Причини морських течій. Теплі та холодні течії

Морськими (океанічними) або просто течіями називають поступальні рухи водних мас в океанах і морях на відстані, що вимірюються сотнями та тисячами кілометрів, обумовлені різними силами (гравітаційними, тертями, припливоутворюючими).

В океанологічній науковій літературі є кілька класифікацій морських течій. За однією з них течії можуть бути класифіковані за такими ознаками (рис. 1.1):

1. під силу, їх зухвалим, т. е. з походження (генетична класифікація);

2. за стійкістю (мінливістю);

3. по глибині розташування;

4. характером руху;

5. за фізико-хімічними властивостями.

Основною є генетична класифікація, у якій виділяють три групи течій.

1. У першій групі генетичної класифікації - градієнтні течії, зумовлені горизонтальними градієнтами гідростатичного тиску. Розрізняють такі градієнтні течії:

· щільнісні, обумовлені горизонтальним градієнтом густини (нерівномірним розподілом температури та солоності води, а, отже, і густини по горизонталі);

· Компенсаційні, обумовлені нахилом рівня моря, що виникли під дією вітру;

· Барорадіентні, зумовлені нерівномірністю атмосферного тиску над рівнем моря;

· Стокові, що утворюються внаслідок надлишку вод у будь-якому районі моря, в результаті припливу річкових вод, рясного випадання опадів або танення льодів;

· Сейшові, що виникають при сейшевих коливаннях моря (коливаннях води всього басейну в цілому).

Течії, що існують при рівновазі горизонтального градієнта гідростатичного тиску та сили Коріоліса, називаються геострофічними.

До другої групи градієнтної класифікації відносяться течії, зумовлені дією вітру. Їх поділяють на:

· Дрейфові створюються тривалими, або панівними вітрами. До них відносяться пасатні течії всіх океанів і циркумполярна течія в південній півкулі (течія Західних Вітрів);

· Вітрові, зумовлені не тільки дією напряму вітру, а також нахилом рівненої поверхні та перерозподілом щільності води, викликаних вітром.

До третьої групи градієнтів класифікації відносяться припливні течії, спричинені припливними явищами. Ці течії найбільш помітні біля берегів, на мілководдях, у гирлах річок. Вони є найсильнішими.

Як правило, в океанах та морях спостерігаються сумарні течії, зумовлені сукупною дією кількох сил. Течії, що існують після припинення дії сил, що спричинили рух води, називаються інерційними. Під дією сил тертя інерційні течії поступово згасають.

2. За характером стійкості, мінливості виділяють течії періодичні та неперіодичні (стійкі та нестійкі). Течії, зміни яких відбуваються з певним періодом, називаються періодичними. До них відносяться приливні течії, що змінюються в основному з періодом, рівним приблизно половині доби (напівдобові припливні течії) або діб (добові припливні течії).

Мал. 1.1. Класифікація течій Світового океану

Течії, зміни яких не мають чіткого періодичного характеру, прийнято називати неперіодичними. Своїм походженням вони завдячують випадковим, несподіваним причин (наприклад проходження циклону над морем викликає неперіодичні вітрові і барорадіентні течії).

Постійних течій у точному значенні слова в океанах і морях немає. Щодо мало мінливі течії за напрямом і швидкістю за сезон - це мусонні, за рік - пасатні. Течія, яка не змінюється в часі, називають тим, хто встановився, який змінюється в часі - невстановленими.

3. По глибині розташування виділяють поверхневі, глибинні та придонні течії. Поверхневі течії спостерігаються в так званому навігаційному шарі (від поверхні до 10 - 15 м), придонні - біля дна, а глибинні - між поверхневою та придонною течіями. Швидкість руху поверхневих течій найбільш висока у верхньому шарі. Глибше вона знижується. Глибинні води рухаються значно повільніше, а швидкість руху придонних вод 3 - 5 см/с. Швидкості течій неоднакові у різних районах океану.

4. За характером руху виділяють меандруючі, прямолінійні, циклонічні та антициклонічні течії. Меандрують називають течії, які рухаються не прямолінійно, а утворюють горизонтальні хвилеподібні вигини - меандри. Внаслідок нестійкості потоку меандри можуть відокремлюватися від течії та утворювати самостійно існуючі вихори. Прямолінійні течії характеризуються переміщенням води відносно прямим лініям. Кругові течії утворюють замкнуті кола. Якщо рух в них спрямований проти годинникової стрілки, то це циклонічні течії, а якщо за годинниковою стрілкою - то антициклонічні (для північної півкулі).

5. За характером фізико-хімічних властивостей розрізняють теплі, холодні, нейтральні, солоні та розпресовані течії (підрозділ течій за цими властивостями певною мірою умовно). Для оцінки зазначеної характеристики перебігу проводиться зіставлення його температури (солоності) з температурою (солоністю) вод, що оточують його. Так, теплим (холодним) називається течія температура води в якому вище (нижче) температури навколишніх вод. Наприклад, глибинна течія атлантичного походження в Північному Льодовитому океані має температуру близько 2 °C, але відноситься до теплих течій, а Перуанська течія біля західних берегів Південної Америки, що має температуру води близько 22 °C, відноситься до холодних течій.

Основні характеристики морської течії: швидкість та напрямок. Останнє визначається зворотним способом порівняно зі способом напряму вітру, тобто у разі течії вказується, куди тече вода, тоді як у випадку вітру вказується, звідки він дме. Вертикальні рухи мас води щодо морських течій зазвичай враховуються, т. до. вони великі.

У світовому океані існує єдина, взаємозалежна система основних стійких течій (рис. 1.2.), що обумовлює перенесення та взаємодію вод. Цю систему називають океанічною циркуляцією.

Основною силою, яка приводить в рух поверхневі води океану, є вітер. Тому поверхневі течії слід розглядати з переважаючими вітрами.

