Наблюдая за хлебной нивой, по которой под порывами ветра бегут волны, можно увидеть, как верхушки стеблей движутся по круговой орбите. Похожий процесс происходит и в океане: частицы воды на поверхности также описывают круговые траектории. В верхней точке орбиты движение совпадает с направлением волны, а в нижней — противоположно ему, что в итоге возвращает частицу почти на исходную позицию. Под давлением ветра наветренный склон волны становится более пологим, а подветренный — крутым. Основными характеристиками волны являются её высота (расстояние от подошвы до гребня) и длина (дистанция между соседними гребнями). Максимальная длина волн редко превышает 250-500 метров. Скорость волны — это расстояние, которое она проходит за единицу времени. Высота океанских волн может достигать 14-20 метров, а во время цунами, вызванных подводными землетрясениями, — до 50 метров.
Виды волн и их особенности
Самые маленькие волны, возникающие при внезапных порывах ветра в штиль, называются рябью. При усилении ветра до штормового (более 20 м/с) гребни волн начинают срываться, образуя белую пену, или «барашки». После шторма на воде ещё долго сохраняется зыбь — длинные и пологие волны без острых гребней. Особо крупную зыбь с длиной волны до 300-400 метров при полном безветрии называют мёртвой зыбью.
Колебания водной поверхности могут быть вызваны не только ветром. При резких изменениях атмосферного давления образуются барические волны, а при выравнивании уровня воды возникают стоячие волны, или сейши. Это колебания всей массы воды с определённой амплитудой (например, в Женевском озере — до 2 метров) и периодом, при которых поверхностные волны не распространяются.
Взаимодействие волн с берегом
Поведение волны у берега сильно зависит от рельефа дна и формы береговой линии. У пологого берега нижняя часть волны тормозится о грунт, что приводит к уменьшению длины и резкому увеличению высоты. Верхняя часть обгоняет нижнюю, волна опрокидывается, и её гребень рассыпается в пену — так образуется прибой. Если волна разбивается на отмели вдали от берега, возникает бурун. У обрывистых берегов с большими глубинами волна с силой ударяется о скалы, вздымаясь в виде мощного водяного вала высотой до 30-60 метров, который может разбиваться на фонтаны и струи. Сила удара таких волн колоссальна — до 30-38 тонн на квадратный метр, что позволяет им перемещать многотонные глыбы.
Для защиты от разрушительной силы волн строят волноломы из камня и бетона. В то же время ведутся разработки по использованию энергии волн для генерации электроэнергии. Однако пока что штормовые волны и, особенно, цунами чаще приносят значительный ущерб прибрежным регионам.
Морские течения: реки в океане
В океанах существуют масштабные потоки воды — морские течения, которые можно сравнить с реками. Их ширина достигает сотен километров, глубина — сотен метров, а скорость — 1-9 км/ч. Основной движущей силой течений являются постоянные ветры, создающие дрейфовые (ветровые) течения. Для компенсации перемещённой воды возникают компенсационные и стоковые течения. Также существуют плотностные течения, вызванные разницей в солёности и температуре воды между морями.
Ключевую роль в глобальной циркуляции играют пассаты, формирующие Северное и Южное пассатные течения. Между ними движется компенсационное Межпассатное противотечение. В умеренных широтах преобладают течения, вызванные западными ветрами, особенно мощные в Южном полушарии. Вращение Земли (сила Кориолиса) отклоняет все течения: в Северном полушарии — вправо, в Южном — влево.
Классификация течений и их влияние
По температуре течения делятся на тёплые (несущие более тёплую воду, чем окружающая среда), холодные (приходящие из высоких широт) и нейтральные. Тёплые течения, такие как Северо-Атлантическое, оказывают огромное влияние на климат, смягчая его, как это происходит в Северной Европе.
Ветер воздействует не только на поверхность: движение передаётся в глубину, причём каждый нижележащий слой продолжает отклоняться, пока на определённой глубине (обычно не более 300 метров) течение не ослабевает или не меняет направление на противоположное. Несмотря на это, постоянный солевой состав на больших глубинах указывает на активное перемешивание всей толщи вод Мирового океана, хотя карта глубинных течений ещё не до конца составлена.
Разнообразие течений в морях и проливах
В каждом море формируется своя система течений, зависящая от местных условий. В одних морях преобладают круговые течения (Чёрное, Средиземное), в других — приливно-отливные (Белое море), в третьи проникают ответвления океанических течений. Особый интерес представляют течения в проливах: проточные (в одну сторону, как во Флоридском), обменные (в противоположных направлениях в разных слоях, как в Босфоре) или меняющие направление в зависимости от ветра (Керченский пролив).
Изучение морских течений — сложная научная задача, которая решается с помощью морских экспедиций на специализированных судах. Нередко такие исследования проводятся международными коллективами учёных в рамках соглашений между странами и научными организациями.