Мореплаватели о наличии океанических течений узнали практически сразу, как только начали бороздить воды Мирового океана. Правда, общественность обратила на них внимание лишь тогда, когда благодаря движению океанических вод было сделано множество великих географических открытий, например, Христофор Колумб доплыл до Америки благодаря Северному Экваториальному течению. После этого океаническим течениям не только моряки, но и учёные начали уделять пристальное внимание и стремиться исследовать их как можно лучше и глубже.
Уже во второй половине XVIII ст. моряки довольно хорошо изучили Гольфстрим и успешно применяли полученные знания на практике: из Америки в Великобританию шли по течению, а в обратном направлении придерживались определенного расстояния. Это позволяло им на две недели опережать судна, капитаны которых не были знакомы с местностью.
Океаническими или морскими течениями называют крупномасштабные перемещения водных масс Мирового океана со скоростью от 1 до 9 км/ч. Движутся эти потоки не хаотично, а в определённом русле и направлении, что является главной причиной того, почему их иногда называют реками океанов: ширина самых крупных течений может составлять несколько сотен километров, а длина достигать не одну тысячу.
Установлено, что водные потоки движутся не прямо, а отклоняясь немного в сторону, подчиняются силе Кориолиса. В Северном полушарии почти всегда движутся по часовой стрелке, в Южном – наоборот . В то же время течения, находящиеся в тропических широтах (их называют экваториальными или пассатными), перемещаются в основном с востока на запад. Самые сильные течения были зафиксированы вдоль восточных берегов континентов.
Водные потоки циркулируют не сами по себе, а их приводит в движение достаточное количество факторов – ветер, вращение планеты вокруг своей оси, гравитационные поля Земли и Луны, рельеф дна, очертания материков и островов, разница температурных показателей воды, её плотности, глубины в различных местах океана и даже её физико-химический состав.
Из всех видов водных потоков наиболее выражены поверхностные течения Мирового океана, глубина которых нередко составляет несколько сотен метров. На их возникновение повлияли пассатные ветра, постоянно движущиеся в тропических широтах в западно-восточном направлении. Эти пассаты формируют возле экватора огромные потоки Северного и Южного Экваториальных течений. Меньшая часть этих потоков возвращается на восток, образовывая противотечение (когда движение воды происходит в противоположную от движения воздушных масс сторону). Большая часть, сталкиваясь с материками и островами, поворачивает в северную или южную сторону.
Теплые и холодные водные потоки
Необходимо учитывать, что понятия о «холодных» или «тёплых» течений являются условными определениями. Так, несмотря на то, что температурные показатели водных потоков Бенгельского течения, которое протекает вдоль мыса Доброй Надежды, составляют 20°С, оно считается холодным. А вот Нордкапское течение, которое является одним из ответвлений Гольфстрима, с температурными показателями от 4 до 6°С, является тёплым.
Происходит это потому, что холодное, тёплое и нейтральное течения получили свои названия исходя из сравнения температуры своей воды с температурными показателями окружающего их океана:
- Если температурные показатели водного потока совпадают с температурой окружающих его вод, такое течение называют нейтральным;
- Если температура течений ниже окружающей воды, их называют холодными. Обычно они текут из высоких широт в низкие (например, Лабрадорское течение), или из районов, где из-за большого стока рек океаническая вода имеет пониженную солёность поверхностных вод;
- Если температура течений теплее окружающей их воды, то их называют тёплыми. Они двигаются из тропических в приполярные широты, например, Гольфстрим.
Основные водные потоки
На данный момент учёные зафиксировали около пятнадцати основных океанических водных потоков в Тихом, четырнадцать – в Атлантическом, семь – в Индийском и четыре – в Северном Ледовитом океане.
Интересно, что все течения Северного Ледовитого океана движутся с одинаковой скоростью – 50 см/сек, три из них, а именно Западно-Гренландское, Западно-Шпицбергенское и Норвежское, являются тёплыми, и лишь Восточно-Гренландское относится к холодному течению.
А вот почти все океанические течения Индийского океана относятся к теплым или нейтральным, при этом Муссонное, Сомалийское, Западно-Австралийское и течение Игольного мыса (холодное) движутся со скоростью 70 см/сек., скорость остальных варьирует от 25 до 75 см/сек. Водные потоки этого океана интересны тем, что вместе с сезонными муссонными ветрами, которые два раза в год меняют своё направление, океанические реки также изменяют свой ход: зимой они в основном текут на запад, летом – на восток (явление, характерное только для Индийского океана).
Поскольку Атлантический океан протянулся с севера на юг, его течения также имеют меридиональное направление. Водные потоки, расположенные на севере, движутся по часовой стрелке, на юге – против неё.
Ярким примером течения Атлантического океана является Гольфстрим, который начинаясь в Карибском море, несёт тёплые воды на север, распадаясь по дороге на несколько боковых потоков. Когда воды Гольфстрима оказываются в Баренцевом море, они попадают в Северный Ледовитый океан, где охлаждаются и поворачивают на юг в виде холодного Гренландского течения, после чего на каком-то этапе отклоняются на запад и опять примыкают к Гольфстриму, образуя замкнутый круг.
Течения Тихого океана имеют в основном широтное направление и формируют два огромных круга: северный и южный. Поскольку Тихий океан чрезвычайно велик, не удивительно, что его водные потоки оказывают значительное влияние на большую часть нашей планеты.
Например, пассатные водные потоки перегоняют тёплые воды от западных тропических берегов к восточным, из-за чего в тропической зоне западная часть Тихого океана намного теплее противоположной стороны. А вот в умеренных широтах Тихого океана, наоборот, температура выше на востоке.
Глубинные течения
Довольно длительное время учёные считали, что глубинные океанские воды почти неподвижны. Но вскоре специальные подводные аппараты обнаружили на большой глубине как медленно, так и быстротекущие водные потоки.
Например, под Экваториальным течением Тихого океана на глубине около ста метров учёные определили подводный поток Кромвель, движущийся в восточном направлении со скоростью 112 км/сутки.
Подобное движение водных потоков, но уже в Атлантическом океане, нашли советские учёные: ширина течения Ломоносова составляет около 322 км, а максимальная скорость в 90 км/сутки была зафиксирована на глубине около ста метров. После этого был обнаружен ещё один подводный поток в Индийском океане, правда, скорость его оказалась намного ниже – около 45 км/сутки.
Открытие этих течений в океане послужило поводом к возникновению новых теорий и загадок, основной из которых является вопрос – почему они появились, как сформировались, а также вся ли площадь океана охвачена течениями или существует точка, где вода неподвижна.
Влияние океана на жизнь планеты
Роль океанических течений в жизни нашей планеты трудно переоценить, поскольку движение водных потоков непосредственно влияет на климат планеты, погоду, морские организмы. Многие сравнивают океан с огромной тепловой машиной, которую приводит в движение солнечная энергия. Эта машина создаёт беспрестанный водообмен между поверхностными и глубинными слоями океана, обеспечивая его растворённым в воде кислородом и влияя на жизнь морских обитателей.
Этот процесс можно проследить, например, рассматривая Перуанское течение, что находится в Тихом океане. Благодаря подъёму глубинных вод, которые поднимают наверх фосфор и азот, на океанической поверхности успешно развивается животный и растительный планктон, в результате чего организовывается пищевая цепь. Планктон поедает мелкая рыбка, та, в свою очередь, становится жертвой более крупных рыб, птиц, морских млекопитающих, которые при таком пищевом изобилии поселяются здесь, делая регион одним из самых высокопродуктивных районов Мирового океана.
Случается и так, что холодное течение становится тёплым: средняя температура окружающей среды повышается на несколько градусов, из-за чего на землю проливаются теплые тропические ливни, которые, оказавшись в океане, губят рыбу, привыкшую к холодной температуре. Результат плачевный – в океане оказывается огромное количество дохлой мелкой рыбы, крупная рыба уходит, рыбный промысел прекращается, птицы покидают свои гнездовья. В результате местное население лишается рыбы, урожая, который побили ливни, и прибыли от продажи гуано (птичьего помёта) в качестве удобрения. На восстановление прежней экосистемы нередко может уйти несколько лет.
§ 1 Океанические (морские) течения
В этом уроке познакомимся с поверхностными течениями Мирового океана и поговорим о том, какую роль они играют в перераспределении тепла и влаги на нашей планете.
Океанические воды представляют собой очень подвижную среду, которая находится в непрерывном движении. Движение вод Мирового Океана может быть вызвано различными причинами. Вследствие неравномерного нагрева поверхности Земли в атмосфере образуются пояса с разным атмосферным давлением. Из-за этой разницы и возникают ветры, которые создают движение потоков воды и течения в морях и океанах, оказывающих огромное влияние на природу суши. Но не только ветер является причиной течений. На их возникновение может повлиять: разность в плотности вод, температура отдельных частей океана и т.д.
