в океане под действием ветра как колебание водной поверхности. Находясь на берегу моря кажется, что волны то набегают на берег, то наоборот. Однако, если наблюдать за каким-либо предметом на воде, то становится понятно, что вода только поднимается и опускается.

Рыбаки в лодке на волнах 

Любая волна обладает определенными элементами или составными частями. С элементами волны познакомимся на рисунке.

Помимо двух основных элементов волны – гребня и подошвы, существуют важные характеристики – длина и высота. Часто можно слышать при прогнозе погоды на побережьях упоминается высота волны, так как это имеет значение для судоходства и отдыхающих.

Волны по своим характеристикам также неодинаковые, поэтому познакомимся с основными видами.

Глубинные волны очень часто можно наблюдать в океане. Опасны для людей, работающих на разных глубинах – водолазов, дайверов; для подводных судов и лайнеров.

Поверхностные волны образуются по нескольким причинам, указанным на схеме. Выделяют три вида таких волн:

1. Ветровые волны зависят от силы и продолжительности ветра. Достигают в высоту до 20 м и даже выше. Для оценки степени ветрового волнения моря применяется 12-балльная шкала.

Цунами является еще одним видом поверхностных волн и относится к опасным природным явлениям. Причиной цунами становятся такие явления как землетрясения и извержения вулканов. Высота таких волн может достигать до 50 м, а скорость движения воды до 800 км/час.

Охарактеризуем такое явление как цунами с помощью рисунка.

Подводное землетрясение приводит к опусканию или поднятию дна. Происходит значительное смещение этих участков, приводящее к образованию волн. От центра землетрясения вода начинает перемещаться, все больше набирая скорость. При столкновении с берегом она может достигать значительной высоты. Цунами – это один из видов природных явлений, обладающих разрушительной силой. 

Приливно-отливные волны вызывают колебания поверхности Мирового океана относительно его среднего уровня.

В морях и океанах два раза в сутки вода поднимается, заливая низкие берега, и два раза опускается. Происходит прилив и отлив. Причиной приливов и отливов является притяжение Земли Луной и Солнцем. Подробно о механизме приливно-отливных волн рассмотрели в уроке «Земля во Вселенной».

Волны-убийцы

Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, freak wave — аномальная волна) — гигантские волны, возникающие в океане, высотой более 30 метров, обладают несвойственным для морских волн поведением.

Еще каких-то 10-15 лет назад ученые считали истории моряков об исполинских волнах-убийцах, которые возникают из ниоткуда и топят корабли, всего лишь морским фольклором.
Долгое время блуждающие волны считались выдумкой, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математические модели расчётов возникновения и их поведения, потому как волны высотой более 21 метра в океанах планеты Земля не могут существовать.

Одно из первых описаний волны-монстра относится к 1826 году. Её высота была более 25 метров и заметили её в Атлантическом океане недалеко от Бискайского залива. Этому сообщению никто не поверил. А в 1840 году мореплаватель Дюмон д’Юрвиль рискнул явиться на заседание Французского географического общества и заявить, что своими глазами видел 35-метровую волну. Присутствующие подняли его на смех. Но историй о громадных волнах-призраках, которые появлялись внезапно посреди океана даже при небольшом шторме, и своей крутизной походили на отвесные стены воды, становилось все больше.

Исторические свидетельства «волн-убийц»

Так, в 1933 году корабль ВМС США «Рамапо» попал в шторм в Тихом океане. Семь суток корабль бросало по волнам. А утром 7 февраля сзади внезапно подкрался невероятной высоты вал. Вначале судно швырнуло в глубокую пропасть, а потом подняло почти вертикально на гору пенящейся воды. Экипаж, которому посчастливилось выжить, зафиксировал высоту волны — 34 метра. Двигалась она со скоростью 23 м/сек, или 85 км/ч. Пока что это считается самой высокой когда-либо измеренной волной-убийцей.

Во время Второй мировой войны, в 1942 году, лайнер «Королева Мария» вез 16 тыс. американских военных из Нью-Йорка в Великобританию (между прочим, рекорд по количеству человек, перевозимых на одном судне). Неожиданно возникла 28-метровая волна. «Верхняя палуба была на обычной высоте, и вдруг — раз! — она резко ушла вниз», — вспоминал доктор Норвал Картер, находившийся на борту злополучного корабля. Корабль накренился под углом 53 градуса — если бы угол составил хотя бы на три градуса больше, гибель была бы неизбежной. История «Королевы Марии» легла в основу голливудского фильма «Посейдон».

Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метров, названная волной Дропнера. Проект «Максимальная волна» позволил по-новому посмотреть на причины гибели сухогрузов судов, которые перевозили контейнеры и другие немаловажные грузы. Дальнейшие исследования зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 20 метров. Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн), в котором предусматривается составление всемирной карты наблюдавшихся волн-монстров и её последующую обработку и дополнение.

Причины возникновения

Существует несколько гипотез о причинах возникновения экстремальных волн. Многие из них лишены здравого смысла. Наиболее простые объяснения построены на анализе простой суперпозиции волн разной длины. Оценки, однако, показывают, что вероятность экстремальных волн в такой схеме оказывается слишком мала. Другая заслуживающая внимания гипотеза предполагает возможность фокусировки волновой энергии в некоторых структурах поверхностных течений. Эти структуры, однако, слишком специфичны для того, чтобы механизм фокусировки энергии мог объяснить систематическое возникновение экстремальных волн. Наиболее достоверное объяснение возникновения экстремальных волн должно основываться на внутренних механизмах нелинейных поверхностных волн без привлечения внешних факторов.

Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.

Впрочем, полностью прояснить природу аномальных волн пока не удалось.