Океанические течения

Течения в океанах формируются под действием следующих сил: градиента давления, трения ветра, внутреннего трения в воде, приливообразующих сил и кориолисовой силы инерции. Вследствие очень больших горизонтальных масштабов течений и относительной малости активных сил, таких, как градиент давления или трение ветра, кориолисова сила инерции играет в морских течениях важную роль. Горизонтальные градиенты давления в океанах образуются или в результате денивеляций свободной поверхности, т.е. так же как в озерах и водохранилищах, или в результате неоднородности полей температур и солености. Если бы Земля не вращалась, то в переменном поле давления течение воды было бы направлено в сторону понижения давления, т.е. по нормали к изобарам.

Силы внутреннего трения, тормозящие движение воды, были бы направлены в обратную сторону. Вращение Земли и появление кориолисовых сил существенно меняет картину. Под действием кориолисовой силы вектор скорости градиентного течения поворачивается в северном полушарии вправо. Если силами трения можно пренебречь, т.е. оставить только две действующие силы – градиент давления и кориолисову силу a_k – и ввести условие их динамического равновесия

, (95)

(т.е. предположить, что течение установившееся), то, как легко видеть из рис. 53, вектор скорости повернется вправо на 90°. Течение, таким образом, будет направлено не по нормали к изобарам, а вдоль изобар. В действительности, благодаря действию сил трения, поворот вектора скорости происходит на угол меньше 90°, но градиентные течения в океане никогда не совпадают по направлению с нормалями к изобарам.

Рис. 54. Поворот векторов скоростей дрейфового течения с увеличением глубины (по Экману)

Рис. 53. Градиентное течение без трения: вектор скорости направлен вдоль изобар

Еще более интересный эффект кориолисовых сил наблюдается в дрейфовых течениях. Здесь, после некоторого переходного времени от начала действия ветра, вектор поверхностной скорости воды оказывается повернутым относительно вектора скорости ветра вправо на 45°. Вниз по вертикали силы внутреннего трения тормозят движение и абсолютная величина скорости течения убывает по показательному закону. Что же касается направления скоростей, то они продолжают изменяться все в ту же сторону и векторы скоростей в отдельных точках вертикали образуют нечто подобное винтовой лестнице, как показано на рис. 54. На глубине, получившей название глубины трения, вектор скорости течения повернут по отношению к вектору поверхностной скорости на 180°. При проектировании векторов скоростей на горизонтальную плоскость концы их располагаются по логарифмической спирали. Теорию этого сложного движения дал в начале XX столетия норвежский океанолог
Ф. Экман.

В Мировом океане под действием ветров, колебаний температуры воды и приливных волн возникает, сглаживается и снова зарождается множество разнообразных местных течений. Однако среди движений океанических вод имеются такие, которые охватывают большие пространства и носят постоянный характер. Устойчивость системы этих движений обусловлена устойчивостью основных элементов общей циркуляции атмосферы, т.е. существованием на Земле некоторых сохраняющихся направлений перемещения воздушных масс. Главными из элементов общей циркуляции атмосферы являются пассаты и западные ветры умеренных широт. Пассаты – это ветры приэкваториальной зоны, дующие круглый год. Южный пассат дует с юго-востока, северный – с северо-востока. Зоны между 40° и 60° северной и южной широт представляют собой зоны западного переноса. Здесь развита циклоническая деятельность и в течение всего года преобладают ветры западного направления.

Рис. 55. Постоянные течения Мирового океана

Если обратиться теперь к карте постоянных океанических течений (рис. 55), то легко заметить общую подчиненность этих течений господствующим ветрам. Остановимся на наиболее характерной картине течений в Атлантическом океане (картины течений в Тихом и Индийском океанах качественно с ней сходны). Вдоль экватора и южнее его, от берегов Африки к берегам Америки, т.е. в том направлении, в котором дует южный пассат, идет Южное экваториальное течение (на карте обозначено Юэ). В зоне между 10° и 20° С.Ш. в том же направлении движется поддерживаемое северным пассатом Северное экваториальное течение (Сэ). Встретив берега Американского континента, воды этих двух течений разделяются на две неравные ветви. Большая часть вод Южного экваториального течения вместе с водами Северного экваториального течения отворачивает на север, образуя у берегов Северной Америки величайшее из течений Мирового океана – Гольфстрим (Го). Оставшаяся часть Южного экваториального течения поворачивает к югу, создавая у берегов Южной Америки Бразильское течение (Бр).

На траверзе североамериканского мыса Гаттерас расход Гольфстрима составляет 55 млн. м³/с. Постепенно рассеивая свою энергию и тепло, Гольфстрим пересекает в зоне западного переноса Атлантический океан и достигает берегов Европы. Благоприятные климатические условия Западной Европы в немалой степени обязаны своим существованием теплу, которое приносит сюда Гольфстрим. Последняя веточка Гольфстрима (на рисунке не показана) огибает Скандинавский полуостров и, достигнув Мурманска, делает его незамерзающим портом.

Гольфстрим и Бразильское течение относятся к классу так называемых струйных течений Мирового океана. Эти течения характеризуются относительно четкими границами и значительными скоростями. Если скорости в экваториальных течениях и в большинстве других течений океана составляют не более 0,05-0,10 м/с, то в струйных течениях они, такие же как и в равнинных реках, соответствуют 0,5-1,0 м/с. Кроме Гольфстрима и Бразильского течения, к струйным течениям относятся: Куросио (Кс), обогревающее Японские острова, течение мыса Игольного (Иг) у юго-восточного побережья Африки, Восточно-Австралийское течение (Ва) и некоторые др.