У межах південної периферії океанічних антициклонів північної півкулі та північної периферії антициклонів південної півкулі (центри антициклонів розташовуються на 30 - 35° північної та південної широти) діє система пасатних вітрів, під впливом яких утворюються стійкі потужні поверхневі течії, спрямовані на захід (Север течії). Зустрічаючи своєму шляху східні береги материків, ці течії створюють підвищення рівня життя і повертають у високі широти (Гвіанське, Бразильське та інших.). У помірних широтах (близько 40°) переважають західні вітри, що посилює течії, що йдуть на схід (Північно-Атлантичне, Північно-Тихоокеанське та ін.). У східних частинах океанів між 40 і 20 ° північної та південної широти течії спрямовані до екватора (Канарське, Каліфорнійське, Бенгельське, Перуанське та ін).

Таким чином, на північ і на південь від екватора в океанах утворюються стійкі системи циркуляції вод, що є гігантськими антициклонічними круговоротами. Так, в атлантичному океані північний антициклонічний кругообіг простягається з півдня на північ від 5 до 50 ° північної широти і від сходу на захід від 8 до 80 ° західної довготи. Центр цього кругообігу зрушено щодо центру азорського антициклону на захід, що пояснюють збільшенням сили Коріоліса з широтою. Це призводить до інтенсифікації течій у західних частинах океанів, що створює умови для формування таких потужних течій, як Гольфстрім в Атлантичному та Куросіо в Тихому океані.

Своєрідним поділом між Північною і Південною пасатними течіями є Міжпасатна протитеча, що несе свої води на схід.

У північній частині Індійського океану глибоко видатний південь півострів Індостан і великий Азіатський материк створюють сприятливі умови у розвиток мусонної циркуляції. У листопаді – березні тут спостерігається північно-східний мусон, а у травні – вересні – південно-західний. У зв'язку з цим течії на північ від 8° південної широти мають сезонний хід, слідуючи сезонному ходу атмосферної циркуляції. Взимку на екваторі та на північ від нього спостерігається західна мусонна течія, тобто в цей сезон напрямок поверхневих течій у північній частині Індійського океану відповідає напрямку течій в інших океанах. У цей час у зоні, поділяючої мусонні і пасатні вітри (3 - 8° південної широти), розвивається поверхневе екваторіальне протитечію. Влітку західна мусонна течія змінюється східною, а екваторіальна протитечія - слабкими та нестійкими течіями.

Мал. 1.2.

У помірних широтах (45 - 65 °) у північній частині Атлантичного та Тихого океанів має місце циркуляція проти годинникової стрілки. Однак унаслідок нестійкості атмосферної циркуляції у цих широтах течії також характеризуються малою стійкістю. У смузі 40 - 50 ° південної широти знаходиться спрямована на схід Атлантична циркумполярна течія, звана також течією Західних Вітрів.

Біля узбережжя Антарктиди течії мають переважно західний напрямок та утворюють вузьку смугу прибережної циркуляції вздовж берегів материка.

Північно-Атлантична течія проникає в басейн Північного Льодовитого океану у вигляді гілок Норвезької, Нордкапської та Шпіцбергенської течій. У Північному Льодовитому океані поверхневі течії спрямовані від берегів Азії через полюс до східних берегів Гренландії. Такий характер течій викликаний переважанням східних вітрів та компенсацією припливу у глибинних шарах атлантичних вод.

В океані виділяються зони дивергенції та конвергенції, що характеризуються розбіжністю та сходженням поверхневих струменів течій. У першому випадку має місце підйом вод, у другому - їхнє опускання. З зазначених зон чіткіше виділяються зони конвергенції (наприклад, антарктична конвергенція на 50 - 60 ° південної широти).

Розглянемо особливості циркуляції вод окремих океанів та характеристики основних течій Світового океану (табл.).

У північній та південній частинах Атлантичного океану в поверхневому шарі існують замкнуті круговороти течій із центрами поблизу 30° північної та південної широти. (Про кругообіг у північній частині океану буде говорити в наступному розділі).

Основні течії Світового океану

У південній частині океану тепла Бразильська течія здійснює перенесення води (швидкістю до 0,5 м/с) далеко на південь, а Бенгельська течія, що відповіла від потужної течії Західних Вітрів, замикає основний кругообіг у південній частині Атлантичного океану і приносить до берегів Африки холодні води.

Холодні води Фолклендської течії проникають в Атлантику, огинаючи мис Горн і вливаючись між берегом та Бразильською течією.

Особливістю в циркуляції вод поверхневого шару Атлантичного океану є наявність підповерхневої екваторіальної протитечії Ломоносова, що рухається вздовж екватора із заходу на схід під порівняно тонким шаром Південної пасатної течії (глибина від 50 до 300 м) зі швидкістю до 1 - 1,5 м. Течія стійка за напрямком і існує у всі сезони року.

Географічне положення, кліматичні особливості, системи циркуляції вод та гарний водообмін із антарктичними водами обумовлює гідрологічні умови Індійського океану.

У північній частині Індійського океану, на відміну від інших океанів, мусонна циркуляція атмосфери викликає сезонну зміну поверхневих течій на північ від 8° південної широти. У зимовий період спостерігається Західна Мусонна течія зі швидкістю 1 - 1,5 м/с. Цього сезону розвивається (у зоні розділу Мусонної та Південної пасатної течії) Екваторіальна протитечія зникає.

Порівняно з іншими океанами в Індійському океані зона панівних південно-східних вітрів, під впливом яких виникає Південна пасатна течія, зміщена на південь, тому ця течія рухається зі сходу на захід (швидкість 0,5 - 0,8 м/с) між 10 та 20° південної широти. Біля берегів Мадагаскару Південна пасатна течія розділяється. Одна з його гілок йде на північ вздовж берегів Африки до екватора, де вона повертає на схід і в зимовий період дає початок Екваторіальній протитечії. Влітку північна гілка Південної пасатної течії, рухаючись вздовж берегів Африки, дає початок Сомалі. Інша гілка Південної пасатної течії біля берегів Африки повертає на південь і під назвою Мозамбікської течії рухається вздовж берегів Африки на південний захід, де його відгалуження дає початок Ігольному мису. Більшість Мозамбікського течії повертає Схід і приєднується до течії Західних Вітрів, від якого біля берегів Австралії відгалужується Західно-Австралійська течія, що замикає кругообіг південної частини Індійського океану.

