big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Течения в океанах и морях

Морские течения. Уже давно было замечено, что вода океанов и морей во многих случаях имеет более или менее ясно выраженное поступательное движение. Внимательные наблюдения показали, что вода движется в виде огромных потоков, ширина которых измеряется десятками и сотнями километров, а длина тысячами километров. Эти потоки, известные под названием течений, встречаются во всех морях и океанах. Скорость морских течений обыкновенно невелика. Так, например, экваториальные течения Тихого океана имеют скорость от 1 до 3 км в час, экваториальные течения Атлантического океана от 1 до 2 км и т. д. Однако в некоторых случаях скорость бывает и больше. В качестве примера можно указать на Мозамбикское течение, где скорость доходит до 4— 6 км, т. е. приблизительно та же, что у р. Невы в районе Ленинграда или Волги в среднем ее течении. Очень большую скорость имеет течение Гольфстрим (от 5 до 9 км в час).

Изучение течений. Морские течения имеют огромное значение для мореплавателей. Даже при малой скорости они за сутки могут сместить корабль на 40—50 км в ту или другую сторону от принятого курса. Поэтому естественно, что мореплаватели как раз и были теми первыми людьми, которые начали изучать течения.

Еще в древней Греции Аристотель и его ученик Теофраст говорили; о течениях в проливах Босфор и Дарданеллы. О существовании течений знали арабы, португальцы и др. в XIXIV вв. Несомненно, с течениями были знакомы и наши промышленники, не раз совершавшие путь к островам Шпицберген еще в XV в. В XVII в. европейцам было известно о стволах южноамериканских пальм, выбрасываемых морем на берега о. Исландия. Эти факты уже тогда навели на мысль о существовании того мощного течения, которое в настоящее время носит название Гольфстрима.

Хорошим указателем направления течений служат остатки судов, потерпевших аварию в том или ином месте океана. Корпуса таких судов годами носятся по океану. Встречные корабли в своих судовых журналах отмечают местоположение остатков корабля. На основании этих заметок судовых журналов можно вычертить на карте путь остатков судна и таким образом нанести на карту направление течений.

В настоящее время по международному соглашению специальные корабли ежедневно бросают в море бутылку, в которую вложена записка; с точным указанием места (широта и долгота) и времени (года, числа и месяца). Эти бутылки совершают иногда очень длительные путешествия. Так, например, бутылка, брошенная в октябре 1820 г. в южной части Атлантического океана, была найдена на берегу Ла-Манша в августе 1821 г. Другая бутылка, брошенная у островов Зеленого Мыса (19 мая 1887 г.), была найдена у берегов Ирландии (17 марта 1890 г.). Особенно длинный путь совершила одна бутылка в Тихом океане. Брошенная у южных берегов Южной Америки, она потом была найдена у берегов Новой Зеландии. Расстояние в 20 тыс. км бутылка прошла в  1 271  сутки, т. е. в среднем по 9 км в сутки.

Вполне естественно может возникнуть вопрос: какая же часть брошенных в море бутылок попадает в руки исследователей? Оказывается, не так уж мало. В местах, имеющих более густое рыбачье население, вылавливается около 15—20% брошенных бутылок, в местах с редким населением (побережье Охотского моря) 2—3%, а в Каспийском море— более 17%.

Таким образом, ежегодно доставляются тысячи бутылок. Нанося на карту пути бутылок, мы получаем возможность определить места и направления течений. Отмечая же время, когда была брошена и найдена бутылка, мы получаем представление о скорости течений.

В целях большей точности скорость течений измеряется при помощи уже знакомого нам прибора — вертушки.

На основании собранных данных составляются карты морских течений.

На картах, которыми располагаем мы (учебных картах), нанесены только самые крупные течения. На самом деле течений гораздо больше и пути их, особенно в морях, много сложнее, но к рассмотрению главнейших течений океанов мы перейдем несколько позже, а теперь остановимся на причинах морских течений.