Океанические (морские) течения — это постоянные или периодические горизонтальные движения водных масс в толще Мирового океана. Течение можно представить в виде огромной реки без берегов, текущей в океане. На направление течения оказывает влияние сила вращения Земли, рельеф морского дна, контуры материков. В ширину течения могут достигать несколько тысяч км и сотни метров в глубину. По своим свойствам вода в морских течениях отличается от окружающих вод.
Течения бывают теплыми, холодными и нейтральными. В теплых течениях вода теплее окружающих вод, в холодных - холоднее, чем в окружающих водах, в нейтральных - близка по температуре к окружающим водам.
По глубине прохождения течения делятся на:
Поверхностные;
Глубинные;
Придонные.
§ 2 Поверхностные течения Земли
Подробно остановимся на поверхностных течениях Земли. Они охватывают поверхностные слои океанов и морей до 350 метров в глубину. Основной причиной образования поверхностных течений считают постоянные ветры. На физической карте такие течения обозначаются стрелками: теплые течения красными стрелками, холодные - синими. По преобладающему в течениях направлению движения воды выделяют зональные течения (несущие воды на запад или на восток) и меридиональные, несущие воды на север или юг.
Рассмотрим образование поверхностных течений в северной части Атлантического океана. Северо-восточный пассат гонит массы воды из Гвинейского залива в западном направлении, образуя Северное Пассатное течение. У восточных берегов Южной Америки оно отклоняется на северо-запад и входит в Мексиканский залив. Здесь образуется сточное течение Гольфстрим. Его название переводится как «течение из залива». Оно проникает в умеренные широты, где господствуют западные ветры. Они и перемещают водные массы на восток. Кроме того, вращающая сила Земли способствует отклонению течения на восток. Так формируется теплое Северо-Атлантическое течение. Среднегодовая температура в нем +25-26 градусов. Скорость течения составляет коло 10 км/час. Температура воды в нём выше температуры окружающей его воды. Благодаря этому умеренные и полярные широты получают теплые воды. Из этих широт избыток вод оттекает на юг и смешивается у берегов Африки с поднимающимися из глубины холодными водами. Здесь образуется холодное Канарское течение. На физической карте хорошо видно, что в Северной части Атлантического океана возникает гигантское круговое движение вод, которое происходит по часовой стрелке. Подобная же картина наблюдается в Атлантическом океане и к югу от экватора в Южном полушарии. Круговое движение вод происходит здесь против часовой стрелки, т.к. движение отклоняется влево.
Подобная же картина основных течений прослеживается и в Тихом океане. Она несколько отличается в Индийском и Северном Ледовитом океанах, это связано с их особым географическим положением. Также на течения в Индийском океане оказывают влияние муссонные ветра.
Одним из самых мощных течений на Земле является круговое зональное Антарктическое течение (или течение Западных ветров). Оно пересекает южные части трех океанов (Атлантического, Тихого и Индийского) в районе 40-50 широт южного полушария.
Если сравнить карту постоянных ветров и океанических течений, можно выделить определенную закономерность. Общая схема течений совпадает со схемой постоянных ветров.
Течения оказывают колоссальное влияние на перераспределение тепла и влаги на Земле. В западных частях океана теплые воды течений несут прогретую воду к полюсам, в холодные высокие широты, обогревая их. А на востоке они возвращаются к экватору охлажденными. Течения являются своеобразной отопительной системой планеты. Они также оказывают существенное влияние на количество осадков в регионе. Теплые течения способствуют восходящим потокам воздуха и выпадению осадков. Холодные течения охлаждают прибрежный воздух, который не может подняться вверх и образовать облака. Холодные и теплые течения чаще всего подходят близко друг к другу в умеренных широтах. В областях схождения вод, имеющих разные свойства, образуются вихри. Воздушные массы, зарождающиеся над океаном, оказывают влияние на погодные условия суши, расположенной в умеренных поясах.
Но океанические течения переносят на далекие расстояния не только тепло, но и химические соединения, живые организмы, а также загрязняющие вещества.
§ 3 Краткие итоги урока
Подведем итоги урока.
1. Общая схема поверхностных течений совпадает со схемой постоянных ветров.
2. Пассаты перемещают водные массы на запад, в умеренных широтах западные ветры - на восток. Из-за вращения Земли течения отклоняются вправо в Северном полушарии и влево - в Южном.
3. Течения играют важную роль в перераспределении тепла и влаги на нашей планете. Они являются своеобразной отопительной системой нашей планеты.
Список использованной литературы:
- География. 7 класс: поурочные планы по учебнику В.А. Коринской, И.В. Душиной, В.А. Щенева «География материков и океанов» / сост. Л.В. Бударникова. - Волгоград: Учитель, 2014.- 246 с.
- Никитина Н.А. Поурочные разработки по географии. 7 класс.- 2-е изд. Перераб.- М.: ВАКО, 2014. – 352 с.
- Коринская В.А. География материков и океанов. 7 кл.: учеб. для общеобразват. учреждений / В.А. Коринская, И.В. Душина, Щенев.- 16-е изд. Стереотип. – М.: Дрофа, 2009.- 319 с.
Движение вод в океанах только что начинает изучаться, даже относительно поверхностных течений известно еще очень немного, а глубинные и придонные и вовсе еще не изучались. Между тем несомненно, что поверхностное и глубоководное движение воды в океанах образует одну сложную систему, которая даже и в своей части, совпадающей с океанической поверхностью, недостаточно исследована. Неудивительно потому, что это сложнейшее океанографическое явление, не менее сложное, нежели подобные же движения в воздушном океане, не имеет еще стройной теории, охватывающей все причины, обуславливающие движение вод в океане.
Причины, могущие возбудить движение вод в океане и создать наблюдаемую систему океанических течений, можно подразделить на три группы. Причины космического характера, разность плотностей и ветры.
Согласно современному взгляду, космические причины, вращение Земли и приливы, не могут возбудить ничего подобного наблюдаемым в поверхностных слоях течениям, и потому эти причины здесь и не рассматриваются.
Второй группой причин, возбуждающих течения, являются все те условия, которые производят разность плотностей в морской воде, а именно неравномерное распределение температуры и солености.
Третья причина возникновения поверхностных (а следовательно, отчасти и подводных) течений есть ветер.
Разность плотности воды
Разность плотностей многими признавалась как важнейшая причина океанических течений, этот взгляд получил распространение в особенности после океанографических исследований экспедиции Challenger.
В это время сперва Карпентер, а потом Моя высказали предположение, что разность плотностей есть одна из главных причин течений. В последнее время скандинавские ученые: Нансен, Бьеркнес, Сандштрём, Петтерсон, снова возобновили интерес к явлению разности плотностей, как причине течений.
Различие плотностей в морской воде есть результат одновременного действия многих причин, всегда существующих в природе и потому непрерывно изменяющих плотности частиц морской воды в разных местах.
Каждое изменение температуры воды сопровождается и изменением ее плотности, причем, чем температура ниже, тем плотность больше. Испарение и замерзание тоже увеличивают плотность, тогда как выпадение осадков уменьшает ее. Так как соленость на поверхности зависит от испарения, выпадения осадков и таяния льдов — явлений, происходящих непрерывно,— то и соленость на поверхности постоянно изменяется, а вместе с ней и плотность.
Карта распределения плотности в среднем за год показывает, что этот элемент неравномерно распределен по поверхности океана, а разрез Атлантического океана по меридиану подтверждает, что в океанах и на глубинах плотности распределены неравномерно. Линии равных плотностей (изопикны) опускаются к тропическому поясу в глубины океана, а с удалением от экватора они выходят на поверхность.
Все это указывает, что, если бы никаких иных причин, возбуждающих течения в океане, не существовало бы, а было бы только неравномерное распределение плотностей, то воды океана непременно пришли бы в движение; однако возникшая таким путем система течений и по характеру и по скоростям была бы совершенно иная, нежели сейчас наблюдаемая, потому что другие не менее важные причины, также возбуждающие течения, отсутствовали бы.
Например, в пассатных полосах испаряется слой воды в несколько метров толщины, и около 2 м этой испарившейся воды выпадает в штилевой экваториальной полосе. Отсюда распресненная вода (при существующей системе течений) уносится к востоку Экваториальным противотечением. Остальная же масса водяных паров антипассатом переносится в умеренные пояса, где и выпадает. Таким образом происходит постоянная убыль воды в тропиках, которая должна возмещаться притоком из умеренных широт. Однако одна эта причина не в состоянии создать наблюдаемую в океанах систему течений.
Точно так же льды в приполярных и полярных широтах частью распресняют воду, делают легче, частью же охлаждают ее, увеличивают плотность и заставляют опускаться вниз, обусловливая таким путем охлаждение глубоких слоев океана, а следовательно, дают толчок к движению и поверхностных вод от умеренных широт к полярным. Однако одна эта причина не может создать всей существующей сложной системы течений.
Таким образом, несомненно, что разность плотностей, постоянно поддерживаемая многими причинами во всей массе вод Мирового океана, должна содействовать образованию движения вод, как на поверхности, так и на глубинах.
Норвежский ученый В. Бьеркнес изложил свои взгляды на причины, могущие возбудить движение в какой-либо среде, безразлично жидкости или газе. Причины эти заключаются единственно в неоднородности самой среды, что в природе всегда и наблюдается. Идеи Бьеркнеса потому именно и замечательны, что он разбирает движение в случаях, взятых из природы, а не какую-либо идеальную среду, совершенно однородную, как это обычно делается.
Так как Бьеркнес берет среду не однородную, то основанием его рассуждений должно быть обстоятельное изучение распределения плотностей в рассматриваемой среде. Знание распределения плотностей дает представление о внутреннем строении среды, а последнее позволяет судить и о характере возникающих в ней движений частиц.
Сущность идеи Бьеркнеса вычисления скоростей течений на основании распределения плотностей. Предположим, что в какой-либо массе вод температура и соленость распределены совершенно равномерно, тогда и плотность везде будет одинакова, и, следовательно, избранная масса воды будет однородна. В таких условиях на одинаковых глубинах давления будут одни и те же и будут зависеть только от числа слоев, находящихся над каждым слоем (в первом приближении с каждыми 10 м глубины давление увеличивается на одну атмосферу).
Если в такой однородной среде провести поверхности равного давления, или, как их иначе называют, изобарические, то они совпадут с уровенными поверхностями.
Если теперь сделать вертикальное сечение этой массы воды, то на нем изобарические поверхности изобразятся системой параллельных и горизонтальных линий.
В случае же, если в избранной массе воды температура н соленость распределены неравномерно, то не зависящая от этих условий плотность воды на одинаковых глубинах будет различная.
Бьеркнес вместо плотности пользуется обратными величинами — удельными объемами и через места в жидкости, где последние одинаковы, проводит поверхности, которые на взятом вертикальном сечении изобразятся кривыми, названными им изостерами.
Таким образом, на вертикальном разрезе получится две системы линий, одни будут прямые, параллельные горизонту изобары, а другие — изостеры — будут их пересекать под разными углами. Чем равновесие в жидкости будет более нарушено, т. е. чем она будет далее от однородности, тем и плотности, а следовательно, и удельные объемы будут более различны на одинаковых глубинах. Потому там, где жидкость однороднее, и изостеры будут близки к изобарам; где же на близких расстояниях по горизонтальной поверхности изобар встречаются значительные разности в однородности строении жидкости, там изостеры будут круто подниматься или опускаться.
Влияние ветра
Связь между ветром и поверхностными течениями настолько проста и легко заметна, что среди моряков ветер давно признавался важной причиной течений.
Первый, кто указал в науке на ветер как на главную причину течений, был В. Франклин в своих рассуждениях о причинах, вызывающих Гольфстрим (1770 г.). Затем А. Гумбольдт (1816 г.), излагая свой взгляд на причины течений, указал на ветер как на первую причину их. Первостепенное значение ветра как причины течений, таким образом, давно признавалось многими, но оно получило сильную поддержку после математической обработки вопроса, произведенной Цёпприцем (1878 г.).
Цёпприц разобрал вопрос о постепенной передаче движения от поверхностного слоя воды, приведенного в движение ветром, к следующему, от последнего к лежащему под ним и т. д. Цёпприц показал, что в случае бесконечно долгого времени действия движущей силы ветра, движение будет передаваться,в глубину таким образом, что скорости в слоях будут убывать пропорционально глубинам независимо от величины внутреннего трения. Если же силы действуют ограниченное время, и вся система движущихся частиц не пришла в стационарное состояние, то скорости на разных глубинах будут зависеть от величины трения. Цёпприц заимствовал для своей гипотезы коэффициент трения из опытов над истечением жидкостей, в том числе и морской воды, и, вставив его в свои формулы.
Этой теории было сделано возражение, указывающее, что количество движения, существующее в пассатных ветрах, во много меньше соответствующей величины в экваториальном течении. Однако тут надо принять во внимание продолжительность и непрерывность действия пассатов; очевидно, что ветру в этом случае после достижения течением установившегося состояния нужно только восполнять потерю движения от внутреннего трения, и потому ветер в совокупности за большой промежуток времени может сообщить (воде то количество движения, какое в ней наблюдается, и произвести существующее течение.
Другое более важное возражение указывает, что принятая в теории величина трения совершенно не соответствует действительной, потому что при движении одного слоя воды по другому непременно должны образовываться водоворотики, которые поглощают громадное количество энергии. Следовательно, вычисление величины и характера распространения скорости с глубиною построено неверно.
Наконец, самый важный недостаток теории Цёпприца был замечен недавно Нансеном, а именно в ней совершенно упущено влияние отклонения, происходящего от вращения Земли на оси.
Теория Цёпприца (господствовавшая около 30 лет) обратила внимание на важные особенности ветровой (дрейфовой) гипотезы течений, и ее главная заслуга в том, что она впервые выразила влияние ветра численно, и, как всегда в таких случаях бывает, недостатки гипотезы послужили источником для дальнейшего изучения, результатом чего явилась новая, более совершенная ветровая теория, принадлежащая шведскому ученому В. Экману, в которой принята во внимание уклоняющая сила от вращения Земли на оси.
Если предположить океан безбрежным и бесконечной глубины, а ветер над ним действующим непрерывно, настолько долгое время, что в воде, приведенной им в движение, установилось стационарное состояние, то при этих условиях получаются следующие выводы.
Прежде всего необходимо указать, что поверхностный слой воды приводится в движение ветром вследствие двух причин: во-первых — трения, а во-вторых — давления на наветренные стороны волн, потому что вследствие ветра возникает не только течение, но и волнение. Обе эти причины могут быть в совокупности названы тангенциальным трением.
Согласно ветровой (дрейфовой) теории Экмана, движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии. При этом направление поверхностного течения уклоняется от направления производящего его ветра на 45° для всех широт одинаково.
Влияние уклоняющей силы от вращения Земли на оси сказывается не только в уклонении течения на поверхности от ветра на 45°, но и в дальнейшем непрерывном повороте направления течения при передаче движения в глубину от слоя к слою. Таким образам, с передачей течения от поверхности в глубину не только быстро (в геометрической прогрессии) убывает скорость, но и направление течения постоянно поворачивает в северном полушарии вправо, а в южном — влево.
В устьях рек впадающих в моря, наблюдаются такие же явления. Речная вода, будучи легче морской, образует даже и при перемешивании с морскою водою более легкий слой, обладающий определенным движением от берега. Масса такого поверхностного течения к тому же больше, нежели масса одной речной воды (по справедливому замечанию адмирала С. О. Макарова), вследствие смешения речной воды с морской. Образовавшееся таким путем течение всасывает из нижних слоев более холодную веду в море или океане и обуславливает понижение температуры в приповерхностных слоях на таких глубинах, где в некотором удалении от впадения реки температура гораздо выше. Такое явление наблюдал Экман у Гётеборга в Каттегате.
Совершенно такое же влияние речного течения на поднятие в более близкие к поверхности слои более соленой и плотной глубинной воды наблюдалось С. О. Макаровым и на Кронштадтских рейдах и в гаванях порта именно после продолжительных восточных ветров, увеличивающих скорость течения поверхностной пресной воды из р. Невы и вследствие того уменьшающих толщину поверхностного слоя.
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.
Обзор всех указанных выше причин течений
Указанные выше причины, возбуждающие передвижение воды в океане, сводятся к трем условиям: влиянию разностей давления атмосферы, влиянию разностей плотности морской воды и влиянию ветра. Влияние вращения Земли на оси и влияние берегов могут только видоизменять характер уже существующих течений, но сами по себе два последние обстоятельства никаких движений воды возбудить не могут.
Влияние разностей давления атмосферы никаких значительных течений возбудить не может. Остаются две следующие причины: разности плотностей морской воды и ветер.
Разности плотностей в океане всегда существуют, а следовательно, всегда стремятся привести частицы воды в движение. При этом разности плотностей действуют не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, возбуждая конвекционные течения.