Незначний приплив арктичних та надходження антарктичних холодних вод, географічне положення та система течій зумовлюють особливості гідрологічного режиму Тихого океану.

Характерною особливістю загальної схеми поверхневих течій Тихого океану є наявність у північній та південній його частинах великих кругообігів води.

У пасатних зонах під впливом постійних вітрів виникають Південне та Північне пасатне течії, що йдуть зі сходу на захід. Між ними із заходу на схід переміщається Екваторіальна (Міжпасатна) протитечі зі швидкостями 0,5 - 1 м/с.

Північна пасатна течія у Філіппінських островів поділяється на кілька гілок. Одна з них повертає на південь, потім на схід і дає початок Екваторіальній (Міжпасатній) протитечії. Головна гілка йде на північ вздовж острова Тайвань (Тайванська течія), далі повертає на північний схід і під назвою Куросіо проходить вздовж східних берегів Японії (швидкість до 1 - 1,5 м/с) до мису Нодзіма (острів Хонсю). Далі воно відхиляється на схід і перетинає океан як Північно-Тихоокеанську течію. Характерною особливістю течії Куросіо, як і Гольфстріму, є меандрування та усунення його осі то на південь, то на північ. Біля берегів Північної Америки Північно-Тихоокеанська течія роздвоюється на Каліфорнійську, спрямовану на південь і замикає основний циклонічний кругообіг північної частини Тихого океану, і Аляскінське течії, що йде на північ.

Холодна Камчатська течія зароджується в Беринговому морі і тече вздовж берегів Камчатки, Курильських островів (Курильська течія), берегів Японії, віджимаючи на схід протягом Куросіо.

Південна пасатна течія просувається на захід (швидкість 0,5 - 0,8 м/с) з численними відгалуженнями. Біля берегів Нової Гвінеї частина потоку повертає на північ, а потім на схід і разом із південною гілкою Північної пасатної течії дає початок Екваторіальній (Міжпасатній) протитечії. Більша частина Південної пасатної течії відхиляється, утворюючи Східно-Австралійську течію, яка потім вливається в потужну течію Західних Вітрів, від якої біля берегів Південної Америки відгалужується холодна Перуанська течія, що замикає кругообіг у Південній половині Тихого океану.

У літній період південної півкулі назустріч Перуанському течії від Екваторіальної протитечі просувається на південь до 1 - 2 ° південної широти тепла течія Ель-Ніньо, що проникає в окремі роки до 14 - 15 ° південної широти. Таке вторгнення теплих вод Ель-Ніньо у південні райони берегів Перу призводить до катастрофічних наслідків внаслідок підвищення температури води та повітря (сильні зливи, загибель риби, епідемії).

Характерною особливістю у розподілі течій поверхневого шару океану є наявність Екваторіальної підповерхневої протитечі – течії Кромвелла. Воно перетинає океан уздовж екватора із заходу Схід на глибині від 30 до 300м зі швидкістю до 1,5 м/с. Течія охоплює смугу шириною від 2 ° північної широти до 2 ° південної широти.

Найбільш характерною особливістю Північного Льодовитого океану є те, що протягом цілого року його поверхня покрита плавучими льодами. Низька температура та солоність вод сприяють утворенню льоду. Прибережні води лише влітку, протягом двох - чотирьох місяців, вільні від льоду. У центральній частині Арктики переважно спостерігаються важкі багаторічні льоди (паковий лід) завтовшки понад 2 - 3 м, покриті численними торосами. Крім багаторічних зустрічаються однорічні та дворічні льоди. Уздовж арктичних берегів узимку утворюється досить широка (десятки та сотні метрів) смуга припаю. Відсутні криги тільки в районі теплих Норвезької, Нордкапської та Шпіцбергенської течій.

Під впливом вітрів і течій лід у Північному Льодовитому океані перебуває у постійному русі.

На поверхні Північного Льодовитого океану спостерігаються добре виражені області циклонічного та антициклонічного круговороту вод.

Під впливом полярного баричного максимуму в притихоокеанській частині Арктичного басейну та улоговини ісландського мінімуму виникає генеральна трансарктична течія. Воно здійснює загальне переміщення вод зі Сходу на захід по всій полярній акваторії. Трансарктична течія бере свій початок від Берінгової протоки і йде до протоки Фрама (між Гренландією та Шпіцбергеном). Продовженням його є Східно-Гренландська течія. Між Аляською та Канадою спостерігається великий антициклонічний кругообіг вод. Холодна Бафінова течія формується головним чином за рахунок винесення арктичних вод через протоки Канадського Арктичного архіпелагу. Продовженням його служить Лабрадорська течія.

Середня швидкість переміщення вод близько 15 – 20 см/с.

Циклонічний, дуже інтенсивний кругообіг виникає в Норвезькому та Гренландському морях у приатлантичній частині Північного Льодовитого океану.

Як свідчать спостереження, верстви Світового океану переміщаються як величезних потоків шириною десятки і сотні кілометрів і завдовжки тисячі кілометрів. Ці потоки називаються течіями. Вони рухаються із швидкістю порядку 1-3 км/година,іноді до 9 км/година.

Течії викликаються дією вітру на водну поверхню дією сили тяжкості та припливоутворюючої сили. Течія зазнає впливу внутрішнього тертя води і сили Коріоліса. Перше уповільнює перебіг і викликає завихрення на межі шарів із різною щільністю, друге змінює його напрямок.

Класифікація течій. За походженням течії діляться на фрикційні, гравітаційно-градієнтніі припливно-відливні.У фрикційних течіях виділяються дрейфові,викликані постійними чи панівними вітрами; вони мають найбільше значення у циркуляції вод Світового океану.

Гравітаційно-градієнтні течії поділяються на стічні(стічні) та щільнісні.Стокові виникають у разі стійкого підняття рівня води, викликаного її припливом (наприклад, приплив волзької води в Каспійське море) і великою кількістю опадів, або у разі опускання рівня, зумовленого відпливом води та втратою її на випаровування (наприклад, у Червоному морі). Щільні течії - результат неоднакової щільності води на одній і тій же глибині. Вони виникають, наприклад, у протоках, що з'єднують моря з різною солоністю (наприклад, між Середземним морем і Атлантичним океаном).

