Текст книги "Моря и океаны"

Автор книги: Венианим Богоров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)

5. РАСТВОРЁННЫЕ ГАЗЫ В МОРСКОЙ ВОДЕ

Главнейшим источником насыщения газами вод моря является атмосферный воздух. Он проникает в воду, растворяется в воде и волнами и течениями разносится на различные глубины. Напомним, что атмосферный воздух состоит почти на четыре пятых из азота и на одну пятую из кислорода. Когда воздух проникает в воду, то это соотношение азота и кислорода меняется. Вода лучше растворяет кислород и меньше азот. Поэтому в составе растворённых в морской воде газов кислорода будет в среднем 34 процента вместо 21 процента в составе атмосферного воздуха.

Количество растворённых газов в воде зависит от многих причин; особенно большое значение имеет температура воды. Чем выше температура воды, тем меньше газов в ней растворится. Поэтому в водах полярных морей растворяется гораздо больше газов, чем в южных и особенно тропических.

Кислорода, естественно, больше всего в поверхностных слоях моря. Чем глубже, тем всё меньше и меньше становится кислорода. Но течения хорошо перемешивают воду, и кислород, хотя бы в малом количестве, всегда распространяется до дна. Только в застойных морях, таких, как Чёрное море, кислорода на глубинах нет.

Кислород – важнейший газ для жизни всех живых существ. Морские организмы дышат кислородом, как и их наземные братья. В областях, где есть много водорослей, обогащение кислородом может идти и за счёт фотосинтеза: так же, как и растения суши, водоросли в процессе питания поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

6. ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ В МОРЕ

В русской кругосветной экспедиции на корабле «Рюрик» в 1823–1826 годах петербургский физик Э. Ленц впервые точно измерил температуру глубинных морских вод. Оказалось, что температура воды на больших глубинах, так же как и её солёность, изменяется очень мало. Большие изменения температуры морской воды происходят лишь на глубине до 1000 метров.

Исследование температуры морских вод имеет огромное значение для объяснения климата различных частей суши. Так, например, существование у нас на крайнем Севере незамерзающего порта Мурманск связано с огромным отепляющим влиянием тёплого течения (ветвь Гольфстрима), идущего из тропической части Атлантического океана. Или другой пример. На одинаковой широте находятся города Красноярск и Рига. Но первый лежит далеко от моря, в Сибири, поэтому здесь климат резко континентальный – с очень холодной зимой и жарким летом. А в Риге, наоборот, зима мягкая и недолгая, летом идут частые дожди.

Вода обладает большей теплоёмкостью, чем воздух: для того чтобы нагреть на 1 градус равные объёмы воды и воздуха, надо при нагревании воды затратить тепла в 3000 раз больше, чем при нагревании воздуха.

Всё лето солнце нагревает море. Море поглощает громадное количество тепла, но благодаря большой теплоёмкости воды и огромному объёму вод моря колебания температуры в воде не так велики, как на суше. Летом температура воды в море ниже, чем температура воздуха. Зимою, наоборот, – температура воды выше, чем воздуха. Вот почему летом на побережье не так жарко, как в глубине континента. Вот почему летом ветер с моря несёт прохладу.

Зимою нагревшиеся за лето массы воды отдают часть своего тепла воздуху. Ветер подхватывает это тепло и уносит его далеко в глубь суши, отепляя и увлажняя климат приморских стран зимою. Средняя температура поверхности мирового океана —17,4 градуса, тогда как средняя температура воздуха на всём земном шаре всего 14,0 градусов. Таким образом, зимою океан является как бы гигантской «печкой», которая обогревает сушу.

Температура верхних слоёв морской воды очень сильно меняется по времени года и в небольшой степени в течение суток.

Суточные колебания температуры воды сказываются более значительно только в береговой области или в небольших заливах и бухтах.