Ветер, согласно современным взглядам, не только обуславливает возникновение поверхностных течений, но также служит причиной происхождения течений и на разных глубинах до самого дна. Таким образом, значение ветра, как возбудителя течений, в последнее время расширилось и стало более всеобщим.
Материал, которым располагает океанография, по распределению плотностей в разных местах и на разных глубинах в океанах еще очень мал и недостаточно точен; но на основании его уже можно сделать попытку определить численно (по способу Бьеркнеса) те скорости течений, какие разность плотностей может возбудить в поверхностных слоях океанов.
На основании меридионального разреза через Северное Экваториальное течение Атлантического океана было определено, что существующая между 10 и 20° с. ш. разность плотностей могла бы произвести течение со скоростью 5—6 морских миль в 24 часа. Между тем наблюдаемая в этом месте средняя суточная скорость Экваториального течения около 15—17 морских миль. Если вычислить скорость того же Экваториального течения, соответствующую только влиянию ветра (принимая скорость NE пассата в 6,5 м в секунду), то получится суточная скорость течения в 11 морских миль. Сложив эту величину с 5—6 морскими милями суточной скорости, обусловленной разностью плотности, получим наблюдаемые 16—17 морских миль в сутки.
Приведенный пример показывает, что ветер, по-видимому, оказывается более важной причиной возбуждения течений на «поверхности океана, нежели разность плотностей.
Подобный же пример для Балтийского моря еще более убедителен, он показывает, что даже и там, где на малых расстояниях разности плотностей очень велики, все-таки влияние ветра имеет большее значение для возникновения течений (см. стр. 273, течения Балтийского моря).
Наконец, самое существование смены муссонных течений, а также некоторое передвижение и изменение течений тропической полосы во всех океанах в зиму и лето того же полушария показывают еще раз большое значение ветров для существующей системы течений. Перемещение метеорологического экватора с временами года, конечно, сказывается на распределении температуры воды (см. главу о температуре), а следовательно, и на распределении плотности воды, но эти изменения очень невелики; изменения же в системе ветров, вызываемых перемещением метеорологического экватора, очень значительны.
Таким образом, из этих трех причин течений надо признать, что ветер представляет одну из важнейших. На это указывают многие обстоятельства; несомненно, что если бы ветер не существовал, то возникшие в океанах системы течений очень значительно отличались бы от существующих.
Тут будет уместно указать, что в океане существует много течений с водами совершенно различных плотностей, идущих рядом, и, несмотря на то, между ними, однако, вовсе не образуется обмена воды.
Наконец, все течения идут по ложу, образованному водами океана, всегда обладающими совершенно иными физическими свойствами, нежели воды самих течений; однако и при этих условиях течения продолжают существовать и двигаться, не смешивая немедленно своих вод с соседними. Конечно, такое смешение вод их происходит, но оно совершается очень медленно и в значительной мере обуславливается образованием водоворотов при движении одного слоя воды по другому.
Эта работа включает разъяснения к понятиям "циркуляция вод", "течения", схеме общей циркуляции океанов, освещает вопросы классификации течений, современные представления о горизонтальной и вертикальной структуре потоков течений; на основании некоторых результатов исследования по проблеме "Взаимодействие океана и атмосферы" рассматривает влияние океанских течений на климат. В работе приведён перечень основных поверхностных течений Мирового океана.
Течения - это горизонтально направленный поток воды, имеющий определенную скорость и направление.
Течения подразделяются по различным признакам: силам, вызывающим их образование, направлению движения, устойчивости, физическим свойствам.
1 Подразделение течений по силам их вызывающим
В зависимости от сил, возбуждающих течения, они объединяются в следующие группы: 1) фрикционные, 2) гравитационно-градиентные,
3) приливные, 4) инерционные.
1) Фрикционные течения делятся на дрейфовые и ветровые, которые формируются при участии сил трения.
Ветровые течения вызываются временными и непродолжительными ветрами, наклона уровня при этом не происходит.
Дрейфовые течения создаются постоянными или длительно дующими ветрами и приводят к наклону уровенной поверхности (Северное и Южное Экваториальное или Пассатные течения Атлантического и Тихого океанов, Южное Экваториальное течение Индийского океана). Муссонные течения северной части Индийского океана, Антарктическое круговое, Арктический дрейф также являются дрейфовыми.
Основа теории дрейфовых течений была разработана шведским ученым Экманом в 1903-1905 гг., географическими выводами которой являются:
Поверхностные течения отклоняются от направления ветра в северном полушарии на 45° вправо, а в южном - на 45° влево. Отклонение дрейфовых течений от направления ветра обусловлено силой Кориолиса, возникающей при вращении Земли вокруг своей оси.
С увеличением глубины изменяются скорость и направление течения. Вектор скорости с глубиной отклоняется всё более вправо от направления ветра в северном полушарии и всё более влево в южном полушарии. На некоторой глубине глубинный вектор противоположен поверхностному.
Глубина, на которой течение имеет направление противоположное поверхностному, называется глубиной трения. Скорость течения на этом горизонте составляет около 4 % от поверхностной скорости.
Практически, чисто дрейфовые течения прекращаются на глубине 100-200 м в низких широтах и на 50 м на широте 50°.
2) Гравитационно-градиентные течения в зависимости от причин, создающих наклон поверхности моря, подразделяются на:
а) сгонно-нагонные, обусловленные нагоном и сгоном вод под действием
б) бароградиентные, связанные с изменением атмосферного давления. Рост (падение) атмосферного давления на 1 мб приводит к понижению (повышению) уровня моря на 1,33 см. Бароградиентные течения направлены из области более высокого стояния уровня (пониженное давление) в область с низким положением уровня (повышенное атмосферное давление);
в) стоковые течения формируются в результате наклона поверхности моря, вызванного притоком речных вод с суши (Обь-Енисейское и Ленское течения в Карском море и море Лаптевых, течение в Каспийском море, связанное со стоком Волги), атмосферными осадками, испарением, притоком вод из др. района или их оттоком. Разновидностью стоковых течений являются сточные течения, вызванные притоком вод из др. района (Флоридское течение, дающее начало Гольфстриму). Дрейфовое Карибское течение нагоняет в Мексиканский залив большую массу воды, где уровень повышается. Избыточные воды через Флоридский пролив устремляются сточным течением в Атлантический океан;
г) градиентные течения, обусловленные горизонтальным градиентом плотности воды, называются плотностными. Плотность воды в океане, в общем, увеличивается от экватора к полюсам. Примерами локальных градиентных (плотностных) течений служат придонные течения в проливах морей бассейна Атлантического океана - Босфоре и Гибралтаре. Разность солености вод (и плотности) между Черным (средняя S=22 0 / 0 о) и Мраморным (38-38,5 0 / 0 о) морями создает плотностное течение в Босфоре из Мраморного моря в Черное. В придонных слоях Гибралтара плотностное течение направлено из Средиземного моря (S=38-38,5 0 / 00) в Атлантический океан (S=36-37,5 0 / 00);
д) компенсационные течения, восполняющие убыль воды вследствие оттока. В результате оттока вод из восточных районов океанов иод действием пассатов создается дефицит массы, который восполняется компенсационным экваториальным противотечением. К компенсационным относят также Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, отчасти Перуанское, поверхностные течения в проливах Босфор и Гибралтар, направленные соответственно в Мраморное и Средиземное моря.
3) Приливные течения, возникающие под воздействием приливообразующих сил Луны и Солнца. Они отличаются тем, что охватывают всю толщу воды. Изменение скорости от поверхности до дна происходит незначительно. Они характерны в узкостях (заливах, проливах) - скорость достигает до 5-10 м/с.
4) Инерционные течения - это остаточные потоки, наблюдающиеся после прекращения действия сил, вызвавших движение.
Зональные имеют направление близкое к широтному и перемещаются на восток или запад (Северные и Южные экваториальные течения Атлантического и Тихого океанов, Южное экваториальное течение Индийского океана, Арктический дрейф в Северном Ледовитом океане, Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское течения). Наиболее яркий пример зональных течений - Антарктическое круговое.
Меридиональные течения, связывающие зональные в единую систему. Они подразделяются на западные пограничные (Гольфстрим, Бразильское, Агульясово. Куросио, Восточно-Австралийское) - узкие и быстрые и восточные пограничные (Канарское, Бенгельское, Калифорнийское, Перуанское, ЗападноАвстралийское) - течения широкие и медленные.
3 По расположению выделяют противотечения в горизонтальной и вертикальной плоскости.
В горизонтальной плоскости - Межпассатные, Антило-Гвианское, Пассатные течения.