Причины морских течений. Связь между ветрами и поверхностными течениями настолько проста и ясна, что моряки уже давно признали ветер главнейшей причиной, вызывающей течения. Математическую обработку этому вопросу впервые дал Цепприц (в 1878 г.). Считая ветер главнейшей причиной течений и разрабатывая вопрос о постепенной передаче движения воды от поверхностных слоев к более глубоким слоям, он пришел к следующим выводам.

Основной причиной движения поверхностных слоев воды является господствующее направление ветров. От поверхностного слоя движение подобного же направления в силу трения последовательно передается следующим глубже лежащим слоям. Если бы ветер действовал бесконечно долгое время, то движение различных слоев воды должно было бы принять вполне определенную постоянную скорость и постоянное направление. При этом каждый следующий ниже лежащий слой должен был бы двигаться медленнее вышележащего. Таким образом, скорость движения каждого слоя определялась бы только глубиной, т. е. уменьшалась бы пропорционально глубине и не зависела от величины внутреннего трения.

Не останавливаясь на других его выводах, мы отметим только некоторые величины, показывающие скорость передачи движения воды на глубину.

Если поверхностный слой воды движется со скоростью v, то согласно вычислениям Цёпприца

а на глубину 4 тыс. м передается 3,7% скорости и то только через 10 тыс. лет.

Более 30 лет теория Цёпприца считалась господствующей. Однако в настоящее время эта теория нуждается в ряде очень существенных поправок и возражений. Прежде всего было отмечено, что скорость существующих течений значительно меньше теоретической. Потом было указано на недостаточную оценку внутреннего трения воды и влияние отклоняющего действия, являющегося следствием вращения Земли.

В начале XX в. (1906 г.) Экман разработал новую теорию, сущность которой заключается в следующем.

Если представить (для простоты), что океан безбрежен и бесконечно глубок, а ветер дует над ним непрерывно и настолько долго, что движение воды приняло стационарное состояние. При этих условиях мы получим следующие выводы:

1) Поверхностный слой воды будет двигаться, во-первых, под влиянием трения ветра о водную поверхность; во-вторых, в силу давления, которое ветер оказывает на внешнюю сторону волн.

2) Движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии.

3) Поверхностное течение уклоняется от направления  произведшего его ветра на 45° и для всех широт одинаково.

4) Отклоняющее действие силы вращения Земли не ограничивается поверхностным слоем. Каждый следующий  слой,   получая  движение   от вышележащего слоя,   в свою очередь постепенно отклоняется.  Отклонение может доходить до того,   что   на   некоторой   глубине   направление течения может получиться обратное поверхностному.

Таким образом, при передаче течения от поверхности в глубину не только быстро убывает скорость, но также изменяется и направление течения в северном полушарии вправо, в южном влево.

Если изобразить на чертеже ряд направлений течения на близких и постепенно увеличивающихся глубинах стрелками (пусть длины стрелок будут пропорциональны скоростям течений на этих глубинах), то при подобном изображении мы получим винтовую лестницу стрелок, всё более и более укорачивающихся книзу.

Из чертежа будет видно, как быстро убывает скорость течения с глубиной. При повороте направления течения на 180° эта скорость составляет всего 1/23 скорости поверхностного течения (4,3%). При повороте течений на 360° скорость падает уже до 1/535 скорости течения на поверхности. Выходит, что на этой глубине практически течение прекращается.

Глубину, на которой течение поворачивается на 180° и теряет скорость до 1/23 первоначальной скорости, называют «глубиной дрейфового течения», или, короче, глубиной течения и обозначают буквой Д.

Таким образом, для каждого течения есть предельная глубина. В среднем она выражается 200—300 м. В течении Гольфстрим максимальная глубина 800—900 м.

Согласно прежней теории (Цёпприца) все воды океанов в области пассатов на всех глубинах должны двигаться со скоростью поверхностного течения.

Теория Экмана определенно указывает предельную глубину, которая оказывается совсем невелика. Цёпприц указал огромные периоды времени, в течение которых на глубине устанавливается стационарное состояние. По теории Экмана для этого потребуется всего три-четыре или пять месяцев.

Однако нельзя забывать, что все приведенные нами рассуждения относятся к безбрежному океану. На самом же деле океаны имеют берега, которые своим влиянием изменяют дрейфовые течения.