Припливно-відливні течії створюються горизонтальною складовою припливоутворюючої сили.

Залежно від розташування в товщі води виділяються течії поверхневі, глибинніі придонні.

За тривалістю існування можна виділити течії постійні, періодичніі тимчасові.Постійні течії рік у рік зберігають напрямок і швидкість течії. Їх можуть викликати постійні вітри, наприклад, пасати. Напрямок і швидкість періодичних течій змінюються відповідно до зміни причин, що їх викликали, наприклад мусонів, припливів. Тимчасові течії викликаються випадковими причинами.

Течії можуть бути теплими, холоднимиі нейтральними.Перші тепліше, ніж вода у тому районі океану, яким вони проходять; другі холодніше за навколишню воду. Як правило, течії, що прямують від екватора, теплі, а течії, що йдуть до екватора, холодні. Холодні течії зазвичай менш солоні, ніж теплі. Це пояснюється тим, що вони течуть з областей з великою кількістю опадів та меншим випаром або з областей, де вода розпресована таненням льодів.

Закономірності поширення поверхневих течій. p align="justify"> Картина поверхневих течій Світового океану була встановлена ​​в основних рисах до XX віці. Визначення напрямку та швидкості течії проводилося головним чином зі спостережень за рухом природних і штучних поплавців (плавника, пляшок, дрейфу кораблів та крижин та ін.) та по різниці у визначенні місця корабля способом числення шляху та способом спостереження за небесними світилами. Сучасне завдання океанології полягає у детальному вивченні течій у всій товщі океанічної води. Це виробляється різними інструментальними способами, зокрема радіолокаційними. Сутність останнього полягає в тому, що спускають у воду відбивач радіохвиль, і, фіксуючи на радіолокаторі його пересування, визначають

напрямок і швидкість течії.

Вивчення дрейфових течій дозволило вивести такі їх закономірності:

1) швидкість дрейфової течії збільшується з посиленням вітру, що викликав його, і зменшується зі збільшенням широти за формулою

де А- вітровий коефіцієнт, що дорівнює 0,013, W - Швидкість вітру, φ - широта місця;

2) напрямок течії не збігається з напрямом вітру: він підкоряється силі Коріоліса. За умови достатньої глибини та віддаленості від берега величина відхилення теоретично дорівнює 45 °, але практично вона дещо менша.

3) напрям течії сильно впливає зміна берегів. Течія, що прямує до берега під кутом, роздвоюється, причому велика його гілка йде у бік тупого кута. Там, де до берега підходять дві течії, між ними за рахунок з'єднання їх гілок виникає стічно-компенсаційна протитечія.

Розподіл поверхневих течій Світового океану можна як наступної принципової схеми (рис. 42).

По обидва боки екватора пасатні вітри викликають північну і південну пасатні течії, що відхиляються від напряму вітру під впливом сили Коріоліса і рухаються зі сходу на захід. Зустрічаючи своєму шляху східний берег материка, пасатні течії роздвоюються. Гілки їх, що прямують до екватора, зустрічаючись, утворюють стічно-компенсаційні протитечі, що йдуть на схід між пасатними течіями. Гілка північної пасатної течії, що відхилилася на північ, рухається вздовж східних берегів материка, поступово відходячи від нього під впливом сили Коріоліса. На північ від 30 ° пн. ш. ця течія підпадає під дію панівних тут західних вітрів і рухається із заходу на схід. У західних берегів материка (близько 50° пн. ш.) ця течія ділиться на дві гілки, що розходяться в протилежні сторони. Одна гілка йде до екватора, компенсуючи спад води, викликану північним пасатним течією, і приєднується до нього, замикаючи субтропічне кільце течій. Друга гілка йде на північ вздовж берегів материка. Одна частина її проникає в Північний Льодовитий океан, інша приєднується до течії з Північного Льодовитого океану, завершуючи ще одне кільце течій. У південній півкулі так само, як і в північній, виникає субтропічне кільце течій. Другого кільця течій не утворюється, а замість нього існує потужна дрейфова течія західних вітрів, що з'єднує води трьох океанів.

Справжній розподіл поверхневих течій у кожному океані відхиляється від принципової схеми, оскільки напрям течій впливають обриси материків (рис. 43).

Розповсюдження океанічних течій у глибину. Рух води, викликаний вітром на поверхні, поступово передається нижчерозташованим шарам внаслідок тертя. Швидкість течії при цьому зменшується в геометричній прогресії, а напрямок течії під впливом сили Коріоліса дедалі більше відхиляється від початкового і на певній глибині виявляється протилежним до поверхневого (рис. 44). Глибину, на якій течія повертає на 180°, називають глибиною тертя. На цій глибині вплив дрейфової течії практично закінчується. Ця глибина дорівнює близько 200 м.Однак дія сили Коріоліса, що змінює напрямок течії, призводить до того, що на деякій глибині струменя води або наздоганяються до берегів або відганяються від них, і тоді у берегів виникає кут поверхні рівних тисків, що приводить всю товщу води в рух. Цей рух поширюється далеко від берега. У зв'язку з різними умовами нагрівання поверхні океану різних широтах існує конвекція океанічної води. В екваторіальній області панує висхідний рух щодо теплішої води, в полярних областях низхідний рух щодо більш холодної води. Це повинно призвести до переміщення води в поверхневих шарах від екватора до полюсів, а в шарах придонних від полюсів до екватора.

В областях підвищеної солоності вода прагне опуститись, в областях зниженої солоності, навпаки, піднятися. Опускання і підйом води викликаються нагоном і згоном води на поверхні (наприклад, в області дії пасатів).

У глибоководних океанічних улоговинах температура води підвищується на кілька десятих градусів під дією внутрішнього тепла Землі. Це призводить до виникнення вертикальних струмів води. На дні материкових схилів спостерігаються потужні течії зі швидкістю до 30 м/сек,викликані землетрусами та іншими причинами. Вони несуть велику кількість зважених частинок і називаються мут'євими потоками.

Існування систем поверхневих течій із загальним напрямом руху до центру або від центру системи призводить до того, що в першому випадку виникає низхідний рух води, у другому - висхідний. Прикладом таких областей можуть бути кільцеві субтропічні системи течій.

Дуже малі зміни солоності з глибиною та сталістю сольового складу на великих глибинах свідчать про перемішування всієї товщі вод Світового океану. Проте точна картина

поширення глибинних і придонних течій поки що не встановлено. Завдяки безперервному перемішування води здійснюється постійне перенесення не тільки тепла та холоду, але й поживних речовин, необхідних організмам. У зонах опускання води глибинні шари збагачуються киснем, у зонах підняття води біогенні речовини (солі фосфору та азоту) виносяться з глибин на поверхню.

Течії в морях та протоках. Течії у морях викликаються тими самими причинами, як у океанах, але обмеженість розмірів і менші глибини визначають масштаб явища, а місцеві умови надають їм своєрідні риси. Для багатьох морів (наприклад, Чорного та Середземного) характерна кругова течія, обумовлена ​​силою Коріоліса. У деяких морях (наприклад, у Білому морі) добре виражені припливно-відливні течії. В інших морях (наприклад, у Північному та Карибському) морські течії є відгалуженням океанічних.

Протоки за характером течій можна поділити на проточні та обмінні. У проточних протоках течія спрямована в один бік (наприклад, у Флоридському). В обмінних протоках вода переміщається у двох протилежних напрямках. Різноспрямовані потоки води можуть знаходитися одні над іншими (наприклад, у Босфорі та Гібралтарському) або можуть розташовуватися поруч один з одним (наприклад, Лаперузов та Девісів). У нешироких і дрібних протоках напрямок може змінюватися на протилежний залежно від напрямку вітру (наприклад, Керченська).

Під впливом різних сил (атмосферних, космічних, тектонічних, тощо) води Світового океану перебувають у постійному русі. Найбільш виражені поверхневі морські перебіги. Їхня поява, в основному, обумовлена ​​вітрами. Широко поширені три течії, які виникають через різну густину водних мас. За переважним напрямом течії у Світовому океані діляться на зональні (західного чи східного напрями) і меридіональні (несучі води північ чи південь). Існують протитечі, які спрямовані назустріч сильнішим течіям. В окремі групи згідно з класифікацією виділяють екваторіальні течії, що йдуть вздовж екватора, та мусонні течії, що змінюють свою вираженість залежно від пори року та напрямки прибережних мусонів.

Найпотужніша течія Світового океану – Антарктична (Циркумполярна). Поява цієї кругової течії пов'язана із сильними постійними західними вітрами. Ця течія займає область шириною 2500 км і кілька кілометрів завглибшки. Щомиті їм переноситься близько 200 млн. тонн водних мас.

У Тихому океані виражена Південна Пасатна течія, що проходить зі сходу на захід із середньою швидкістю до 100 миль на добу в приекваторіальних широтах. На північ від нього є Міжпасатна протитеча, а далі на півночі знаходиться Північна Пасатна течія також із західним напрямком. У цих широтах панують пасати, вони провокують виникнення даних циркуляцій водних мас. Через дві потужні пасатні течії в західних областях океану накопичується стільки води, що іноді рівень океану піднімається на кілька метрів. Завдяки Міжпасатному протитечії, частина водних мас повертає назад на схід між Північною та Південною пасатними течіями. В Індійському та Атлантичному океанах також є аналогічні «пасатні» течії.

Частина потоків пасатних течій розгалужується біля східних узбереж материків і несуть води північ і південь. Потрапляючи в помірний пояс, вони повертають Схід під впливом західних вітрів. Так формується сильне протягом Світового океану – протягом Західних вітрів. Під впливом західних вітрів теплі течії перетинають океани. Біля берегів материків ці течії поділяються надвоє. Один потік йде до екватора як холодна течія, що замикає великий кругообіг течій. Другий теплий потік спрямований до полюсів від екватора вздовж західних узбереж материків і замикає інший кругобіг течій. Найбільш відомі сильні меридіональні течії - Гольфстрім і Куросіо, їх потужність становить відповідно 75 і 65 млн. тонн води в секунду.

Завдяки наявності кругообігів океанічних водних мас, формуються теплі та холодні течії Світового океану. У разі, коли течії прямують з екваторіального або тропічного пояса в помірні широти, вони теплі, оскільки їхня температура більш висока, ніж температура навколишніх водних мас. Якщо відбувається навпаки, і течії переміщаються з високих широт до екватора, вони холодні, оскільки мають нижчу температуру, ніж води, що оточують. Під впливом навколишнього середовища температура течій змінюється, і температурний градієнт між теплими та холодними течіями може бути лише кілька градусів.

У багатьох регіонах Світового океану спостерігається апвелінг. Це зганяння поверхневих вод вітром від берега. Глибокі води, що піднімаються догори, містять поживні речовини у великій концентрації, що робить області апвелінгу зонами високої біологічної продуктивності.

Схожі матеріали:

Рух вод в океанах щойно починає вивчатися, навіть щодо поверхневих течій відомий ще дуже небагато, а глибинні та придонні і зовсім ще не вивчалися. Тим часом безперечно, що поверхневий і глибоководний рух води в океанах утворює одну складну систему, яка навіть і в своїй частині, що збігається з океанічною поверхнею, недостатньо досліджена. Не дивно тому, що це найскладніше океанографічне явище, не менш складне, ніж подібні ж рухи в повітряному океані, не має ще стрункої теорії, що охоплює всі причини, що зумовлюють рух вод в океані.

Причини, які можуть порушити рух вод в океані і створити систему океанічних течій, що спостерігається, можна підрозділити на три групи. Причини космічного характеру, різниця щільностей та вітри.

Згідно з сучасним поглядом, космічні причини, обертання Землі і припливи, не можуть порушити течій, що спостерігаються в поверхневих шарах, і тому ці причини тут і не розглядаються.

Другою групою причин, що збуджують течії, є всі умови, які виробляють різницю щільностей в морській воді, а саме нерівномірний розподіл температури і солоності.