Гораздо значительнее сезонные изменения в температуре воды. В зависимости от места эти изменения весьма различны; больше всего они в странах умеренного климата. Так, у берегов Англии, например, сезонные изменения в температуре воды выражаются почти в 10 градусов. Зато в тропических странах, близ экватора, сезонные отличия температуры не превышают 2 градусов.

Как ни сильно греет солнце в тропиках, но температура воды в открытом океане не поднимается выше 30 градусов. Получается это потому, что воды океанов, находясь всегда в движении, хорошо перемешиваются. Только в узких заливах, или морях, окружённых раскалённой сушей (Красное море, Персидский залив), температура на поверхности воды достигает 35 градусов.

Естественно, что самые холодные воды – это воды Северного Ледовитого океана и воды, омывающие Антарктиду. Но благодаря большой теплоёмкости воды и благодаря льдам, плавающим на поверхности моря, наши северные моря не промерзают до дна, несмотря на долгую и холодную полярную зиму. Тёплые течения приносят тёплые воды далеко на север; холодные течения выносят льды и холодные воды далеко на юг.

7. МОРСКОЙ ЛЁД

Обычная пресная вода замерзает при 0 градусов. Совсем другое дело в море. Чем выше солёность воды, тем ниже температура, при которой образуется лёд. Так, при солёности в 10 промиллей замерзание воды начинается при минус 0,5 градуса, а при солёности в 35 промиллей – только при минус 1,9 градуса.

При замерзании морской воды в лёд превращается только сама вода. Соли не образуют со льдом единой кристаллической массы. Они или вымораживаются на поверхности льдины, где образуют кристаллы затейливого узора – «ледяные цветы», либо образуют внутри льдов капельки рассола, куда временно «отжимаются» соли. Таким образом, лёд получается почти пресным. Нередко этим пользуются мореплаватели, чтобы запастись пресной водой при плавании в полярных морях.

При морозе в 30 градусов ледяные кристаллы смерзаются настолько плотно, что капелек с раствором солей между ними почти не остаётся. Лёд приобретает большую прочность и становится совсем пресным.

Толщина морского льда редко бывает более двух метров. Однако различные нагромождения льдов – так называемые торосы – встречаются и более мощными. Над водой возвышается только 1/7—1/8 часть общей толщины льда. Остальная часть находится под водой.

Как образуется лёд?

Сначала в воде появляются ледяные иголки – кристаллы. Постепенно смерзаясь на поверхности моря, они приобретают вид плёнки. Эту плёнку льда называют «салом». Обычно волнение в море препятствует образованию сплошного ледяного покрова на больших пространствах, и плёночки сала, смерзаясь, образуют небольшие ледяные блины – до 30 сантиметров в диаметре. Эти блины сталкиваются друг с другом и по их краям образуется характерный бортик. В таком виде этот лёд называют блинчатым льдом.

В дальнейшем блинчатый лёд смерзается в льдинки до 10 сантиметров толщиною; их называют «молодиком». Молодик растёт и сверху и снизу: падающий снег образует на нём легко замерзающую ледяную кашицу, а снизу идёт намерзание льда в результате прилипания всё большего и большего количества ледяных кристаллов, образующихся в верхнем слое морской воды. В результате образуется льдина до метра толщиною и в несколько гектаров площадью.

Жизнь таких льдин недолговечна. Ветер сталкивает льдины друг с другом, и они разламываются. По краям от сильных ударов образуются нагромождения мелких кусков льда, и получается ледяной вал в 2–3 метра высотой. Так растут торосы (рис. 5). Они часто являются непреодолимой преградой даже для мощных ледоколов.

Рис. 5. От столкновения льдины громоздятся друг на друга – образуются торосы.

Образовавшиеся между льдами разводья при спокойной погоде вновь заполняются молодым льдом. Он способствует смерзанию обломков больших льдин в одну сплошную массу. Таким образом, вал торосов, находившийся сначала по краям льдины, может оказаться в середине большого ледяного поля. Под действием ветра и течений эти льды снова ломаются, между ними вновь образуются разводья.