Влияние берегов, вернее сказать подводных частей берегов, огромно. Опыт показал, что каждая струя течения, ударяясь в преграду, перпендикулярную направлению течения, делится на две струи, которые поворачивают на 180° и текут обратно. Если таких потоков два, то между ними возникает противоречие. При различных условиях и формах преграды могут возникать другие более сложные изменения. Производя опыты с бассейнами, которые по форме отчасти напоминали очертания океанов, мы получим картину, очень сходную с действительными течениями.

До сих пор мы говорили только об одной причине течений, именно о ветре. Между тем существуют другие причины, с которыми считаться также необходимо. Сюда относятся: разность плотностей морской воды, разность атмосферных давлений и др. Остановимся на первой.

Плотность морской воды очень изменчива. Всякое увеличение или уменьшение температуры, изменение процента солености, обильное выпадение осадков, таяние льда или, наоборот, усиленное испарение вызывают изменение плотности. Изменение плотности нарушает условия гидростатического равновесия, что в свою очередь приводит к перемещению водных масс, т. е. к течениям. Можно сказать совершенно определенно, что если бы не было других причин, обусловливающих течения, то одна разность плотностей могла бы создать эти течения. Кроме того, ветер возбуждает почти исключительно горизонтальные движения, а разность плотностей создает горизонтальные и вертикальные, т. е. конвекционные перемещения воды.

В настоящее время мы еще не располагаем достаточными данными для учета влияния разности плотностей на существующую картину течений, тем не менее в отдельных случаях учесть это влияние возможно. Возьмем следующий пример. Разность плотности на меридиональном разрезе через Северное экваториальное течение Атлантического океана (между 10 и 20° с. ш.) могла бы произвести течения со скоростью 5—б морских миль в 24 часа. Между тем средняя суточная скорость экваториального течения здесь около 15—17 морских миль. «Если вычислить скорость того же экваториального течения, соответствующую только влиянию ветра (принимая скорость пассата в 6,5 м в сек.), то получится суточная скорость течения в 11 морских миль. Сложив эту величину с 5—6 м. м. суточной скорости, обусловленной разностью плотности, получим наблюдаемые 15—17 м. м. в сутки».

Пример с достаточной ясностью показывает влияние разности плотностей на течение. В то же время приведенный пример подтверждает доминирующую роль ветра.

Что касается других факторов, то значение их в большинстве случаев сравнительно ничтожно. Разница атмосферных давлений никаких сколько-нибудь значительных изменений не вносит. Причины космического характера (вращение Земли и приливы) вызвать заметных течений также не могут.

Вращение Земли может вызвать лишь отклонение существующих течений. Приливы, правда, вызывают горизонтальные перемещения воды, но эти перемещения могут быть даже самыми второстепенными причинами существующих мощных экваториальных течений.

Сопоставляя все сказанное о причинах течений, мы можем сказать, что среди всех причин ветер является наиболее могущественным фактором.

Поэтому все главнейшие течения обусловлены преимущественна ветрами. Этот факт подтверждается прежде всего той связью между направлениями главнейших ветров и течений, которые наблюдаются в действительности. Этот же факт подтверждается сменой муссонных течений и перемещением течений тропической полосы в зависимости от перемещения ветров (зимой и летом). Что же касается разности плотностей, то их роль по сравнению с ветрами очень небольшая и серьезного влияния на течения не оказывает. Примером могут служить те случаи, когда два рядом идущих течения несут воду различных плотностей и заметно друг на друга не влияют.

Исходя из причин, порождающих течения, выделяют: дрейфовые, стоковые, сточные, обменные и компенсационные. Дрейфовые течения — это те, которые возникают под влиянием длительных или господствующих ветров. Причины их возникновения нам уже известны. Стоковые течения возникают в результате наклона уровня моря, обусловленного приносом большого количества речных вод (Обь, Енисей и др.), выпадением большого количества осадков или, наоборот, большим испарением. В тех же случаях, когда наклон уровня моря обусловлен нагоном или отгоном воды ветрами, возникающие течения называют сточными. Между соседними бассейнами, плотность вод которых различна, возникают течения обменные. (Нередко их называют еще уравнительными или компенсационными.) Примером обменных течений может служить обмен вод Средиземного моря с водами Атлантического океана. (Через Гибралтарский пролив по дну движутся более плотные воды Средиземного моря, а по поверхности менее плотные воды Атлантического океана.)

