Водные массы морей. Слои скачка. Жидкий грунт

Водные массы морей. В формировании и напластовании (стратификации) водных масс океанов воды, чуждые данному океану, например средиземноморские воды в Атлантическом океане, играют лишь незначительную, подчиненную роль. Исключением является только Северный Ледовитый океан, для которого воды Атлантического океана имеют очень большое значение.

В морях пришлым водам, хотя и трансформированным в соответствии с особенностями водообмена, пресного баланса и зимнего охлаждения, принадлежит главное место. Но несмотря на это, водные массы морей зачастую очень сильно отличаются от прилежащих частей океана по своим свойствам и стратификации. Определяющим является при этом характер водообмена через порог, всегда отделяющий море от океана.

По стратификации водных масс моря можно разделить на три типа.

Первый тип. Глубокая котловина моря (ниже порога) заполнена водами океана или соседнего моря («чужие» воды), температура и соленость которых равны температуре и солености на глубине порога.

Создается такая стратификация в том случае, когда конвективное перемешивание не достигает глубины порога. К этому типу принадлежат такие тропические моря, как Сулу, Целебесское, Андаманское, Карибское и др. Море ниже порога оказывается в этом случае более теплым, чем соответствующие глубины океана.

Второй тип. Глубокая котловина (ниже порога) заполнена водами, температура и соленость которых равны примерно наименьшим зимним на поверхности моря («свои» воды). Создается такая стратификация в тех случаях, когда зимняя конвекция распространяется ниже порога, практически до дна.

Это может быть либо при отрицательном пресном балансе (Средиземное и Красное моря), либо при сильном зимнем охлаждении (Белое, Норвежское, Гренландское, Японское моря). В первом случае море ниже порога оказывается более теплым, чем океан. Во втором — более холодным.

Третий тип. В особый тип следует выделить стратификацию, почти аналогичную первому типу — «чужие» воды; море ниже порога теплее, чем океан. От первого и второго этот тип стратификации отличает холодный промежуточный слой и постоянный скачок плотности на верхней границе глубинных вод. Создается такой тип стратификации в том случае, когда зимняя конвекция распространяется ниже порога, но пресный баланс моря положителен. Примером могут служить Черное и Балтийское моря.

Слои скачка. Жидкий грунт. Слоем скачка принято называть слой, в котором вертикальный градиент какого-нибудь свойства воды резко отличается от градиентов, наблюдающихся в смежных с ним слоях. Различают скачки температуры, солености, плотности, содержания кислорода и т. д.

Слои скачка создаются в результате вертикального перемешивания или при вторжении водных масс с отличающимися свойствами. Слои скачка, образующиеся в результате вертикального перемешивания, носят, как правило, сезонный характер. Слои скачка адвективного характера могут наблюдаться в течение всего года, т. е. быть постоянными.

Основными характеристиками и элементами слоя скачка являются:
1) глубина залегания, т. е. глубина середины слоя или глубина его верхней или нижней границы;
2) толщина (мощность);
3) интенсивность, определяемая величиной вертикального градиента.

Практически при расчетах можно условно принять величины градиентов, указанные в табл. 31.

В высоких широтах, где наблюдается только сезонный слой скачка, его образование связано с распреснением поверхностных вод летом при таянии льдов. В умеренных широтах сезонный слой скачка появляется весной или летом в результате прогрева и ветрового перемешивания поверхностных вод.

Такой скачок имеет обычно резко выраженную верхнюю границу, тогда как нижняя граница его может быть размытой. В конце лета он достигает наибольшей интенсивности, а осенью, с началом выхолаживания и конвекции, исчезает. В тех районах, где существует постоянный слой скачка, сезонный слой располагается над ним.

Основное практическое значение имеют слои скачка плотности. С ними связано явление «жидкого грунта». В слое скачка плотности накапливаются мелкие частицы, отмершие организмы (детрит) и т. д. Такие «завесы» меняют оптические характеристики этого слоя. Сказываются они и на распространении звука, меняя звуковую прозрачность воды и условия реверберации.

Слои скачка плотности, так же как и звукорассеивающие слои, создаваемые скоплением организмов, главным образом планктона, могут являться своеобразными гидроакустическими экранами («ложноедно» при эхолотировании).

Жидким грунтом принято называть слой скачка плотности, интенсивность которого достаточна для того, чтобы подводная лодка могла лежать на нем без хода, во взвешенном состоянии, т, е, имея нулевую плавучесть.

Нетрудно видеть, что в этом случае должно иметь место равенство

Кроме того, необходимо, чтобы при погружении лодки, без изменения ее веса, она получала положительную плавучесть. Предположим, что лодку, имевшую на глубине z нулевую плавучесть, погружают на глубину z + dz.

Пренебрегая сжимаемостью воды и тепловым- расширением лодки, примем, что плотность воды равна единице, а давление на глубине 1 м равно 0,1 кг/см². Тогда, отнеся расчет к 1 m водоизмещения лодки и выразив изменение (градиент) плотности в единицах условной плотности, т. е. в килограммах на кубический метр (тонну) на 1 м глубины, получим: