Причини морських течій
Рух вод в океанах щойно починає вивчатися, навіть відносно поверхневих течій відомо ще дуже небагато, а глибинні і придонні і зовсім ще не вивчались. Тим часом безсумнівно, що поверхневе і глибоководне рух води в океанах утворює одну складну систему, яка навіть і в своїй частині, що збігається з океанічної поверхнею, недостатньо досліджена. Не дивно тому, що це складне океанографічне явище, не менш складне, ніж подібні ж руху в повітряному океані, не має ще стрункої теорії, що охоплює всі причини, що обумовлюють рух вод в океані.
Причини, що можуть порушити рух вод в океані і створити спостережувану систему океанічних течій, можна поділити на три групи. Причини космічного характеру, різниця щільності і вітри.
Згідно сучасному погляду, космічні причини, обертання Землі і припливи, не можуть порушити нічого подібного спостережуваним в поверхневих шарах течіям, і тому ці причини тут і не розглядаються.
Другою групою причин, збуджуючих течії, є всі ті умови, які виробляють різниця щільності в морській воді, а саме нерівномірний розподіл температури і солоності.
Третя причина виникнення поверхневих (а отже, частково і підводних) течій є вітер.
Різниця щільності води
Різниця щільності багатьма визнавалася як найважливіша причина океанічних течій, цей погляд отримав поширення особливо після океанографічних досліджень експедиції Challenger.
У цей час спершу Карпентер, а потім Моя висловили припущення, що різниця щільності є одна з головних причин течій. Останнім часом скандинавські вчені: Нансен, Бьеркнес, Сандштрем, Петтерсон, знову відновили інтерес до явища різниці щільності, як причини течій.
Різниця густин в морській воді є результат одночасної дії багатьох причин, 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 нижча, тим щільність більше. Випаровування і замерзання теж збільшують щільність, тоді як випадання опадів зменшує її. Так як солоність на поверхні залежить від випаровування, випадання опадів і танення льодів – явищ, що відбуваються безперервно, – то і солоність на поверхні постійно змінюється, а разом з нею і щільність.
Карта розподілу щільності в середньому за рік показує, що цей елемент нерівномірно розподілений по поверхні океану, а розріз Атлантичного океану по меридіану підтверджує, що в океанах і на глибинах щільності розподілені нерівномірно. Лінії рівних густин (ізопікни) опускаються до тропічного поясу в глибини океану, а з віддаленням від екватора вони виходять на поверхню.
Все це вказує, що, якби ніяких інших причин, збуджуючих течії в океані, не існувало б, а було б тільки нерівномірний розподіл щільностей, то води океану неодмінно прийшли б в рух; однак виникла таким шляхом система течій і за характером і за швидкостями була б абсолютно інша, ніж зараз спостерігається, тому що інші не менш важливі причини, також збуджуючі течії, відсутні б.
Наприклад, в пасатних смугах випаровується шар води в кілька метрів товщини, і близько 2 м цієї випарувалася води випадає в штильової екваторіальній смузі. Звідси распресненниє вода (при існуючій системі течій) несеться на схід Екваторіальним противотечением. Решта ж маса водяної пари антипасат переноситься в помірні пояси, де і випадає. Таким чином відбувається постійна спад води в тропіках, яка повинна відшкодовуватися припливом з помірних широт. Проте одна ця причина не в змозі створити спостережувану в океанах систему течій.
Точно так же льоди в приполярних і полярних широтах частиною распресняют 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 вод від помірних широт до полярним. Проте одна ця причина не може створити всієї існуючої складної системи течій.
Таким чином, безсумнівно, що різниця щільності, постійно підтримувана багатьма причинами у всій масі вод Світового океану, повинна сприяти освіті руху вод, як на поверхні, так і на глибинах.
Норвезький учений В. Бьеркнес виклав свої погляди на причини, що можуть порушити рух в небудь середовищі, байдуже рідині або газі. Причини ці полягають єдино в неоднорідності самого середовища, що в природі завжди і спостерігається. Ідеї Бьеркнеса тому саме і чудові, що він розбирає рух у випадках, взятих з природи, а не яку-небудь ідеальну середу, абсолютно однорідну, як це зазвичай робиться.
Так як Бьеркнес бере середу не однорідні, то підставою його міркувань має бути грунтовне вивчення розподілу щільності в розглянутій середовищі. Знання розподілу щільності дає уявлення про внутрішню будову середовища, а останнє дозволяє судити і про характер виникають у ній рухів частинок.
Сутність ідеї Бьеркнеса обчислення швидкостей течій на підставі розподілу щільності. Припустимо, що в будь масі вод температура і солоність розподілені абсолютно рівномірно, тоді і щільність скрізь буде однакова, і, отже, обрана маса води буде однорідна. У таких умовах на однакових глибинах тиску будуть одні і ті ж і будуть залежати тільки від числа шарів, що знаходяться над кожним шаром (у першому наближенні з кожними 10 м глибини тиск збільшується на одну атмосферу).
