Океан и атмосфера

Для удобства наблюдений над льдами в разных странах Всемирная метеорологическая организация (ВМО) приняла единую международную ледовую номенклатуру. Советские океанографы активно участвовали в ее разработке. Таким образом, моряки могут пользоваться и обмениваться информацией, понятной всем.

Таяние льдов начинается активно и бурно с приходом весны. Но и при любом повышении температуры льда он начинает таять — растапливается чистый лед, возобновляется движение рассола вниз по трещинкам, лед становится более пористым. Он ослабляется также испарением. Чем меньше лед по размеру, тем активнее процесс его ослабления и разрушения. Снег, покрывающий лед, влияет на таяние различно. Чистый, белый, он почти полностью отражает лучистую энергию Солнца и, следовательно, мешает процессу таяния. Быстрее тает лед под немного загрязненным снегом. Но слишком загрязненный снег имеет малую теплопроводность и, опять-таки, задерживает таяние. Во льду и снегу постепенно накапливается тепло под ледяной коркой, которая образуется из воды при временных похолоданиях. Этот процесс похож на сохранение тепла в теплицах под стеклом. Постепенно образуются снежницы — озерки талой воды на льду. Они настолько пресные, что моряки используют эту воду для питья.

Дружное таяние льда начинается после того, как температура воздуха преодолеет нулевой барьер и льды станут бурно поглощать тепло. Могучие льды ослабевают, механические разрушения все более понижают их прочность. Волны, особенно при ветре, дующем с моря, образуют прибой у кромки сгрудившихся у берега льдов, смачивают, разламывают, мельчат и, наконец, уничтожают лед. Зная сущность процесса разрушения льда, в некоторых случаях можно его ускорить. В частности, это очень важно для облегчения условий ледового плавания, продления навигации, освобождения судов, попавших в непроходимые льды, для охраны ледовых сооружений. Здесь есть два пути. Один — широко известный и распространенный — использование ледоколов и взрывов. Другой — покрытие поверхности льда тонким темным слоем шлака, каменноугольной пыли, черного песка и смесями из них за несколько недель до обычного времени таяния. Опыленный лед за сутки стаивает на 8 см, а чистый — на 4 см.

Распределение льдов в Мировом океане, мощность и продолжительность их существования в том или ином районе зависит от баланса тепла, режима ветров зимой, отчасти и накопления тепла водой в летнюю пору. Существуют моря, в которых льды можно встретить всегда, в некоторых большая часть их летом тает (например, в Баренцевом и Карском), а в иных они бывают и зимой, и летом — в Северном Ледовитом океане, в большинстве морей Антарктики. Есть моря, где льды бывают только зимой, — Японское, Охотское, Балтийское, Белое, Азовское, Каспийское. И наконец, в отдельных морях льды встречаются эпизодически, не каждую зиму, иногда же появляются и исчезают (например, в Северном).

Сколько льда на нашей планете? Подсчитать это довольно сложно как из-за отсутствия достаточно полной информации, так и из-за постоянной изменчивости его количества. В северном полушарии максимальное развитие покрова наблюдается в апреле и минимальное в сентябре. В южном полушарии картина обратная. Удалось подсчитать, что площадь морских льдов в северном полушарии изменяется от 8,4 млн. до 150 млн. км², а объем— от 11,5 тыс. до 25,5 тыс. км³ (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей). В южном полушарии площадь льдов колеблется в пределах 12,0—25,5 млн. км², объем 7—30 тыс. км³.

В изучении ледяного покрова очень большое значение имеет его движение, динамика. Для этой цели используются все возможные в настоящее время средства наблюдений: береговые станции, авиаразведка, подводные лодки, дрейфующие станции на льду, специальные экспедиции, искусственные спутники Земли. Эти наблюдения особенно важны в Арктике и Антарктике. Искусственные спутники дают возможность охватить сразу огромные пространства и увидеть их изменения во времени. Знание состояния льдов очень важно для практики — для судовождения, его безопасности и экономичности.

