Течение, вызываемое ветром


Перемещение воздуха над водной поверхностью заставляет двигаться частицы воды не только по круговым или эллиптическим орбитам, но и совершать поступательные движения. Поступательные движения водных частиц называют течением. Течения в море возникают по многим причинам. Бывают течения, вызванные притяжением Луны и Солнца, то есть приливо-отливные течения. Наблюдаются также течения, вызываемые неравномерным нагреванием Солнцем поверхности океана в экваториальных и арктических областях. Иногда течения возникают вследствие неравенства уровня, а появление неодинаковых уровней может, например, возникнуть из-за разных скоростей испарения. Так, например, в залив Кара-Богаз в течение многих десятилетий непрерывно бегут воды Каспийского моря и не могут его наполнить. Происходит это потому, что скорость испарения воды с залива больше скорости испарения с Каспийского моря. В результате уровень воды в заливе всегда ниже, чем в море. Можно было бы назвать и еще ряд причин, по которым возникают течения в море, но мы здесь ограничимся рассмотрением течений, возникающих только под действием ветра, и связанных с этими течениями колебаний уровня моря у берега.

Время от времени в тех или иных районах морских побережий возникают внезапные подъемы или падения уровня моря. Основной причиной этих изменений уровня является ветер. Это происходит в тех случаях, когда ветер возбуждает в море течения, устремляющиеся к берегу или от берега. Ветер как бы сгоняет воду от берега или нагоняет ее к нему. Поэтому изменения уровня моря, вызванные ветром, называют сгоннонагонными.

Водные потоки, возбуждаемые ветром в мелководном море, обычно охватывают всю толщу вод от поверхности до дна. В глубоком же море эти потоки распространяются на глубину в несколько десятков метров, но не достигают дна.

В мелководных морях или в мелководных районах морей направление водного потока, возбуждаемого ветром (дующим с одинаковой силой в одном направлении над большими пространствами моря), почти совпадает с направлением ветра. Поэтому у жителей побережий мелководных районов морей (как, например, на побережье Северного Каспия) в одном понятии «моряна» часто сливаются представления о сильном ветре, направленном с моря, и о подъеме уровня моря.

Но совсем по-другому проявляется зависимость между направлением течений в море и направлением ветра в случае глубокого моря. В случае глубокого моря течение на поверхности моря оказывается отклоненным вправо от направления ветра на угол 45 градусов. С удалением от поверхности моря в глубину течение все больше и больше отклоняется вправо от направления ветра, и, наконец, на некоторой глубине оно оказывается направленным противоположно направлению ветра. По мере удаления от поверхности в глубину течение изменяет не только свое направление, но и скорость. Скорость течения постепенно уменьшается, и на той глубине, на которой направление течения становится противоположным направлению ветра, скорость его оказывается в 23 раза меньше скорости течения на поверхности моря.

Так изменяется течение по скорости и направлению в глубоком море в результате сложного взаимодействия силы трения и силы, возникающей вследствие вращения Земли вокруг своей оси.

Если подсчитать общее количество воды, которое переносится течением, вызванным ветром, во всем слое воды от поверхности до той глубины, на которой течение противоположно ветру, то окажется, что основная масса воды переносится в направлении, перпендикулярном к направлению ветра.

Поэтому если ветер дует над большой площадью моря в одном направлении в течение длительного времени, то вызываемый ветром водный поток в глубоком море будет перемещаться перпендикулярно к направлению ветра вправо от наблюдателя, стоящего спиной к ветру. Эта особенность течений, развивающихся в глубоком море, приводит к ряду своеобразных и интересных явлений.