Во многих морях умеренного пояса льды появляются только зимою. Совсем другое дело в полярных морях. Здесь льды имеются и зимою и летом. Только летом замерзание морской воды или прекращается, или очень замедляется; лишь в некоторых полярных районах летом идёт таяние и появляются большие пространства чистой воды.

Разрежение льдов летом в сибирских полярных морях бывает настолько большим, что сейчас проложен великий Северный морской путь, по которому советские корабли плывут из Мурманска и Архангельска на Дальний Восток и обратно.

Осенью и зимой замерзание воды идёт очень быстро, и море покрывается ледяными полями, между которыми остаются лишь узкие пространства чистой воды – полыньи. В морях так же, как и на больших озёрах, сплошной покров льда образоваться не может. Течения, волны, приливы и отливы и особенно ветер взламывают такой сплошной покров на отдельные ледяные поля.

С. О. Макаров (родился 8 января 1849 года, умер 13 апреля 1904 года).

Лёд, образовавшийся в полярных морях, выносится ветром и течениями на север – в Северный Ледовитый океан. Здесь из отдельных небольших ледяных полей площадью в 1–2 гектара образуются мощные ледяные поля в десятки гектаров. Ветер и солнце сглаживают старые торосы, торчащие среди этих льдин, и образуются довольно ровные поля, могущие даже служить аэродромом для больших самолётов. Так, например, ледяное поле, на котором в 1937 году была организована советскими полярниками станция «Северный полюс», могло принять 4 больших самолёта.

Огромные ледяные поля всегда находятся в движении; они плывут или, как говорят, дрейфуют.

Основной дрейф льдов в центральной части Северного Ледовитого океана направлен с востока на запад. Здесь пространство между Шпицбергеном и Гренландией служит как бы главными воротами, через которые идёт разгрузка льдов Северного Ледовитого океана.

А льдов в Северном Ледовитом океане образуется много. Они сплошным потоком идут вдоль восточных берегов Гренландии, пока не достигают тёплых вод Атлантического океана, где и тают. В большинстве своём льды, прошедшие через центральную часть Северного Ледовитого океана, – старые многолетние льды. Подсчитано, что путь от Чукотского моря до пролива между Гренландией и Шпицбергеном льды проходят в пять-шесть лет.

Для плавания во льдах строятся специальные корабли – ледоколы. Первые в мире ледоколы были построены у нас, в России.

Отцом ледокольного флота является русский адмирал Степан Осипович Макаров. Этот выдающийся учёный и замечательный моряк разработал основы устройства ледокольного корабля и построил ледокол «Ермак», плавающий до сего времени.

В основу устройства ледокольного корабля Макаров положил срезанный нос, как у саней, и яйцеобразные обводы корпуса корабля. Такой корабль въезжает на лёд и тяжестью своего корпуса продавливает его. Благодаря своему яйцеобразному корпусу, он не будет раздавлен льдами во время их сжатия, как обычный корабль, а будет выжат на лёд.

Рис. 6. Ледокол «И. Сталин». Видны срезанный нос и яйцеобразная форма корпуса.

Используя опыт «Ермака», советские кораблестроители построили ещё более мощные ледоколы для обслуживания Северного морского пути. Таковы новые ледоколы «И. Сталин» (рис. 6), «В. Молотов» и другие.

8. АЙСБЕРГИ

Наряду со льдами, образовавшимися в результате замерзания воды, в море встречаются огромные ледяные горы – обломки льдов полярных ледников. Их называют айсбергами (рис. 7); в переводе это значит «ледяная гора» («айс» – лёд и «берг» – гора).

Рис. 7. Громадная ледяная гора – айсберг.