В вертикальной плоскости их называют подповерхностными (Перу- Чилийское, Калифорнийское, Кромвелла в Тихом океане, Ломоносова в Атлантическом океане, Тореева в Индийском океане, которое менее устойчиво из- за муссонных течений) или глубинными противотечениями (например, под Гольфстримом). Помимо них еще выделяют и придонные течения.
4 По времени действия (устойчивости) течения можно подразделить на постоянные, периодические и временные (случайные).
Постоянные течения отображены на карте - это большинство поверхностных течений, они сохраняют свои основные параметры (направление, скорость, расход).
Периодические или переменные течения связаны с изменением сил их формирующих. Муссонные течения северной части Индийского океана имеют западное направление в зимний период действия северо-восточного муссона и восточное - в летний сезон при действии юго-западного муссона. Периодическим является также связанное с муссонной циркуляцией Сомалийское течение, которое в период зимнего муссона направлено к югу, под действием летнего муссона оно изменяет направление и течет к северу, понижая при этом свою температуру. К переменным также относятся приливо-отливные течения, имеющие преобладающий суточный или полусуточный период.
Временные или случайные течения отражают изменчивость причин их вызывающих: кратковременные изменения ветра, уровня, плотности и др.
5 По характеру движения течения подразделяют на прямолинейные, криволинейные, циклонические и антициклонические.
6 По физико-химическим свойствам различают течения холодные, тёплые, опресненные, осолонённые и нейтральные.
Меридиональные течения, направленные от экватора к полюсам являются всегда теплыми, от субтропиков - всегда солёными и наоборот. Характер зональных течений определяется соотношением температуры или солёности вод течения и окружающих его вод. Если температура течения выше температуры окружающих вод, течения называют тёплым, если ниже - холодным. Аналогично определяются солёные и распреснённые течения. Нейтральные течения (например, пассатные в центральных частях океанов) несут воды, не отличающиеся от окружающих по температуре и солёности.
Влияние течений на климат. Прямое влияние течений, на климат проявляется чётко и хорошо изучено. Тёплые течения действуют смягчающе, несколько увеличивают продолжительность теплого сезона и годовое количество атмосферных осадков. Широко известно благоприятное влияние Гольфстрима и его продолжения Северного Атлантического течения на климат северо-западной Европы. Средняя температура января в Осло на 25-30° выше, чем на той же широте в Магадане. Безморозный период в Канаде - 60 дней, в Европе - 150-200 дней. Значительное влияние тёплое течение Куро-Сио оказывает на климатические условия побережья Тихого Океана, хотя оно слабее воздействия Гольфстрима и Северного Атлантического, поскольку проникает на север почти на 40° южнее. Кроме того, теплосодержание Куро-Сио существенно меньше указанных атлантических тёплых течений.
Холодные течения воздействуют на климат в сторону его похолодания, увеличения продолжительности холодного сезона и значительного уменьшения годового количества атмосферных осадков. На Канадском побережье, омываемом Лабрадорским течением между 55°и 70°с.ш. проходит годовая изотерма 0, -10°, на той же широте в Северной Европе изотерма 0, +10°. Эти свойства холодных течений оказывают решающее влияние на формирование пустынных областей
Земли (Канарское и пустыни северо-западной части Африки, Перуанское и пустыня Атакама и др.). Велико значение холодных течений Камчатского и Ойя- Сио на климат Курильской гряды и о.Хоккайдо. Их теплосодержание зависит от суровости зим в Беринговом и Охотском морях. Чем холоднее эти течения, тем прохладнее и пасмурнее лето, и соответственно, ниже урожайность риса в Японии.
Косвенное воздействие течений на климат проявляется через атмосферную циркуляцию и изучено недостаточно. Прежде всего, оно проявляется в том, что над тёплыми течениями формируются ложбины пониженного атмосферного давления, над холодными - отроги повышенного давления. Так, у побережья Северной Америки над Гольфстримом такая ложбина пониженного давления особенно выражена в зимнее время, поэтому господствующие здесь западные ветры усиливаются еще более, принося с материка охлажденные массы воздуха и создавая климатические условия более суровые, чем в северо-западной Европе, отепляемой тем же самым течением. Отроги высокого, давления над холодными течениями (Перуанское, Калифорнийское) определяют уменьшение сумм атмосферных осадков. Теплосодержание течений, расположение главных струй воздействует на развитие атмосферных процессов. Циклоны, проходя над акваториями с повышенной отдачей тепла в атмосферу, получают дополнительную энергию и возможность дальнейшего развития и перемещения. Циклоны, проходящие над сильно охлажденными акваториями, быстро растрачивают запасы тепла и прекращают существование.
Исследования влияния течений на климат через взаимодействие с атмосферой позволили установить следующие закономерности. Если теплосодержание Гольфстрима больше в его южной части, то погодноклиматические условия Европы не изменяются. Если же теплозапас Гольфстрима возрастает в его средней части, то зима в Европе будет холоднее обычного в результате обострения градиентов давления над ложбиной и увеличения повторяемости холодных западных, северо-западных и северных ветров. Потепление вод Гольфстрима вызывает похолодание побережья США в результате усиления муссонной циркуляции. При увеличении теплозапаса Гольфстрима в его северной части зимы в Европе будут теплее обычного, а в Гренландии - холоднее и тем более холодные, чем теплее Гольфстрим.
Наиболее яркий пример взаимодействия процессов, протекающих в океане и атмосфере - район холодного Перуанского течения и периодически возникающего тёплого течения Эль-Ниньо, открытого в 60-х годах. Этот мощный поток возникает один раз в 7-14 лет, когда обычный для этого района Тихого океана юго-восточный пассат ослабевает или даже отсутствует. В этом случае громадная масса теплой воды из западной части океана перемещается к западному побережью Америки и, приходя в столкновение с идущим на север Перуанским течением, отклоняет его в открытое море. Этот поток на продолжении межпассатного течения формирует тёплое течение Эль-Ниньо, появление которого приводит к серьезным нарушениям метеорологической обстановки, условий обитания рыб, птиц, животного мира на огромных пространствах экваториальной области Тихого океана, островах и побережьях. Такая обстановка сложилась зимой 1982 г., когда интенсивность Эль-Ниньо превысила все известные до сих пор случаи. Под воздействием Эль-Ниньо температура вод, омывающих Галапагосские острова, достигла +30°С, т.е. на 5° выше нормы, стадо морских львов ушло в более холодные воды, причем была отмечена большая смертность. На Галапагосских островах в январе 1983 г. выпало за 2 недели сумма атмосферных осадков, превышающая их количество за предшествующие 6 лет. Аридные в период действия холодного Перуанского течения земли теперь покрываются буйной растительностью, чрезвычайное оживление наблюдается среди птиц, пресмыкающихся, особенно гигантских черепах, размножаются бабочки, слепни, москиты. Выпадение ливневых дождей в северном Перу и на побережье привело к гибели миллионов птиц, населяющих "гуановые острова" и т.д. Серьезные последствия этого явления проявились и в экономике Перу - резко упал вылов анчоуса. Влияние Эль-Ниньо не ограничилось только островами и западным побережьем Южной Америки. По мере ослабления пассатов повышалось атмосферное давление над Австралией, Индонезией, где засуха привела к неурожаям и голоду. В то же время над восточной частью Тихого океана в районе Калифорнии, Гавайев углубление области низкого давления отразилось в усилении штормовой деятельности, были отмечены беспрецедентно высокие приливы.
Таким образом, изменчивость тепла, переносимого океанскими течениями, определяет крупномасштабные аномалии в атмосфере, а они, в свою очередь оказывают обратное воздействие на океан. Количественное изучение этих процессов, их пространственной и временной изменчивости - важнейшие факторы предсказания долговременных аномалий погоды и изменений климата.
Основные задачи работы
Лабораторная работа выполняется на контурной карте Мира любой картографической проекции. Для нанесения основных течений используются карты течений океанов для зимы и лета.
1 Практическая часть - нанести на карту основные поверхностные течения Мирового океана (тёплые течения - красным цветом, холодные - синим), указанные ниже.
Основные поверхностные течения Мирового океана
Южный океан
1. Антарктическое круговое (течение Западных ветров)35.