При встрече с берегом такой поток приводит к избытку воды в прибрежной зоне и повышению уровня. В тех случаях, когда ветер дует с моря на берег под прямым углом к приглубому берегу, то никакого подъема или падения уровня не наблюдается, так как в этом случае водный поток, возбуждаемый ветром, будет двигаться вдоль берега справа налево от наблюдателя, стоящего лицом к морю. Также не будет наблюдаться изменений уровня, если ветер дует с берега на море. В этом случае водный поток будет двигаться тоже вдоль берега, но только в обратном направлении. Наибольший подъем уровня моря будет тогда, когда ветер будет дуть вдоль берега слева направо, а наибольшее понижение уровня — в случае ветра, направленного справа налево. Описанные изменения уровня отчетливо прослеживаются, например, на Черном море у приглубых берегов Крыма.

У приглубых прямолинейных берегов сгонно-нагонные колебания уровня моря невелики, так как под действием ветра приходит в движение не более чем 100-метровая толща вод. В более же глубоких слоях воды в результате подъема уровня у берега появляются течения иных направлений, на которые затрачивается энергия нагона или сгона.

Летом сгоны вод сопровождаются резкими изменениями температуры воды у берега. При этом теплая вода, находившаяся на поверхности моря у берега, уходит в открытое море, а ее место занимает более холодная, поднимающаяся с более глубоких слоев моря. При этом температура-: поверхности моря может измениться за несколько часов с 23—24 градусов до 8—10. Вот почему нередко на курортах летом при высоких температурах воздуха в море не бывает ни одного купальщика.

При нагонах вод температура воды либо мало меняется, либо» повышается.

Однако зависимость изменений уровня моря от ветра не всегда так: проста. Так, на восточном побережье Великобритании подъемы уровня моря часто наблюдаются при ветрах, дующих с берега. Это происходит потому, что скорости ветра не всюду одинаковы. Если ветер дует в одном направлении над всей поверхностью моря, но не с одинаковой скоростью, то течение будет направлено по ветру там, где скорость ветра больше, и противоположно направлению ветра там, где скорость его меньше. В районах с малыми скоростями ветра возникает течение, обеспечивающее отвод воды, скопляющейся у берега под действием ветра, дующего-с большой скоростью (рис. 9).

Над просторами больших морей ветер чаще всего бывает неодинаков, как по скорости, так и по направлению.

Сгонно-нагонные колебания уровня в мелководных районах значительно больше, чем в глубоководных, и измеряются несколькими метрами.

Размеры колебаний уровня в значительной степени зависят еще и от конфигурации береговой черты. Особенно большие изменения уровня происходят в тех случаях, когда водный поток, вызванный ветром, перемещается в направлении сужающихся берегов и уменьшающихся глубин. В таких случаях при вступлении водного потока в сужающееся ложе происходит особенно резкое повышение уровня. По этой причине в вершинах заливов, бухт и в устьях рек колебания уровня оказываются значительно большими, чем на подходах к ним. Так, в устьях германских рек, впадающих в Северное море, при определенных ветровых условиях уровень может подняться на 3 метра или упасть на 2 метра от среднего.

Сгонно-нагонные явления часто затрудняют судоходство, а при очень сильном их развитии приносят значительный ущерб и другим отраслям народного хозяйства.

В районах, где при нагонах затопляются большие участки побережий или при сгонах уменьшаются глубины судоходных фарватеров, с древних времен принимаются меры борьбы с этими неблагоприятными явлениями. К числу таких мер относятся работы по устройству гидротехнических сооружений— плотин, дамб, ряжей и т. п., предназначенных для преграждения подам доступа на сушу, освоенную для промышленных, сельскохозяйственных и иных целей. В ряде районов Западной Европы такие сооружения оказываются необходимыми еще и по причине медленного опускания побережий вследствие геологических процессов. В связи с частыми наводнениями устье Рейна было обнесено земляными валами еще со средних веков. По тем же причинам и устье Темзы обваловано с обоих берегов на протяжении 100 километров — от лондонского моста до моря. Эти дамбы имеют также многовековую историю.

Наряду е оградительными работами проводятся дноуглубительные и другие гидротехнические работы, обеспечивающие достаточные глубины на фарватерах и в портах в случаях резких понижений уровня моря, вызванных стонами.

Ведутся также исследования по разработке методов предсказания времени и размеров внезапных повышений и понижений уровня моря.