Айсберги образуются там, где имеются ледники, спускающиеся с гор в море. Такие ледники залегают в гористых местах полярных стран и представляют собой большие, в десятки или сотни метров толщиною, массы чистого льда. Ледовая масса ледника лишь кажется неподвижной. На самом деле лёд всё время сползает по склону горы. Достигнув берега, ледник входит в море. Первое время, невдалеке от берега, лёд продолжает ползти по дну, но затем, по мере удаления от берега, плывёт на поверхности моря. Удары волн постепенно разрушают край ледника. Появляются продольные трещины, которые, увеличиваясь, откалывают часть льда. В ужасном грохоте, подобном выстрелам сотни артиллерийских орудий, рождается айсберг. Громадная масса льда откалывается от края ледника и рушится в море.

Один за другим отплывают айсберги дальше в море, гонимые течением и ветром. Среди них встречаются гиганты высотою почти до 200 метров и площадью более квадратного километра!

Столкновение с айсбергами может быть гибельным для судов. Так, в 1912 году у берегов Северной Америки столкнулся с ледяной горой и затонул в несколько минут громадный английский пароход «Титаник» с тысячами пассажиров.

Если ледяная гора попадёт на мель, то надолго застревает здесь, образуя своего рода ледяной остров.

9. ВОЛНЫ

Волнение на море представляется нам как самое грозное явление морской стихии. «Кто в море не бывал, тот и страху не видал», – говорит пословица. Однако, как ни велики волны в бурю, в настоящее время они не страшны кораблю. Современные пароходы достаточно надёжны для плавания по самому бурному морю (рис. 8).

Рис. 8. Несмотря на громадные волны, корабли уверенно плывут в океане.

Почему образуются волны на поверхности моря?

Ветер, надавливая на поверхность моря, создаёт в ней углубление, вследствие чего вода по соседству вспучивается. Так образуется волна. Эта волна стремится упасть и тем самым вызывает образование новой волны, вытесняя соседнюю воду. Возникающие маленькие волны сталкиваются и образуют большие. Всё выше и выше поднимаются гребни волн, и в сильный шторм по морю идут волны огромной величины.

При образовании волны частицы воды не перемещаются вперёд; они лишь движутся по кругу, поставленному вертикально. Однако, если ветер долго дует в одном направлении, то образуется и горизонтальное движение воды – ветровое– морское течение. Представьте себе, что подъёмным краном мы поднимаем автомобиль и заставим мотор вращать колёса. В таком положении колёса, вращаясь в воздухе, не образуют перемещения машины, хотя каждая частица колёс и совершает круговое движение. Но если мы машину с вращающимися колёсами опустим на землю, то в результате трения колёс о землю автомобиль начнёт двигаться по направлению движения колёс. Так и в море. В результате трения длительно дующего ветра о поверхность воды образуются волны, с которыми будут перемещаться в направлении ветра и воды поверхностного слоя моря.

Ранее предполагали, что волны проникают на очень большую глубину. На самом деле это не так. Волнение с глубиной постепенно затухает и распространяется только до глубины, равной длине волны. Таким образом, при штормовой волне в 8 метров высотою и длиною в 150 метров волнение практически почти полностью прекращается на глубине 150 метров.

Какова может быть величина волн?

В океане наблюдались волны высотою в 13–14 метров и длиною в 400 метров. Считается, что выше 20 метров ветровых волн не бывает. Максимальную длину ветровой волны наблюдали в 824 метра; она распространялась со скоростью более 100 километров в час.

Огромные волны образуются при землетрясениях, когда землетрясения происходят на берегу моря и особенно на дне прибрежной области океана. Так, в 1883 году, во время извержения вулкана Кракатау в Зондском проливе (Индонезия) образовалась волна, достигшая 35 метров высоты и 148 километров длины! Эта волна смыла всё, даже почву с небольших близлежащих островов. Она нанесла громадные опустошения и другим островам Индонезии.

10. ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ

Удивительные явления можно видеть на берегу моря. Дважды в сутки море то уходит от берега (отлив), то приходит к нему (прилив). В некоторых местах, как, например, у нас близ Мурманска, разность в уровне между подъёмом и опусканием воды доходит до 4 метров. Во время отлива на десятки метров обнажается большая полоса дна моря у берега. Там, где за несколько часов перед этим бушевали волны, теперь бродят птицы, разыскивая рыб и морских животных, оставшихся в небольших ямках, наполненных водой.

Ещё большие приливы можно наблюдать в Белом море, где в Мезенском заливе разница между полной водой и малой водой бывает более семи метров. В заливе Фенди (Северная Америка) наблюдаются наивысшие приливы. Здесь разница между уровнем воды в полную и малую воду более 16 метров!

С другой стороны, есть моря, например, Чёрное, Каспийское, где приливов почти нет.

Величина и характер приливов в разных местах и в разное время бывают различны. Обычно приливы бывают полусуточными, т. е. дважды в течение суток вода прибывает и дважды убывает. Но в некоторых местах, например, в Южно-Китайском море, бывают суточные приливы, – изменение уровня происходит один раз в сутки.

Приливо-отливные явления совершаются во всей толще океана, но особенно они заметны в береговой полосе. Берег препятствует движению приливной волны, и вот дважды в сутки вода атакует берег и дважды в сутки отступает от него. В узких местах, в проливах, приливо-отливные течения достигают огромной скорости. Так, в узкой части Белого моря – в так называемом Горле – приливо-отливные течения достигают скорости 15 километров в час.

Каковы же причины этого явления?

Главной причиной приливов является действие Луны и в меньшей степени – Солнца. Жители морского побережья давно уже заметили связь приливов с движением этих светил.

Каким образом воздействуют Луна и Солнце на движение вод в морях и океанах? А вот как. Известно, что Луна движется вокруг Земли и что обе планеты движутся вокруг Солнца. Но так как Луна во много раз ближе к Земле, чем Солнце, то и притягательное воздействие Луны на Землю оказывается гораздо сильнее, чем воздействие Солнца. Естественно, что это воздействие оказывает наиболее сильное и видимое влияние на жидкую оболочку нашей планеты, т. е. на океаны и моря.

Если бы на поверхности Земли не было материков и островов и вся Земля была бы покрыта водой (к тому же равной глубины), то воздействие Луны на этот мировой океан сказалось бы следующим образом. В ближайшей к Луне области океана, в силу притяжения, произойдёт подъём воды навстречу Луне. Одновременно в противоположной части мирового океана центробежная сила вызовет тоже подъём воды. Но так как поднятие воды не может произойти где-либо без падения уровня в другом месте, то это падение и произойдёт в полосе, перпендикулярной к линии воздействия Луны. Луна обходит земной шар в течение 24 часов 50 минут; таким образом, очевидно, дважды в течение суток произойдёт в мировом океане поднятие и опускание вод в результате следования приливной волны за движением Луны.

Мы говорили, что Солнце, ввиду своей удалённости, оказывает меньшее воздействие на воды океана. Однако, когда Луна и Солнце располагаются с Землёй на одной прямой линии (в новолуние и полнолуние), то частицы воды будут находиться под воздействием обоих светил, и, естественно, это вызовет наибольший прилив. Но может быть и противоположное явление, когда Луна и Солнце находятся на линиях, перпендикулярных друг к другу. При этом силы двух светил будут направлены в разные стороны и будут противодействовать друг другу. Прилив в этот момент будет наименьший.

Это явление мы рассматривали сейчас в условиях безбрежного мирового океана, но на самом деле материки и острова разделяют мировой океан на отдельные океаны и различные моря. Суша препятствует свободному распространению приливной волны и вносит большое разнообразие в характер этого явления.