2. Прибрежное антарктическое (течение Восточных ветров)
Атлантический океан
3. Северное пассатное
4. Азорское
5. Флоридское
6. Португальское
7. Ангольское
8. Левонтийское
9. Североафриканское
10. Антильское
11. Гольфстрим
12. Северо-Атлантическое
13. Португальское
14. Канарское
15. Ирмингера
16. Западно-Гренландское
17. Баффинова
18. Лабрадорское
19. Южное пассатное
20. Гвианское
21. Карибское
22. Межпассатное противотечение
23. Гвинейское
24. Бразильское
25. Фолклендское
26. Бенгальское
Тихий океан
27. Северное пассатное
28. Новозеландское западное
29. Новозеландское восточное
30. Формозское
31. Минданао
32. Приморское
33. Цусимское
34. Куросио
35. Северо-Тихоокеанское
36. Калифорнийское
37. Камчатское
38. Ойясио
39. Аляскинское
40. Алеутское
41. Межпассатное противотечение
42. Течение Эль-Ниньо (периодическое)
43. Южное пассатное
44. Восточно-Австралийское
45. Западно-Новозеландское
46. Восточно-Новозеландское
47. Перуанское
Индийский океан
48. Южное пассатное
49. Мадагаскарское
50. Мозамбикское
51. Игольное
52. Межпассатное противотечение
53. Муссонное западное (зимнее)
54. Муссонное восточное (летнее)
55. Сомалийское (сменное по сезонам)
56. Западно-Австралийское
Северный Ледовитый океан
57. Норвежское
58. Нордкапское
59. Шпицбергенское
60. Восточно-Гренландское
61. Западное арктическое (Арктический дрейф)
В Мировом океане течения вызываются действием ветра на водную поверхность, действием силы тяжести и приливообразующих сил. Независимо от причины возникновения течение испытывает влияние внутреннего трения воды и отклоняющего действия вращения Земли. Первое замедляет течение и вызывает завихрения на границе слоев с разной плотностью, второе изменяет его направление, отклоняя вправо в северном и влево в южном полушариях.
По происхождению течения делятся на фрикционные
(главная причина - трение движущегося воздуха о поверхность воды), гравитационно-градиентные
(причина - стремление силы тяжести выровнять поверхность и ликвидировать неравномерное распределение плотности) и приливо-отливные
(причина - изменение уровня, обусловленное приливообразующими силами).
Во фрикционных течениях можно выделить ветровые, вызванные временными ветрами, и дрейфовые, вызванные ветрами постоянными (или господствующими). В циркуляции вод Мирового океана дрейфовые ветры имеют наибольшее значение.
Гравитационно-градиентные течения подразделяются на сточные (стоковые) и плотностные. Сточные течения возникают в случае устойчивого поднятия уровня воды, вызванного ее притоком и обилием осадков, или, наоборот, в случае опускания уровня, обусловленного оттоком воды и потерей ее на испарение. Примером сточного течения, связанного с повышением уровня в результате притока воды из соседнего моря (Карибского), может быть Флоридское течение, обеспечивающее сток из Мексиканского залива в Атлантический океан. Сточное течение, обусловленное повышением уровня в связи со стоком рек, наблюдается в морях Карском и Лаптевых. Сточное течение может вызывать ветер (сгоны и нагоны воды).
Плотностные течения - результат неодинаковой плотности воды на одной и той же глубине. Они возникают, например, в проливах, соединяющих моря с разной соленостью (Гибралтарский пролив, Босфор и др.). Различия в плотности воды могут быть вызваны неодинаковым давлением атмосферы на разные части Океана. Возникающие при этом плотностные течения получили название бароградиентных.
Приливо-отливные течения создаются горизонтальной составляющей приливообразующих сил. Эти течения захватывают всю толщу воды. Скорость приливных течений прямо пропорциональна высоте прилива. В проливах и заливах она зависит от их поперечного сечения. Если в открытом Океане скорость приливного течения всего около 1 км в час, то в узких проливах она достигает 22 км в час. С глубиной приливное течение очень медленно (медленнее всякого другого) теряет скорость. Период приливо-отливных течений зависит от периода прилива (полусуточный, суточный). Приливо-отливное течение сохраняет прямолинейное направление движения (туда и обратно) только в проливах. В открытом Океане приливное течение отклоняется от прямолинейного движения и принимает вращательный характер, совершая полный оборот (по часовой стрелке в северном полушарии и против нее - в южном полушарии) за 12 час. 25 мин. или за 24 часа 50 мин.
Так как причины возникновения течений могут действовать одновременно, течения нередко являются комплексными.
Течения могут существовать как инерционные
некоторое время после того, как действие вызвавшей его силы прекратилось.
В зависимости от расположения в толще океанской воды выделяются течения поверхностные, глубинные, придонные.
По продолжительности существования можно выделить течения постоянные, периодические и временные
(случайные). Принадлежность течений к той или иной группе определяется характером действия вызывающих их сил. Постоянные течения из года в год сохраняют направление и среднюю скорость. Их могут вызвать постоянные ветры (например, пассаты). Направление и скорость периодических течений изменяются периодически в соответствии с характером изменения вызвавших их причин (например, мусонные ветры, приливы). Временные течения вызываются случайными причинами, и в изменении их нет закономерности.
Течения могут быть теплыми, холодными и нейтральными.
Первые теплее, чем вода в том районе Океана, по которому они проходят; вторые, наоборот, холоднее окружающей их воды; третьи не отличаются по температуре от вод, среди которых протекают. Температура холодного Перуанского течения в районе о-вов Галапагос достигает 22°, но она на 5-6° ниже температуры поверхностных вод в районе экватора. Теплое течение, проникающее на некоторой глубине из Атлантического океана в Северный Ледовитый, имеет температуру всего 2° (и даже ниже), но над ним и под ним находится вода с температурой 0°.
Как правило, течения, направляющиеся от экватора, теплые; течения, идущие к экватору, холодные.
Холодные течения обычно менее соленые, чем теплые. Это объясняется тем, что они текут из областей с большим количеством осадков и меньшим испарением или из областей, где вода распреснена таянием льдов.
При взаимодействии теплых и холодных течений холодные течения, если они не являются менее солеными, погружаются под теплые. Однако сочетание солености и температуры может привести к тому, что холодная вода оказывается над теплой (например, в Северном Ледовитом океане).
Изучение дрейфовых течений
позволило вывести ряд закономерностей, которым эти течения подчиняются:
1) скорость дрейфового течения увеличивается с усилением вызвавшего его ветра и уменьшается с увеличением широты:
2) направление течения не совпадает с направлением ветра: оно отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном. При условии достаточной глубины и удаленности от берега величина отклонения теоретически равна 45°. Наблюдения показывают, что в реальных условиях величина отклонения на всех широтах несколько меньше 45°;
3) вследствие трения движение воды, вызванное ветром на поверхности, постепенно передается нижерасположенным слоям. Скорость течения при этом убывает в геометрической прогрессии, а направление течения (под влиянием вращения Земли) все более и более отклоняется и на некоторой глубине оказывается противоположным поверхностному (рис. 83). Скорость противотечения составляет 1/23 поверхностной скорости (4%). Глубину, на которой течение поворачивает на 180°, называют глубиной трения. На этой глубине влияние дрейфового течения практически заканчивается. Наблюдения показывают, что дрейфовые течения прекращаются на всех широтах на глубине около 200 м.
Передача течения вглубь требует времени. Для того чтобы течение распространилось до глубины трения, нужно около пяти месяцев.
На мелком месте отклонение течения от направления ветра уменьшается, и там, где глубина меньше 1/10 глубины трения, отклонения вообще не происходит.
Влияние рельефа дна сказывается на поверхностных течениях даже при сравнительно больших глубинах (до 500 м).
Сильно влияет на направление течения конфигурация берегов. Течение, направляющееся к берегу под углом, раздваивается, причем большая его ветвь идет в сторону тупого угла. Там, где к берегу подходят два течения, между ними за счет соединения их ветвей возникает сточно-компенсационное противотечение.
Общая схема поверхностных течений Мирового океана.
Так как основной причиной поверхностных течений являются постоянные (или господствующие) ветры в трех океанах - Атлантическом, Тихом и Индийском, - общий характер распределения течений одинаков (рис. 84).
По обеим сторонам экватора пассатные ветры вызывают северное и южное пассатные (экваториальные) течения, отклоняющиеся от направления ветра и двигающиеся с востока на запад. Встречая на своем пути восточный берег материка, пассатные течения раздваиваются. Ветви их, направляющиеся к экватору, встречаясь, образуют сточнокомпенсационное межпассатное противотечение, следующее на восток между пассатными течениями. Ветвь северного пассатного течения, отклонившаяся к северу, двигается вдоль восточных берегов материка, постепенно отходя от него под влиянием вращения Земли. К северу от 30° с. ш. это течение попадает под действие господствующих здесь западных ветров и двигается поперек Океана с запада на восток. У западных берегов материка (около 50° с. ш.) это течение делится на два течения, расходящиеся в противоположные стороны. Одно из них идет к экватору, компенсируя убыль воды, вызванную северным пассатным течением, и присоединяется к нему, замыкая субтропическое кольцо с антициклонической (по часовой стрелке к центру области) системой течений. Второе течение вдоль берегов материка следует на север. Одна часть его проникает в Северный Ледовитый океан, а другая присоединяется к течению из Северного Ледовитого океана, завершая еще одно, меньшее (и менее выраженное), чем субтропическое, кольцо с циклонической системой (против часовой стрелки от центра области) течений.