Третя причина виникнення поверхневих (отже, частково і підводних) течій є вітер.

Різниця густини води

Різниця щільностей багатьма визнавалася як найважливіша причина океанічних течій, цей погляд набув поширення особливо після океанографічних досліджень експедиції Challenger.

У цей час спочатку Карпентер, а потім Моя висловили припущення, що різниця щільностей є однією з головних причин течій. Останнім часом скандинавські вчені: Нансен, Бьоркнес, Сандштрем, Петтерсон знову відновили інтерес до явища різниці щільностей, як причини течій.

Відмінність щільностей у морській воді є результатом одночасної дії багатьох причин, що завжди існують у природі і тому безперервно змінюють щільності частинок морської води в різних місцях.

Кожна зміна температури води супроводжується і зміною її щільності, причому чим температура нижче, тим щільність більше. Випаровування та замерзання теж збільшують щільність, тоді як випадання опадів зменшує її. Оскільки солоність лежить на поверхні залежить від випаровування, випадання опадів і танення льодів — явищ, які відбуваються безперервно,— те й солоність лежить на поверхні постійно змінюється, разом із нею і щільність.

Карта розподілу щільності в середньому за рік показує, що цей елемент нерівномірно розподілений поверхнею океану, а розріз Атлантичного океану по меридіану підтверджує, що в океанах і на глибинах щільності розподілені нерівномірно. Лінії рівних щільностей (ізопікни) опускаються до тропічного пояса в глибини океану, а з віддаленням від екватора вони виходять на поверхню.

Усе це свідчить, що, якби жодних інших причин, що збуджують течії в океані, не існувало б, а було б лише нерівномірний розподіл щільностей, то води океану неодмінно почали б рухатися; проте система течій, що виникла таким шляхом, і за характером і за швидкостями була б зовсім інша, ніж зараз спостерігається, тому що інші не менш важливі причини, що також збуджують течії, були б відсутні.

Наприклад, в пасатних смугах випаровується шар води в кілька метрів товщини, і близько 2 м цієї води, що випарувалася, випадає в штильовій екваторіальній смузі. Звідси розпресована вода (за існуючої системи течій) виноситься на схід Екваторіальною протитечією. Решта ж маси водяної пари антипасатом переноситься в помірні пояси, де й випадає. Таким чином, відбувається постійне зменшення води в тропіках, яка повинна відшкодовуватися припливом з помірних широт. Однак одна ця причина не в змозі створити систему течій, що спостерігається в океанах.

Так само льоди в приполярних і полярних широтах частиною розпресовують воду, роблять легше, частиною ж охолоджують її, збільшують щільність і змушують опускатися вниз, обумовлюючи таким шляхом охолодження глибоких шарів океану, а отже, дають поштовх до руху і поверхневих. полярним. Однак одна ця причина не може створити всієї складної системи течій.

Таким чином, безперечно, що різниця щільностей, постійно підтримувана багатьма причинами у всій масі вод Світового океану, повинна сприяти утворенню руху вод як на поверхні, так і на глибинах.

Норвезький вчений В. Бьоркнес виклав свої погляди на причини, які можуть порушити рух у будь-якому середовищі, байдуже до рідини чи газу. Причини ці полягають єдино в неоднорідності самого середовища, що у природі завжди спостерігається. Ідеї ​​Бьоркнеса тому саме і чудові, що він розбирає рух у випадках, взятих з природи, а не якесь ідеальне середовище, абсолютно однорідне, як це зазвичай робиться.

Так як Б'єркнес бере середовище не однорідне, то основою його міркувань має бути ґрунтовне вивчення розподілу щільностей у середовищі, що розглядається. Знання розподілу щільностей дає уявлення про внутрішню будову середовища, а останнє дозволяє судити і про характер рухомих частинок, що виникають у ній.

Сутність ідеї Бьеркнеса обчислення швидкостей течій виходячи з розподілу щільностей. Припустимо, що у будь-якій масі вод температура і солоність розподілені цілком рівномірно, і щільність скрізь буде однакова, отже, обрана маса води буде однорідна. У таких умовах на однакових глибинах тиску будуть одні й ті самі і залежатимуть тільки від числа шарів, що знаходяться над кожним шаром (у першому наближенні з кожними 10 м глибини тиск збільшується на одну атмосферу).

Якщо в такому однорідному середовищі провести поверхні рівного тиску, або, як їх інакше називають, ізобаричні, то вони збігатимуться з рівними поверхнями.

Якщо тепер зробити вертикальний переріз цієї маси води, то на ньому ізобаричні поверхні зобразяться системою паралельних та горизонтальних ліній.

У випадку ж, якщо в обраній масі води температура н солоність розподілені нерівномірно, то щільність води, що не залежить від цих умов, на однакових глибинах буде різна.

Б'єркнес замість щільності користується оберненими величинами - питомими обсягами і через місця в рідині, де останні однакові, проводить поверхні, які на взятому вертикальному перерізі зобразяться кривими, названими ним ізостерами.

Таким чином, на вертикальному розрізі вийде дві системи ліній, одні будуть прямі, паралельні до горизонту ізобари, а інші — ізостери — їх перетинатимуть під різними кутами. Чим рівновага в рідині буде більш порушена, тобто чим вона буде далі від однорідності, тим і щільності, а отже, і питомі обсяги будуть різними на однакових глибинах. Тому там, де рідина однорідніша, і ізостери будуть близькі до ізобарів; де на близьких відстанях по горизонтальній поверхні ізобар зустрічаються значні різниці в однорідності будові рідини, там ізостери будуть круто підніматися або опускатися.

Вплив вітру

Зв'язок між вітром і поверхневими течіями настільки простий і легкий, що серед моряків вітер давно визнавався важливою причиною течій.

Перший, хто вказав у науці на вітер як на головну причину течій, був В. Франклін у своїх міркуваннях про причини, що викликають Гольфстрім (1770). Потім А. Гумбольдт (1816), викладаючи свій погляд на причини течій, вказав на вітер як на першу причину їх. Першорядне значення вітру як причини течій, таким чином, давно визнавалося багатьма, але воно отримало сильну підтримку після математичної обробки питання, зробленої Цепприц (1878).