Всякая убыль воды в той или другой части океана (или моря), возникшая под влиянием тех или других течений, возмещается притоком воды из других частей океана (или моря). Возникающие при этом течения носят название компенсационных (возмещающих). Компенсационные течения увлекают не только поверхностные слои воды, но и глубинные (обычно более холодные). Нетрудно видеть, что наиболее мощными течениями являются лишь дрейфовые и связанные с ними компенсационные.

Различают еще течения теплые и холодные. Теплыми течениями называют те, которые приносят более теплую воду по сравнению с водами того района, куда они приходят. Это преимущественно течения из низких широт в высокие.

Холодные течения, наоборот, приносят в данный район воду более холодную и движутся из высоких широт в низкие. Холодные и теплые течения имеют огромное влияние на климат, о чем в свое время уже говорилось.

Общая схема океанических течений. Если отбросить детали, то схема течений различных океанов приблизительно одна и та же. В тропическом поясе по обе стороны экватора мы имеем два так называемых экваториальных течения, которые идут с востока на запад. Эти течения вызываются пассатами. Вместе с перемещением пассатов на север и на юг (летом и зимой) перемещаются и экваториальные течения. Между двумя указанными течениями существует так называемое экваториальное противотечение.

С одной стороны, т. е. на месте возникновения (на западе) оно обусловливается отражением части экваториальных течений от берегов; в другой части (на востоке) оно является компенсационным, восстанавливая тот дефицит водной массы, который явился следствием двух экваториальных течений.

К северу и к югу от экватора в поясах до 50° северной и южной широты возникают два круговорота. Каждый круговорот является следствием, во-первых, отражения от берега, во-вторых, — влиянием отклоняющего действия земного вращения, в-третьих, — новой преградой в виде берегов на востоке и, наконец, результатом того дефекта водных масс, которые вызваны экваториальными течениями. Течение с запада на восток в области 50° северной и южной широты при встрече с берегами на востоке дает собственно не одну, а две ветви. Одна направляется к экватору (о ней мы говорили), вторая направляется в полярные страны, где примерно по тем же законам образует второй, меньший круговорот.

Местные условия могут вносить некоторое разнообразие в указанную схему, но общий характер остается приблизительно тот же. Наиболее сильные изменения наблюдаются в южном полушарии, где строение берегов совершенно иное. В Индийском океане в северной части схема также нарушается по причинам вполне понятным  (там материк Азии).

Течения Тихого океана. На карте течений Тихого океана прежде всего бросается в глаза огромное по своим размерам Северное экваториальное течение, которое несет воды от берегов Центральной Америки к Филиппинским островам. Это течение имеет 14 тыс. км в длину и несколько сот километров в ширину. Параллельно ему, почти у экватора, можно видеть вторую мощную полосу Южного экваториального течения, которое несет воды от берегов Южной Америки к Новой Гвинее и южным Филиппинским островам.

Взглянем теперь на карту пассатов. Направление пассатов и направление отмеченных нами течений почти полностью совпадают. Это совпадение не случайно, тем более, что такую же картину мы увидим и в других океанах. Постоянно дующие пассаты увлекают за собой верхний слой воды, в результате чего и возникают экваториальные течения (см. приложенную климатическую карту с изображением течений в океанах и морях).

Обратимся снова к карте течений Тихого океана.

Северное и Южное экваториальные течения все время уносят воду от берегов Америки, и там, естественно, создается убыль. Эта убыль возмещается притоком воды с севера от берегов Северной Америки (Калифорнийское течение) и берегов Южной Америки (Перуанское течение). Прямой причиной возникновения этих двух новых течений является уже не ветер, а убыль воды у берега Центральной Америки.

Течения Калифорнийское и Перуанское как бы восполняют (компенсируют) убыль воды у берегов Центральной Америки.

Северное экваториальное течение, встречаясь с Филиппинскими островами, делится на две ветви: северную и южную. Южная ветвь круто поворачивает на юг и восток у экватора, а северная ветвь под влиянием вращения Земли вокруг оси постепенно отклоняется сначала на северо-восток, а потом (в районе Японских островов) на восток и идет далее к берегам Северной Америки. Это течение носит название Куро-Сиво (по-русски — синяя вода). Течение Куро-Сиво, направляясь к берегам Северной Америки, снова делится на две неравные ветви: меньшая северная называется Алеутским течением, а большая южная — Калифорнийским. Калифорнийское течение, возмещая убыль вод у берегов Центральной Америки, переходит потом в Северное экваториальное и, таким образом, замыкает круг течений в северной половине Тихого океана. Подобный же круг можно видеть и в южном полушарии. Здесь Южное экваториальное течение у берегов Новой Гвинеи и Австралии поворачивает к югу, образуя так называемое Восточно-Австралийское течение. Последнее потом поворачивает на восток и, сливаясь с Поперечным течением южной части Тихого океана, подходит к южным берегам Южной Америки и образует Перуанское, или Гумбольдтово, течение. Гумбольдтово течение близ экватора сливается с Южным экваториальным течением.

Течения Атлантического океана. Атлантический океан значительно уже Тихого океана, но характер распределения течений в основном остается приблизительно тот же. Здесь также имеются Северное и Южное экваториальные течения. Южное экваториальное течение, встречаясь с Бразильским выступом Южной Америки, делится на две ветви. Одна ветвь, меньшая по размеру, направляется к югу, образуя Бразильское течение. Так же, как и в южной половине Тихого океана, Бразильское течение здесь поворачивает на восток, сливается с Поперечным течением южной части Атлантического океана и, подходя к южной Африке, поворачивает на север и образует Бенгуэльское течение. Последнее близ экватора сливается с Южным экваториальным течением и, таким образом, замыкает круг течений южной половины Атлантического океана.

Несколько иначе обстоит дело с северной частью океана. Здесь северная (большая) часть Южного экваториального течения направляется сначала вдоль берегов Бразилии, а потом Гвианы к Антильским островам и образует Гвианское течение. Последнее, соединяясь с частью Северного экваториального течения, мощным потоком в 500 км шириной вливается в Карибское море. Из Карибского моря оно проходит в Мексиканский залив, а потом выходит оттуда через Флоридский пролив (между полуостровом Флорида и о. Куба) под именем Гольфстрима. Гольфстрим направляется вдоль берегов Северной Америки, а потом под влиянием силы вращения Земли поворачивает на северо-восток и под именем Северного Атлантического течения омывает берега Европы и вливается в Северный Ледовитый океан.

От южного края Атлантического течения отделяется широкая ветвь, которая, направляясь на юго-восток, омывает сначала Азорские острова, а потом, поворачивая к югу, — Канарские острова. Это течение, известное под названием Канарского, или Северо-Африканского, поворачивает потом на юго-запад и дает Северное экваториальное течение. Таким образом, Канарское течение замыкает большое кольцо течений, образующих могучий круговорот в северной половине Атлантического океана.

Внутри отмеченного нами круговорота оказывается обширная площадь воды, которая не имеет постоянных течений. Этот исключительный в своем роде бассейн изобилует скоплением саргассовых водорослей и носит название Саргассова моря.

Течения Индийского океана. Индийский океан стеснен материками в северной своей части. Кроме того, здесь господствуют муссонные ветры, под влиянием которых в одно время года устанавливаются течения с запада на восток, в другое — с востока на запад.

В южной, ничем не стесненной части Индийского океана мы имеем течения приблизительно те же, что и в южных частях других океанов. Здесь (в области пассатов) возникает Южное экваториальное течение. Достигнув берегов Африки, оно поворачивает к югу, образуя мощное Мозамбикское течение, которое на юге поворачивает на восток, также сливается с Поперечным течением, доходит до берегов Австралии и, направляясь к северу, сливается с Южным экваториальным.

Кольцевое течение в южных широтах Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Мы уже говорили о том, что южные части трех крупнейших океанов не разделяются материками и образуют сплошное водное кольцо. Здесь господствуют преимущественно западные ветры, под влиянием которых и возникает сплошное кольцо течений, охватывающее все южное полушарие между 40 и 55° ю. ш.