В южном полушарии так же, как и в северном, возникает субтропическое кольцо (антициклоническое) течений. Второго, меньшего (циклонического) кольца течений не образуется. На юге, там, где расположено сплошное водное пространство (Южный Ледовитый океан), существует мощное дрейфовое течение западных ветров, соединяющее воды трех океанов.
Поверхностные течения Атлантического океана.
В Атлантическом океане, как это показано на рисунке 84, существуют северное и южное пассатные течения и противотечения между ними. Южное пассатное течение расположено на экваторе, северное пассатное течение и противотечение сдвинуты к северу от него так же, как сдвинуты термический экватор, экваториальная зона пониженного давления и, следовательно, пассатные ветры над Океаном.
Северное пассатное течение начинается у Зеленого мыса, пересекает Океан и подходит к Антильским о-вам. Часть его заходит в Карибское море (Карибское течение) и оттуда проникает в Мексиканский залив. Часть воды проходит вдоль Антильских о-вов (Антильское течение) и сливается со сточным Флоридским течением, выходящим из Мексиканского залива.
От слияния Флоридского (более мощного) и Антильского (менее мощного) течений, образуется Гольфстрим, протягивающийся от мыса Гаттерас до Большой Ньюфаундлендской банки.
Гольфстрим представляет собой сравнительно узкую полосу (75-120 км) воды с большими скоростями движения (до 3-10 км/час), отделяющую теплые воды Саргассова моря от холодных вод, идущих с севера. На глубине 1350-1800 м течение очень слабое, а с глубины 2800 м наблюдается движение воды, противоположное поверхностному. Ствол течения состоит из ряда разнонаправленных струй (полос), завихрений, ответвлений. Характерны постоянная пульсация и образование извилин. Изменение скорости течения обнаруживает периодический характер и вызывается изменениями скорости пассатов и западных ветров. Чем интенсивнее пассатная циркуляция, тем меньше скорость Гольфстрима. В зависимости от интенсивности пассатов находится и температура течения. При усилении их температура воды сначала повышается. Это происходит через 3-6 месяцев после усиления северо-восточного пассата и через 6-9 месяцев после усиления юго-восточного пассата, в результате нагона теплой воды в Мексиканский залив. Через 9-11 месяцев после усиления северо-восточного пассата и через 10-12 после усиления юго-восточного пассата наблюдается снижение температуры. Вслед за теплой водой, перемещенной пассатами от берегов Африки, ветры гоняют поднявшуюся с глубины более холодную воду. Средняя годовая температура воды на поверхности Гольфстрима 25-26°, соленость - 36,2-36,4‰.
К юго-востоку от Большой Ньюфаундлендской банки (несколько севернее 40° с. ш. и около 40° з. д.) Гольфстрим заканчивается, распадаясь на ряд струй, направляющихся к югу и к юго-востоку и включающихся в общую антициклоническую циркуляцию вод в этой части Атлантического океана.
У восточный окраины Большой Ньюфаундлендской банки под влиянием западных ветров возникает Северо-Атлантическое течение, продолжающее Гольфстрим на северо-восток. Около 50° с. ш. течение делится на две ветви: северную и южную. Южная ветвь образует Португальское течение. Между Канарскими о-вами и мысом Зеленым воды этого течения сливаются с отличающимися от них по физическим свойствам (в связи с влиянием поднимающихся здесь холодных глубинных вод) водами Канарского течения. У мыса Зеленого Канарское течение вливается в северное пассатное, замыкая субтропическое кольцо течений в северной части Атлантического океана.
Северная (основная) ветвь Северо-Атлантического течения идет к берегам Европы и под названием Норвежского уходит в Северный -Ледовитый океан. Около 60-й параллели от Северо-Атлантического течения (под влиянием рельефа дна) на запад отходит течение Ирмингера. Большая часть его у м. Фарвел присоединяется к Восточно-Гренландскому, образуя вместе с ним Западно-Гренландское течение. Меньшая часть его, обогнув с запада и севера о. Исландию, вливается в Восточно-Исландское течение (ветвь Восточно-Гренландского).
Западно-Гренландское течение, следуя вдоль берега Гренландии, уходит в Баффинов залив. Некоторая часть его проникает в Северный Ледовитый океан. Остальная масса воды этого течения поворачивает на юг и, усиливаясь холодными водами, поступающими через проливы из Арктики, образует Лабрадорское течение. Последнее, встречаясь с Гольфстримом, делится на ряд струй. Западные струи, сливаясь с течением, выходящим из пролива Кабота, идут вдоль берега Северной Америки на юг. Между берегом материка и теплыми водами Гольфстрима всегда находится холодная вода. Температура Лабрадорского течения в январе 0°, в августе 12°. Холодные воды его постепенно уходят вглубь под теплые воды Гольфстрима. Лабрадорское течение приносит к Ньюфаундленской банке айсберги разнообразной формы, спускающиеся к югу до 41° с. ш. (в исключительных случаях южнее).
Южное пассатное течение, наиболее постоянное из всех течений Мирового океана, пересекает Атлантический океан, следуя вдоль экватора, и у берегов Южной Америки делится на Гвианское и Бразильское течения. Гвианское течение вместе с Северным экваториальным несет воду в Карибское море и в Мексиканский залив. Бразильское идет на юг и, отклоняясь к востоку около 40-й параллели, присоединяется к течению Западных ветров. Только небольшая ветвь Бразильского течения продолжает двигаться на юг вдоль берега материка, прижимаясь к нему.
Навстречу Бразильскому течению, проникая между двумя его ветвями (на расстоянии 30-50 км от берега), направляется холодное Фолклендское течение, поворачивающее (после соединения с Бразильским у 35° ю. ш.) на восток. У берегов Африки от течения Западных ветров к северу отходит Бенгельское течение. Им замыкается южное субтропическое кольцо течений в Атлантическом океане.
Экваториальное противотечение в Атлантическом океане на всем протяжении выражено летом, с декабря по март оно сохраняется только на востоке. Продолжение противотечения - Гвинейское течение, соединяющееся с Южным экваториальным течением.
Поверхностные течения в Тихом океане.
Северное пассатное течение наблюдается всегда севернее экватора (между 10 и 22° с. ш.). В западной части океана у Филиппинских о-вов оно делится на 3 неравные ветви: одна становится частью межпассатного противотечения, вторая уходит к Зондским о-вам, а третья, самая мощная, образует теплое течение Куросио (аналог Гольфстрима). Близ острова Кюсю от Куросио отходит западная ветвь, проникающая через Цусимский пролив в Японское море - Цусимское течение.
Куросио омывает восточные берега Японских о-вов и у о. Хонсю (около 40-й параллели) поворачивает на восток, переходя в поперечное Ceeepo-Tихоокеанское течение. Около берегов Северной Америки оно делится на Калифорнийское (более мощное) и Аляскинское (менее мощное) течения.
Северное субтропическое кольцо течений в Тихом океане составляют течения: Северное экваториальное - Куросио-Ceвepo-Tихоокеанское - Калифорнийское.
Аляскинское течение, следуя вдоль берегов Аляски и Алеутских о-вов, частично проникает в Берингово море и в Северный Ледовитый океан, частично поворачивает на юг и юго-восток, образуя небольшое кольцо.
Из Берингова моря вдоль берегов Камчатки и гряды Курильских островов двигаются к югу воды холодного Курило-Камчатского течения. Оно постепенно уходит вниз, превращаясь в глубинное течение.
Межпассатное противотечение в Тихом океане существует весь год, но летом в северном полушарии оно смещается к северу и расширяется. На востоке у берегов Америки противотечение делится на две противоположные ветви, вливающиеся в пассатное течение. Летом большая часть противотечения поворачивает на север.
Под поверхностным межпассатным течением в Тихом океане обнаружено противотечение Кромвелла. Оно находится на глубине более 100 м, мощность его достигает приблизительно 200 м, скорость - 1,5 м/сек. Оно проходит с запада на восток более 4,5 тыс. км и исчезает у о-вов Галапагос. Под течением Кромвелла вода снова движется на запад. Существование течений, аналогичных течению Кромвелла, предполагается и в других океанах.