Цепприц розібрав питання про поступову передачу руху від поверхневого шару води, наведеного в рух вітром, до наступного, від останнього до лежачого під ним і т. д. глибину таким чином, що швидкості в шарах зменшуватимуться пропорційно глибинам незалежно від величини внутрішнього тертя. Якщо ж сили діють обмежений час, і вся система частинок, що рухаються, не прийшла в стаціонарний стан, то швидкості на різних глибинах залежатимуть від величини тертя. Цепприц запозичив для своєї гіпотези коефіцієнт тертя з дослідів над закінченням рідин, зокрема і морської води, і, вставивши їх у формули.

Цій теорії було зроблено заперечення, що вказує, що кількість руху, що існує в пассатних вітрах, набагато менше відповідної величини в екваторіальній течії. Однак тут треба взяти до уваги тривалість та безперервність дії пасатів; Вочевидь, що вітру у разі після досягнення течією встановленого стану треба лише заповнювати втрату руху від внутрішнього тертя, і тому вітер разом за великий проміжок часу може повідомити (воді та кількість руху, яке у ній спостерігається, і зробити існуюче протягом.

Інше найважливіше заперечення показує, що прийнята теоретично величина тертя зовсім відповідає дійсної, оскільки під час руху одного шару води інакше обов'язково повинні утворюватися водоворотики, які поглинають величезну кількість енергії. Отже, обчислення величини та характеру поширення швидкості з глибиною побудовано неправильно.

Нарешті, найважливіший недолік теорії Цепприца був помічений нещодавно Нансеном, саме у ній зовсім втрачено вплив відхилення, що походить від обертання Землі на осі.

Теорія Цепприца (що панувала близько 30 років) звернула увагу на важливі особливості вітрової (дрейфової) гіпотези течій, і її головна заслуга в тому, що вона вперше висловила вплив вітру чисельно, і, як завжди в таких випадках, недоліки гіпотези послужили джерелом для подальшого вивчення, результатом чого стала нова, досконаліша вітрова теорія, що належить шведському вченому У. Екману, у якій прийнято до уваги ухиляюча сила від обертання Землі на осі.

Якщо припустити океан безмежним і нескінченної глибини, а вітер над ним чинним безперервно, настільки довгий час, що у воді, наведеній ним у рух, встановився стаціонарний стан, то за цих умов виходять такі висновки.

Насамперед необхідно вказати, що поверхневий шар води наводиться в рух вітром внаслідок двох причин: по-перше — тертя, а по-друге — тиску на навітряні сторони хвиль, тому що внаслідок вітру виникає не тільки перебіг, а й хвилювання. Обидві ці причини можна назвати тангенціальним тертям.

Відповідно до вітрової (дрейфової) теорії Екмана, рух від поверхневого шару передається вниз від шару до шару, спадаючи в геометричній прогресії. При цьому напрям поверхневої течії ухиляється від напрямку виробляє його вітру на 45 ° для всіх широт однаково.

Вплив ухиляючої сили від обертання Землі на осі позначається у відхиленні течії лежить на поверхні від вітру на 45°, а й у подальшому безперервному повороті напрями течії під час передачі руху у глибину від шару до шару. Таким чином, з передачею течії від поверхні в глибину не тільки швидко (у геометричній прогресії) зменшується швидкість, а й напрямок течії постійно повертає в північній півкулі вправо, а в південній — вліво.

У гирлах річок, що впадають у моря, спостерігаються такі ж явища. Річкова вода, будучи легшою за морську, утворює навіть і при перемішуванні з морською водою легший шар, що володіє певним рухом від берега. Маса такого поверхневого течії ще більше, ніж маса однієї річкової води (за справедливим зауваженням адмірала З. О. Макарова), внаслідок змішування річкової води з морської. Течія, що утворилася таким шляхом, всмоктує з нижніх шарів холоднішу веду в морі або океані і зумовлює зниження температури в приповерхневих шарах на таких глибинах, де в деякому віддаленні від впадання річки температура набагато вище. Таке явище спостерігав Екман у Ґетеборга в Каттегаті.

Такий же вплив річкової течії на підняття в більш близькі до поверхні шари більш солоної та щільної глибинної води спостерігалося С. О. Макаровим і на Кронштадтських рейдах та в гаванях порту саме після тривалих східних вітрів, що збільшують швидкість перебігу поверхневої прісної води з р. Неви і тому зменшують товщину поверхневого шару.

Вплив тиску атмосфери

У морях подібний вплив тиску атмосфери на їх різні частини позначається значно на течії проток, що з'єднують їх з океанами або іншими морями. Наприклад, Гольфстрім на своєму початку у Флоридській протоці, трапляється, має більшу швидкість при північних, тобто противних, вітрах і меншу при південних, попутних. Така невідповідність пояснюється впливом тиску атмосфери; коли північні вітри дмуть над Гольфстрімом у Флоридській протоці, тоді над Мексиканською затокою буває слабкий тиск атмосфери, через що рівень у затоці підвищується, ухил до Флоридської протоки збільшується, а це у свою чергу прискорює витікання води із затоки через Флоридську протоку на північ. Південні ж вітри бувають у протоці Флориди за умови існування над Мексиканською затокою високого тиску, чому тоді рівень у затоці знижується і ухил рівня у Флоридській протоці стає менше, а отже, і швидкість течії зменшується, незважаючи на попутні вітри.

Огляд усіх вищенаведених причин течій

Вказані вище причини, що збуджують пересування води в океані, зводяться до трьох умов: впливу різниць тиску атмосфери, впливу різниці щільності морської води та впливу вітру. Вплив обертання Землі на осі та вплив берегів можуть лише видозмінювати характер уже існуючих течій, але самі по собі дві останні обставини ніяких рухів води не можуть порушити.

Вплив різниць тиску атмосфери ніяких значних течій не може порушити. Залишаються дві наступні причини: різниці щільностей морської води та вітер.