11. ТЕЧЕНИЯ

В старых морских повестях часто рассказывается о записке, найденной в бутылке, выловленной из океана. Такую бутылку, брошенную посередине океана, с вложенной в неё запиской могло прибить течением к берегу, и тогда она сообщала о бедствии, постигшем мореплавателей. В старые времена это был почти единственный способ для осуществления связи потерпевших кораблекрушение с каким-либо кораблём или далёким берегом.

Течения действительно совершают далёкие странствования: они пересекают океаны и моря (см. рис 2). К берегам Англии и Норвегии течения заносят тропические деревья. Громадные сибирские кедры, унесённые половодьем, оказываются на Новой Земле, на Шпицбергене и даже в Гренландии. Буйки от немецких мин, поставленные в 1914 году в европейских водах, находили на берегах Новой Земли.

Для Европы особое значение имеет течение, называемое Гольфстримом. Это течение идёт от берегов Америки – из Мексиканского залива – и с большою скоростью направляется к берегам Европы. «Гольфстрим» означает «течение из залива» (по-английски «гальф» означает морской залив, а «стрим» – течение).

Ещё более значительные течения имеются в Тихом океане.

Что вызывает эти огромные перемещения вод? Главных причин две: ветер и разность плотностей воды в разных районах океана.

Вот как, например, образуется течение Гольфстрим. В экваториальной области дуют постоянные ветры с востока на запад. В Атлантическом океане они гонят воду в Мексиканский залив. Вода, постепенно прибывая в этом заливе, ищет выхода и вытекает мощным течением через Флоридский пролив в северную половину Атлантического океана. 90 миллиардов тонн воды в час выливается Гольфстримом из Мексиканского залива! Поток имеет глубину в 800 метров. Скорость течения во Флоридском проливе достигает 8 километров в час.

Благодаря вращению Земли создаются особые силы, отклоняющие поверхностные течения в северном полушарии – вправо и в южном полушарии – влево. Благодаря этому Гольфстрим и порождённое им Северо-Атлантическое течение, постепенно поворачиваясь, пересекают северную часть Атлантического океана и устремляются, прижимаясь к берегам Европы, на северо-восток.

Северо-Атлантическое течение, идущее к берегам Европы, отепляет и увлажняет климат западной и северозападной Европы. Вот почему на юге Норвегии растёт виноград, а Мурманский порт не замерзает.

Подобные течения существуют и в других океанах. Так, например, в Тихом океане мощное Экваториальное течение вызывает идущее на север и затем на северо-восток течение Куро-Сиво; оно имеет огромное значение для климата и рыболовства советского Дальнего Востока.

Плотность морской воды зависит от температуры и солёности воды. Холодные воды тяжелее тёплых. Поэтому охлаждённые на севере воды опускаются в глубину. Но ведь вода, благодаря своему жидкому состоянию, будет стремиться выравняться, сохранить везде одинаковый уровень. Следовательно, от экватора к полюсам должна начать поступать поверху более тёплая и лёгкая вода. На севере она будет охлаждаться и опускаться. Таким образом, благодаря разности в плотности воды, создадутся два основных течения: одно – тёплое (лёгкие воды) – от экватора к полюсам, в поверхностных слоях океана, другое – холодное (тяжёлые воды) – от полюсов к экватору, в глубине. Вблизи экватора холодные воды начнут подниматься вверх, так как тёплые воды уходят из экваториальной области на север.

Обычно образование любого течения зависит как от ветра, так и от различия в плотности воды.

Расположение материков, островов и различная глубина морей и океанов приводят к тому, что различные части течений обособляются. Часто появляются местные течения, которые приобретают самостоятельный характер.

Значение течений в климате, а следовательно, и в жизни многих стран огромно. Если бы, например, атлантические волы, входящие в Баренцево море, отдали бы в воздух тепла больше только на 1 градус, чем они дают теперь, то климат Мурманска был бы на 10 градусов теплее!

Зная изменения температуры морских течений, можно предсказывать погоду, количество льдов и другие климатические явления.