Южное пассатное течение, более устойчивое и сильное, чем Северное, идет с востока на запад близ 23° ю. ш. Около Австралии и Новой Гвинеи оно делится на два течения.
Основная часть его вливается в противотечение, меньшая часть образует Восточно-Австралийское течение. Оно вызывает круговое движение воды на поверхности Тасманова моря, а затем присоединяется к течению Западных ветров. У берегов Южной Америки от течения Западных ветров на север, на соединение с Южным пассатным течением идет мощное Перуанское течение (Гумбольдта). Температура воды на 8-10° ниже температуры воздуха.
Поверхностные течения Индийского океана.
Размеры и положение Индийского океана объясняют некоторые отличия его поверхностных течений от течений Атлантического и Тихого океанов.
В северной части Индийского океана, разделенной п-овом Индостан, главное значение приобретают муссонные течения, изменяющие свое направление по сезонам. Постоянного Северного пассатного течения здесь нет, оно выражено только с ноября по март так же, как и межпассатное противотечение.
Южное пассатное течение существует постоянно, но по сравнению с аналогичными течениями двух других океанов оно в соответствии с положением пассатов смещено на 10° к югу.
В западной части океана от Южного пассатного течения ответвляется на юг сначала Мадагаскарское, затем Мозамбикское течение, но основная масса его вод поворачивает на север. Летом она образует Сомалийское течение, зимой дает начало межпассатному противотечению.
Летом, во время юго-западного муссона, в северной части Индийского океана вода движется в общем с запада на восток, зимой же, при северо-восточном муссоне, - с востока на запад. В этот период у берегов Сомали проходит течение, также называемое Сомалийским, но противоположное по направлению летнему Сомалийскому течению.
В южной части Индийского океана (южнее Мадагаскара) Мадагаскарское и Мозамбикское течения, сливаясь, образуют устойчивое Игольное течение, но большая часть воды идет на восток и присоединяется к течению Западных ветров. Игольное течение частично заходит в Атлантический океан, вливаясь в Бенгельское. Течения Западных ветров на юге и Западно-Австралийское на востоке завершают субтропическое кольцо течений в Индийском океане.
Течение Западных ветров, охватывающее южные части трех океанов,- величайшее течение Мирового океана. Ширина его в море Беллинсгаузена - 1300 км. Скорость невелика (на поверхности - 0,2-0,3 м/сек) и с глубиной уменьшается. Чтобы обойти Антарктиду, поверхностным водам нужно 16 лет, глубинным - более 100 лет.
Течения Северного Ледовитого океана.
Распределение течений в Северном Ледовитом океане по сравнению с другими океанами отличается большим своеобразием, хотя и зависит также от господствующих ветров.
Сильные ветры, дующие с востока на запад, вдоль северных берегов материка Евразии, и с севера на юг, вдоль восточных берегов Гренландии, вызывают дрейф льдов и поверхностных вод в общем в сторону Атлантического океана. При этом возникает несколько связанных между собой циркуляций: одна в котловине Бофорта - антициклоническая, две в котловине Нансена - антициклоническая (к северу от Гренландии) и циклоническая (к северо-востоку от Новой Земли). Две последние циркуляции способствуют возникновению Восточно-Гренландского течения, выносящего большое количество воды и льдов в Атлантический океан.
Норвежское течение приносит теплую атлантическую воду (145 000 км3/год). У мыса Нордкап оно делится на Нордкапское (35 000 км3/год), уходящее на восток вдоль берега материка, и Шпицбергенское (78000 км3/год), следующее на север и постепенно погружающееся (вследствие сравнительно большой солености) до глубины 100-900 м. Теплая вода этого течения, прижимаясь к материковому склону, двигается на восток и создает промежуточный слой сравнительно теплой (до 2,0-2,5°) воды мощностью до 600 м.
Тихоокеанская вода, проникая через Берингов пролив (44 000 км3/год), самостоятельного течения в Северном Ледовитом океане не образует.
Течения в морях, заливах и проливах.
Течения в морях вызываются теми же причинами, что и в океанах, но ограниченность размеров и меньшие глубины определяют масштаб явления, а местные условия придают им своеобразные черты. Для многих морей (Черное, Средиземное и др.) характерно круговое течение, обусловленное отклоняющей силой вращения Земли. В некоторых морях очень хорошо выражены приливо-отливные течения (например, Белое море). Течения в ряде морей (например, в Северном, Карибском) являются ответвлением океанских течений.
По характеру течений проливы можно подразделить (следуя H.Н. Зубову) на проточные и обменные. В проточных проливах течение, как и в реке, направлено в одну сторону (Флоридский пролив). В обменных проливах вода перемещается в двух противоположных направлениях, причем разнонаправленные потоки воды могут находиться один над другим (вертикальный водообмен) или рядом друг с другом (горизонтальный водообмен). Примерами проливов с вертикальным обменом могут быть Босфор и Гибралтарский, с горизонтальным обменом - Лаперузов и Девисов. В нешироких и мелких проливах направление течения может изменяться на противоположное в зависимости от направления ветра (Керченский пролив).
Общая циркуляция Мирового океана. Поверхностные течения - часть сложной и еще очень мало изученной общей циркуляции вод Мирового океана.
Основные причины, обусловливающие перемещение воды,-движение и давление атмосферы, различия в распределении температуры и солености - действуют прежде всего на поверхность Океана. Движение поверхностных вод, вызванное ветром, в общем имеет широтное направление с резкими отклонениями в ту и другую сторону. Под влиянием тепла вода на поверхности Океана перемещается в сторону холода (холодная вода уплотняется и опускается, теплая - расширяется и поднимается), т. е. от экватора к полюсам. В экваториальной области господствует восходящее движение вод, в полярных, наоборот, нисходящее. При термической циркуляции в придонных слоях должно существовать общее перемещение воды от полюсов к экватору.
В областях повышенной солености вода стремится опуститься, в областях пониженной солености, наоборот, подняться (влияние плотности). Соответственно этому возникает горизонтальное перемещение воды в ту или иную сторону.
Существование систем поверхностных течений с общим направлением движения к центру или от центра системы приводит к тому, что в первом случае возникает нисходящее движение воды, во втором - восходящее. Примером таких областей в Океане могут быть субтропические кольцевые системы течений.
Опускание и подъем вод вызывается также нагоном и сгоном «оды на поверхности (например, в области действия пассатов).
Зоны сближения течений (зоны конвергенции) представляют собой области опускания воды, зоны расхождения течений (зоны дивергенции) - области их поднятия.
Так как разные причины, обусловливающие перемещение океанских вод, или совпадают, или оказываются противонаправленными, общая циркуляция их очень усложняется. За основу может быть принята схема термической циркуляции. Если в полярных и умеренных широтах резко преобладает опускание воды, то экваториальная область характеризуется ее поднятием. На поверхности Океана преобладает движение вод от экватора, на глубине - к экватору. Существование течений во всей толще воды, в том числе и в придонных ее слоях, не вызывает в настоящее время сомнений.
Значение океанских течений
велико и разнообразно. Хорошо известно большое влияние течений на климат.
Благодаря непрерывному перемещению воды осуществляется постоянный перенос He только тепла и холода, но и питательных веществ, необходимых организмам.
В зонах сходимости течений и опускания воды глубинные слои обогащаются кислородом, в зонах расходимости течений и поднятия воды биогенные вещества (соли фосфора и азота) выносятся с глубин на поверхность. Эти процессы очень важны для развития жизни в Океане.
Течения определяют распространение планктона в открытом Океане и в морях, переносят личинки и мальков рыб из мест нереста в места обитания. Примером могут быть личинки европейского угря, выводящиеся в Саргассовом море и перемещающиеся в пассивном дрейфе (занимающем два-три года) к берегам Европы. При помощи течений перемещаются икра, личинки и мальки трески и сельди; так, например, личинки и мальки трески, появляющиеся у Ньюфаундленда и Лофотенских о-вов, переносятся течением в Норвежское и Баренцево моря.
Поступление теплых и соленых атлантических вод в Северный Ледовитый океан играет большую роль в жизни его морей и имеет значение для рыбных промыслов. Обнаружено, что изменения температуры, количества и содержания солей в атлантических водах испытывают колебания приблизительно с четырехлетним периодом, что заметно отражается на сельдяном промысле.
Изменение направления течений у дальневосточных берегов (отход струй теплого течения) привело к прекращению улова дальневосточной сардины - иваси.
Течения играли огромную роль в эпоху парусного флота и теперь имеют большое значение. Составляют карты течений, описания и таблицы для мореплавателей.