Різниці щільностей в океані завжди існують, а отже завжди прагнуть привести частинки води в рух. У цьому різниці щільностей діють у горизонтальному напрямі, а й у вертикальному, збуджуючи конвекційні течії.

Вітер, згідно з сучасними поглядами, не тільки зумовлює виникнення поверхневих течій, але також є причиною походження течій і на різних глибинах до самого дна. Таким чином, значення вітру як збудника течій останнім часом розширилося і стало більш загальним.

Матеріал, який має океанографія, за розподілом щільностей в різних місцях і на різних глибинах в океанах ще дуже малий і недостатньо точний; але на підставі його вже можна зробити спробу визначити чисельно (за способом Бьоркнеса) ті швидкості течій, які різниця щільностей може порушити поверхневих шарах океанів.

На підставі меридіонального розрізу через Північний Екваторіальний перебіг Атлантичного океану було визначено, що існуюча між 10 і 20 с. ш. різниця щільностей могла б зробити перебіг зі швидкістю 5-6 морських миль о 24 годині. Тим часом середня добова швидкість Екваторіальної течії, що спостерігається в цьому місці, близько 15—17 морських миль. Якщо обчислити швидкість тієї ж Екваторіальної течії, що відповідає лише впливу вітру (беручи швидкість NE пасату в 6,5 м/с), то вийде добова швидкість течії в 11 морських миль. Склавши цю величину з 5-6 морськими милями добової швидкості, обумовленої різницею щільності, отримаємо 16-17 морських миль на добу, що спостерігаються.

Наведений приклад показує, що вітер, мабуть, виявляється більш важливою причиною збудження течій на поверхні океану, ніж різниця щільностей.

Подібний приклад для Балтійського моря ще переконливіший, він показує, що навіть там, де на малих відстанях різниці щільностей дуже великі, все-таки вплив вітру має більше значення для виникнення течій (див. стор. 273, течії Балтійського моря).

Зрештою, саме існування зміни мусонних течій, а також деяке пересування та зміна течій тропічної смуги у всіх океанах у зиму та літо тієї ж півкулі показують ще раз велике значення вітрів для існуючої системи течій. Переміщення метеорологічного екватора з часом року, звичайно, позначається на розподілі температури води (див. розділ про температуру), а отже, і на розподілі щільності води, але ці зміни дуже невеликі; зміни ж у системі вітрів, викликаних переміщенням метеорологічного екватора, дуже значні.

Таким чином, з цих трьох причин течій слід визнати, що вітер є однією з найважливіших. На це вказують багато обставин; безсумнівно, що якби вітер не існував, то системи течій, що виникли в океанах, дуже значно відрізнялися б від існуючих.

Тут доречно вказати, що в океані існує багато течій з водами абсолютно різних щільностей, що йдуть поруч, і, незважаючи на те, між ними, однак, зовсім не утворюється обміну води.

Нарешті, всі течії йдуть по ложі, утвореному водами океану, які завжди мають зовсім інші фізичні властивості, ніж води самих течій; однак і за цих умов течії продовжують існувати та рухатися, не змішуючи негайно своїх вод із сусідніми. Звичайно, таке змішання вод їх відбувається, але воно відбувається дуже повільно і значною мірою обумовлюється утворенням вир при русі одного шару води по іншому.

Усі течії Світового океану поділяються на поверхневі та глибинні. Вони мають різні властивості. Поверхневі течії Світового океану налічуються у кількості 60.

Загальна інформація

Основна причина поверхневих течій у Світовому океані – це вітер. Через це потоки води ще називають пасатними течіями. Виділяють кілька їх різновидів:

• південне пасатне;
• північне пасатне;
• міжпасатна протитечія.

З'єднуючись, вони утворюють кільце, добре видно на карті течій. Так як виникнення поверхневих течій Світового океану пов'язане з подихом вітрів, вони не завжди бувають незмінними. Деякі течії з'являються і зникають у певні пори року. Схема поверхневих течій збігається із схемою вітрів.

Мал. 1. Схема поверхневих течій

Як з'являються кільця з течій? Пасатні вітри змушують воду рухатися на захід, а західні вітри переміщують її на схід. Крім цього, течії залежать від сили обертання планети, тому вони відхиляються праворуч і ліворуч.

Поверхневою вважається течія, що займає не більше 350 м у глибину.

В Атлантичному океані

Тут існують північна і південна течії, а також протитечі між ними. Північне бере початок від Зеленого мису і підходить до Антильських островів, а звідти потрапляє до Флоридської затоки. Далі воно потрапляє до складу Гольфстріму.

ТОП-3 статтіякі читають разом з цією

Південне протягом повністю перетинає Атлантичний океан, а біля берегів Південної Америки розпадається на Бразильське та Гвіанське. Біля берегів Африки формується холодна Канарська течія.

Міжпасатну протитечію можна спостерігати лише влітку.

У Тихому океані

Тут також є північна і південна течія, і міжпасатна протитечія. Північне починається біля Філіппінських островів і утворює течію Куросіо. Протилежно йому проходить холодна течія Оясіо.

У північній частині океану течії непостійні. Взимку тут спостерігається Південно-Західна течія, що йде від Бенгальської затоки до Східної Африки. Влітку утворюється Сомалійська течія, що проходить у зворотному напрямку.

Мал. 2. Течії Тихого океану

В Індійському океані

На утворення поверхневих течій Індійського океану впливають як пасати, а й мусонні вітру. Тут утворено лише одне кільце з поверхневих течій — у Південній півкулі. Велика тепла течія — Мадагаскарська. Основне холодне - Західно-Австралійське.

Мал. 3. Острів Мадагаскар у Індійському океані.

У Північному Льодовитому океані

Тут проходить одна основна течія — Антарктична циркумполярна. Воно є найбільшим у Світовому океані. Перетинає цей перебіг три океани, охоплює величезні водні площі.

Що ми дізналися?

На поверхні Світового океану існує велика кількість різноманітних течій. Частина з них спостерігається постійно, деякі формуються у певні пори року. У цілому нині схема течій збігається зі схемою вітрів.

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 3.8. Усього отримано оцінок: 10.