Гарольд Дубах - 1001 вопрос об океане и 1001 ответ

Внутренние волны трудны для исследования, поэтому о них мало что известно. В некоторых случаях внутренние волны, по-видимому, вызываются приливными колебаниями; причиной их могут также служить водяные смерчи, шквалы и даже движения судов.

Для изучения внутренних волн в мелководных районах используют эстакады. В глубоководных районах океана их исследуют с помощью приборов, устанавливаемых на буйковых станциях или опускаемых с судна. Лучший метод подобных исследований — постановка группы буйковых станций с приборами, помещенными на различных горизонтах.

В полярных районах, а также в районах речного стока слой пресной воды иногда оказывается лежащим на водной массе, имеющей значительную соленость. В тех случаях, когда толщина этого пресного слоя примерно равна осадке судна, его винт на малом ходу может возбуждать внутренние волны ;При этом энергия которая в обычных условиях расходуется на продвижение судна вперед, будет тратиться на поддержание внутренних волн, вследствие чего судно почти перестает двигаться. Явление «мертвой воды» исчезает уже при небольшом увеличении скорости.

Кавитация представляет собой процесс образования, роста и сжатия пузырьков воздуха в жидкости. Кавитация возникает в тех случаях, когда гидростатическое давление в какой-либо точке потока жидкости меньше давления пара этой жидкости. Кавитация обычно возникает под действием механических причин, например при вращении судового винта. Она служит источником шумов и приводит к возникновению выбоин на лопастях винта.

Этим японским словом называют морские волны сейсмического происхождения. (Иногда эти волны называют приливными, но это неверно, ибо они не имеют никакого отношения к приливам.) Волны цунами вызываются подводными землетрясениями, извержениями подводных вулканов и оползнями. Они возникают в основном в глубоководных впадинах на окраинах Тихого океана. Волны цунами могут двигаться со скоростью более 1000 км/час. В открытом океане они имеют высоту всего 0,5–1,0 м, но, достигая берега, они многократно вырастают.

Да, появление волны цунами удается предсказывать, потому что сейсмические (акустические) волны, порождаемые землетрясениями, пересекают океан гораздо быстрее, чем волны цунами, и могут быть зарегистрированы сейсмическими станциями с опережением волн цунами в несколько часов.

После катастрофического цунами, обрушившегося на Гавайские острова в 1946 г., когда погибло 173 человека, а убытки от разрушений составили 25 млн. долларов, на Тихом океане была организована Служба оповещения о цунами. Сейсмические станции фиксируют время и место землетрясения; если его эпицентр лежит под водой, то можно ожидать появления цунами. В этом случае все станции, наблюдающие за уровнем моря, оповещаются о том, что нужно следить за приближением волн цунами.

Для расчета времени подхода волны служат специальные карты длительности пробега цунами от различных пунктов до Гавайских о-вов. Оповещение об ожидаемом времени подхода волн передается по международной Тихоокеанской системе связи. Штаб-квартира Службы оповещения о цунами (подчиняющейся Национальной службе океана при Национальном управлении по изучению океана и атмосферы) находится в Гонолулу.

Приливы представляют собой непрерывные периодические подъемы и опускания уровня моря, происходящие у побережий или в открытом море. У большинства побережий один прилив сменяется другим через 12 час 25 мин, но в некоторых местах период приливных колебаний уровня может быть больше: например на побережье Мексиканского залива он составляет 24 час 50 мин. Подъемы и опускания уровня моря у побережий создаются очень длинными волнами; полной воде соответствует гребень волны, малой воде — подошва волны.

Наблюдения за приливными колебаниями производятся для определения уровня моря — нулевой поверхности, от которой отсчитываются высоты на суше. Кроме того, эти наблюдения дают проектировщикам необходимую статистическую информацию о среднем уровне моря и его длиннопериодных колебаниях. Для того чтобы можно было предсказывать приливные колебания уровня моря, необходимо математически связать проведенные наблюдения со взаимным расположением Земли, Луны и Солнца. Предвычисления приливов используют при проведении океанографических съемок, а также для определения нуля глубин при гидрографических работах. Инженеры-строители используют данные о приливах для расчета допустимых нагрузок на мосты, кессоны, пирсы и другие морские сооружения. Измерения течений, возникающих под действием тех же сил, которые вызывают приливные колебания уровня моря, необходимы для безопасности мореплавания, для рационального проектирования портов, а также для исследования процессов загрязнения моря и речного стока. Мареографы (приборы, регистрирующие колебания уровня моря) используются также в системе Службы оповещения о цунами для обнаружения потенциально опасных морских волн сейсмического происхождения.

Главная часть этого прибора — поплавок, поднимающийся и опускающийся в специальном успокоительном колодце, который сообщается с морем. Колодец исключает влияние горизонтальных движений воды и благодаря размеру своего входного отверстия существенно уменьшает влияние резких изменений уровня, подобных тем, которые вызываются ветровыми волнами. Вертикальные движения поп-плавка и связанного с ним троса приводят в действие червячную передачу, связанную с пером, которое вычерчивает на диаграммной ленте кривую, соответствующую движению поплавка. Часовой механизм протягивает ленту с постоянной скоростью. Благодаря совместному движению пера и диаграммной ленты вычерчивается непрерывная кривая подъема и понижения уровня. Первый автоматический мареограф был установлен на о. Говернорс (штат Нью-Йорк) зимой 1844-45 г.

В настоящее время электронные телеметрические системы позволяют автоматически передавать информацию от стандартных мареографов, установленных на прибрежных станциях, прямо на центральные регистраторы.

Причина приливов — гравитационное взаимодействие Солнца, Луны и Земли. Наибольшее воздействие на приливы оказывает Луна; хотя ее масса значительно меньше массы Солнца, она находится гораздо ближе к Земле, так что лунное влияние по величине более чем вдвое превосходит солнечное. На приливные колебания влияют также расположение материков, очертания океанского дна, глубина моря в данном месте, вращение Земли и положение Луны относительно Земли и Солнца. Когда Солнце, Земля и Луна располагаются вдоль одной прямой (что соответствует новолунию или полнолунию), действие Луны и Солнца взаимно усиливается и возникает особенно высокий сизигийный прилив. Когда Солнце и Луна наблюдаются с Земли под прямым углом (при этом Луна находится в первой или третьей четверти), действия Луны и Солнца частично гасят друг друга, амплитуда прилива уменьшается — такой прилив называют квадратурным.