Якщо в такій однорідної середовищі провести поверхні рівного тиску, або, як їх інакше називають, ізобаріческом, то вони співпадуть з рівень поверхнями.
Якщо тепер зробити вертикальний перетин цієї маси води, то на ньому ізобаріческом поверхні изобразятся системою паралельних і горизонтальних ліній.
У разі ж, якщо в обраній масі води температура н солоність розподілені нерівномірно, то яка не залежить від цих умов щільність води на однакових глибинах буде різна.
Бьеркнес замість щільності користується зворотними величинами – питомими обсягами і через місця в рідині, де останні однакові, проводить поверхні, які на взятому вертикальному перерізі изобразятся кривими, названими їм ізостерамі.
Таким чином, на вертикальному розрізі вийде дві системи ліній, одні будуть прямі, паралельні горизонту ізобари, а інші – ізостери – будуть їх перетинати під різними кутами. Чим рівновагу в рідині буде більш порушено, тобто чим вона буде далі від однорідності, тим і щільності, а отже, і питомі обсяги будуть більш різні на однакових глибинах. Тому там, де рідина однорідніше, і ізостери будуть близькі до ізобарах; де ж 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 проста і легко помітна, що серед моряків вітер давно зізнавався важливою причиною течій.
Перший, хто вказав у науці на вітер як на головну причину течій, був В. Франклін в своїх міркуваннях про причини, що викликають Гольфстрім (1770 р.). 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, виробленої Цеппріцем (1878 р.).
Цеппріц 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. Цеппріц показав, що у разі нескінченно довгого часу дії рушійної сили вітру, рух буде передаватися, в глибину таким чином, що швидкості в шарах будуть спадати пропорційно глибин незалежно від величини внутрішнього тертя. Якщо ж сили діють обмежений час, і вся система рухомих частинок не прийшла в стаціонарний стан, то швидкості на різних глибинах будуть залежати від величини тертя. Цеппріц запозичив для своєї гіпотези коефіцієнт тертя з дослідів над закінченням рідин, у тому числі і морської води, і, вставивши його в свої формули.
Цій теорії було зроблено заперечення, яке вказує, що кількість руху, що існує в пасатних вітрах, у багато менше відповідної величини в екваторіальному течії. Проте тут треба взяти до уваги тривалість і безперервність дії пасатів; очевидно, що вітрі в цьому випадку після досягнення плином усталеного стану потрібно тільки заповнювати втрату руху від внутрішнього тертя, і тому вітер в сукупності за великий проміжок часу може повідомити (воді то кількість руху, яке в ній спостерігається, і провести існуюче перебіг.
Інше більш важливе заперечення вказує, що прийнята в теорії величина тертя абсолютно не відповідає дійсній, тому що при русі одного шару води по іншому неодмінно повинні утворюватися водоворотікі, які поглинають величезну кількість енергії. Отже, обчислення величини і характеру поширення швидкості з глибиною побудовано невірно.
Нарешті, найважливіший недолік теорії Цеппріца був помічений нещодавно Нансеном, а саме в ній зовсім упущено вплив відхилення, що відбувається від обертання Землі на осі.
Теорія Цеппріца (панувала близько 30 років) звернула увагу на важливі особливості вітрової (дрейфовой) гіпотези течій, і її головна заслуга в тому, що вона вперше висловила вплив вітру чисельно, і, як завжди в таких випадках буває, недоліки гіпотези послужили джерелом для подальшого вивчення, результатом чого стала нова, більш досконала вітрова теорія, що належить шведському вченому В. Екманн, в якій прийнята до уваги ухилявся сила від обертання Землі на осі.
Якщо припустити океан безбережним і нескінченної глибини, а вітер над ним чинним безперервно, настільки довгий час, що у воді, наведеної ним у рух, встановилося стаціонарний стан, то за цих умов виходять наступні висновки.
Перш за все необхідно вказати, що поверхневий шар води приводиться в рух вітром внаслідок двох причин: по-перше – тертя, а по-друге – тиску на навітряні боку хвиль, тому що внаслідок вітру виникає не тільки перебіг, але і хвилювання. Обидві ці причини можуть бути в сукупності названі тангенціальним тертям.
Згідно вітрової (дрейфовой) теорії Екмана, рух від поверхневого шару передається вниз від шару до шару, убуваючи в геометричній прогресії. При цьому напрямок поверхневого течії ухиляється від напрямку провадить його вітру на 45 ° для всіх широт однаково.
Вплив ухилявся сили від обертання Землі на осі позначається не тільки в ухилянні течії на поверхні від вітру на 45 °, але й надалі безперервному повороті напрямку течії при передачі руху в глибину від шару до шару. Таким образам, з передачею течії від поверхні в глибину не тільки швидко (в геометричній прогресії) убуває швидкість, а й напрямок течії постійно повертає в північній півкулі вправо, а в південному – вліво.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)