Течения Северного Ледовитого океана. Северный Ледовитый океан получает постоянный приток воды от Атлантического течения и от рек Сибири и Северной Америки. В результате при малом испарении получается  избыток   воды.   Этот  избыток   удаляется   через  пролив,  находящийся между Гренландией и Исландией. Таким образом, в Северном Ледовитом океане должно возникнуть течение от берегов Восточной Сибири и Северной Америки к восточным берегам Гренландии, Перенос плавника (деревьев, вынесенных реками) от берегов Северной Америки и Восточной Сибири к Гренландии, дрейф судов, а также дрейф льдины со станцией «Северный полюс» полностью подтверждают подобное предположение. Течение, выходящее из Северного Ледовитого океана у восточных берегов Гренландии, носит название Восточно-Гренландского течения.

Вообще же говоря, течения Северного Ледовитого океана еще очень мало изучены.

Мы рассмотрели все самые большие течения Мирового океана. Главнейшей причиной экваториальных течений, как уже не раз отмечалось, являются, по-видимому, пассаты. В северной части Индийского океана, помимо пассатов, проявляется более сильное влияние муссонов. Можно думать, что господствующие западные ветры в южных частях океанов в значительной мере обусловливают и кольцевое течение. Таким образом, одной из главнейших причин течений следует считать прежде всего ветер. Течения, возникшие под влиянием ветров, как уже говорилось, носят название ветровых, или дрейфовых.

Ветровые течения обусловливают убыль воды в тех или других частях океанов. Эта убыль, восполняемая из других частей океанов, как раз и вызывает восполняющие, или компенсационные, течения. Примерами компенсационных течений могут служить Калифорнийское, Перуанское, Бенгуэльское и др.

Кроме того, немалое значение имеет также различная степень солености, приводящая к разности плотностей, различию в атмосферном давлении и др.

Огромную роль в направлении течений играет, как мы уже не раз видели, отклоняющая сила вращения Земли.

Наряду с условиями общего характера необходимо учитывать также влияние местных условий, особенно очертание берегов, наличие островов, подводный рельеф и др.

Теплые и холодные течения. Экваториальные течения трех крупнейших океанов находятся в пределах жаркого пояса. Воды этих течений годами движутся вдоль экватора и нагреваются до 25—28°. Эти сильно нагретые воды направляются потом в умеренные и даже холодные пояса и несут туда огромные запасы тепла. Рассмотрим в качестве примера течение Гольфстрим.

Экваториальные течения Атлантического океана, как уже говорилось, вливаются сначала в Карибское море, а потом в Мексиканский залив. Карибское море и Мексиканский залив являются как бы резервуарами, в которых собираются наиболее теплые воды Атлантического океана. Из этого естественного резервуара через Флоридский пролив вытекает исключительная по своим размерам теплая «река» более 70 км шириной и 700 м глубиной, известная под названием течения Гольфстрим.

Чтобы судить о размерах этой теплой реки, скажем, что она вливает в Атлантический океан более 90 млрд. т воды в год, т. е. в 3 тыс раз больше, чем Волга вливает в Каспийское море.

По выходе из Флоридского пролива Гольфстрим сливается с Антильским течением (в результате чего увеличивается в четыре раза) и, направляясь на северо-восток, огибает Британские острова и берега Норвегии и вливается, наконец, в Северный Ледовитый океан.

Насколько велико здесь согревающее влияние Гольфстрима, можно судить хотя бы по тому, что температура вод этого течения в пределах Северного Ледовитого океана достигает б—8°, в то время, как вода самого Северного Ледовитого океана имеет около 1 или 0°.

Течения, идущие от полярных стран в сторону жаркого пояса, наоборот, чаще всего несут холодную воду и носят общее название холодных течений. Примером может служить Восточно-Гренландское течение, которое, сливаясь с другим холодным течением, выходящим из Баффинова моря (Лабрадорским), несет холодные воды и льды до 42°, а в некоторых случаях и до 40° с. ш.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.