Волнение

Волны в море — это колебательные движения жидкости в некотором слое. И хотя широко распространены такие выражения, как «волна бежит», «быстрый, как волна» или «волна принесла», они неточны. Частицы воды при этом процессе совершают периодические колебания около положения своего равновесия и никуда не бегут. Условно их можно уподобить волнам ржи, над которой проносится ветер, — на поверхности такого поля колосья приходят в движение. А движение в ту или иную сторону на поверхности моря создает течение, если волнение было вызвано ветром. Ветер и есть одна из главных причин, порождающих короткие морские волны. Приливы вызывают длинные волны. Изменение атмосферного давления приводит к образованию так называемых стоячих волн — сейш. Особо длинные волны — цунами — возникают при подводных землетрясениях. Все волны образуются от природных причин, заложенных в космосе, атмосфере или ложе океана. Но и движение корабля вызывает волну на поверхности моря, которая так и называется — корабельной. Самыми распространенными являются морские ветровые волны. Даже после того, как ветер над морем утих, еще долго сохраняется зыбь.

Первым пытался объяснить причины волнения Леонардо да Винчи. Этим вопросом занимались также И. Ньютон, П. Лаплас и др. Постепенно развивалась теория морского волнения, накапливались, анализировались и обобщались материалы наблюдений во всех океанах и морях планеты. В настоящее время существует ряд классификаций морских волн по ряду признаков: силам, действию, изменчивости, отношению к глубине моря.

Известно, из каких элементов слагается волна. Это — гребень волны, или наивысшая точка волнового профиля, и подошва, т. е. ложбина, — наинизшая точка. Линия, проходящая вдоль гребня волны, перпендикулярная направлению перемещения волн, называется фронтом волны. Высота волны — это расстояние по вертикали от гребня до ближайшей подошвы. Расстояние по горизонтали между двумя гребнями или двумя подошвами соседних волн — длина волны. Время, в течение которого форма волны пробегает расстояние, равное ее длине, представляет собой период волны. За один период частица волны описывает свою орбиту. И наконец, расстояние, которое форма волны проходит в единицу времени, называется скоростью волны.

Итак, четыре элемента составляют характерные особенности волны: высота, длина, период и скорость. Три из них связаны между собой определенными зависимостями, из которых можно знать лишь два, а третий вычислить, и только высоту необходимо понаблюдать непосредственно в море или океане.

Из элементов морского волнения наиболее непостоянна высота волны — быстро возрастая, она быстро и уменьшается. Сильно изменяется и длина волны, особенно в начале волнения, когда волны наиболее крутые. С усилением шторма длила все более возрастает, но, достигнув известного предела, она еще долго остается прежней, даже когда ветер уже утих. Самый постоянный элемент морского волнения — скорость: она и мало меняется, и долго сохраняется. Период волны зависит от длины и скорости.

Всем, кто бывал в море или на его побережье, случалось наблюдать, как зарождаются, а потом развиваются ветровые волны. Поверхность моря гладкая, зеркальная, ветра нет. Но стоит ему подуть, начинают появляться мельчайшие первичные волны, называемые еще и капиллярными. На вид это — мелкая рябь. Она вызывается тем, что над спокойной поверхностью моря возникают не-большие воздушные вихри. Таким образом, давление над морем пульсирует, и там, где частицы воздуха опускаются, на воде можно заметить впадинки, а в точках восходящих воздушных частиц — возвышения. Рябь равномерна, она образует параллельные дуги, но складки ее невысоки — всего несколько миллиметров. Ветер все усиливается, волны тоже увеличиваются, растет их высота, длина и крутизна. Это происходит не сразу, должно пройти некоторое время, пока поверхность морской воды прореагирует на действие ветра. При этом, оказывается, имеет значение не только сила ветра, но и его продолжительность, и то расстояние, на котором наблюдается ветер, — как говорят, разгон ветра. Отношение скорости волн к скорости ветра называется возрастом волн.