WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

«Научно-популярное издание ИГОРЬ АЛЕКСЕЕВИЧ ШЛЫГИН ПОПУЛЯРНАЯ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ И СУДОВОЖДЕНИЕ Издательство «Транспорт», 1987 ПРЕДИСЛОВИЕ Анализ аварийности мирового транспортного флота, постоянно ...»

-- [ Страница 2 ] --

Как известно, в любом волновом движении захваченные частицы движутся по орбитам в направлении дви жения волны (см. рис. 7). Такое перемещение частиц воды в горизонтальном направлении называется волновым течением. В длинных внутренних волнах, в которых высота волны достигает 80 метров, а длина 50 — 70 ки лометров, орбита движения частицы представляет собой вытянутый в горизонтальном направлении эллипс.

При таком отношении высоты к длине внутренние волны вызывают значительные перемещения водных масс в горизонтальном направлении.

Это колебательное движение воды способствует ее перекатыванию через порог бухты или фиорда. Вместе с водой в бухту или фиорд попадают питательные вещества, фитопланктон даже из открытого моря. Таким образом, внутренние волны переносят питательные вещества из нижних слоев воды в верхние, обновляют воды во многих бассейнах, бухтах и фиордах, отделенных от моря неглубокими порогами.

Особый интерес с точки зрения мореплавания представляет способность внутренних волн усложнять рас пространение звука в морской воде и искажать показания эхолотов, что особенно заметно при подходах к бан кам и отмелям с крутыми уклонами дна. Опасность этого очевидна.

Как известно, скорость звука в морской воде возрастает с увеличением ее плотности, температуры и со лености. Поэтому на границе между теплыми и холодными или опресненными и более солеными водами зву ковые лучи преломляются. Звук от излучателя эхолота, движущийся прямо вниз, при переходе через слой скачка плотности воды изменяет направление и достигает дна уже не под прямым, а под острым углом весьма неопределенного значения. Отражаясь от дна, звуковой луч вторично преломляется на слое скачка плотности воды и достигает приемника эхолота в виде запаздывающего отраженного сигнала.

Во-первых, этот сигнал затеняет основной, идущий строго по вертикали и определяющий глубину места. Во вторых, зачастую этот запаздывающий сигнал (а он действительно приходит позже основного, так как его путь значительно более длинный, отклоняющий от перпендикуляра к поверхности моря) обладает энергией, превышающей энергию основного сигнала. На ленте эхолота появляются отметки, завышающие истинную глубину места, что наиболее опасно для судовождения. Ошибка измерения глубины при этом, может достигать 5 — 7%.

Такое явление может происходить при наличии слоя скачка плотности воды. Перемещения этого слоя — внутренние волны — вызывают рефракцию звука в воде, поскольку звуковые лучи пересекают слой скачка плотности воды под разными углами. При приближении к банкам, отмелям сами внутренние волны испытывают трансформацию: создается еще более сложная, непредсказуемая картина распространения звука.

Наличие внутренних волн в том или ином районе, особенно вблизи побережий, можно определить по кос венным признакам, например по наличию на поверхности полос гладкой воды. Такие полосы представляют собой либо узкие и длинные зоны, достигающие ширины 10 — 50 метров и собранные в группы протяженностью от нескольких сотен метров до нескольких километров, либо сравнительно большие причудливой формы пятна гладкой воды.

Полосы и пятна разделены участками ряби, которые имеют ширину до 300 метров. Отсутствие мелких волн в области гладких полос и пятен создает впечатление зеркальной поверхности по сравнению с соседней «шеро ховатой» водой.

Гладкие полосы и пятна встречаются преимущественно вблизи побережья и образуются при слабом ветре скоростью до 5 метров в секунду. В открытом море вдали от берегов они обнаруживаются реже. На мелководье такие полосы расположены почти параллельно изобатам, но на глубокой воде они могут быть расположены под различными углами к направлению ветра. При скорости ветра более 5 метров в секунду гладкие полосы разру шаются, возникают узкие короткие полоски, расположенные на близком расстоянии друг от друга;

их длинные оси ориентированы почти по ветру.

Рис. 16. Блок-диаграмма внутренних волн Возникновение гладких полос и пятен в безветренную погоду связано с наличием внутренних волн и присут ствием на поверхности достаточного количества органических веществ. Хотя точный механизм их образования до конца не выяснен, установлено, что средняя глубина прохождения внутренних волн и ее отношение к толщине верхнего слоя влияют на локальную поверхностную циркуляцию и, таким образом, на появление гладких полос. По данным наблюдений, в 85% случаев полосы находились над опускающимся слоем скачка плотности воды, то есть над подошвой внутренней волны (рис. 16). Иногда они появляются между гребнем и подошвой волны Роль органических веществ, которых в прибрежной зоне всегда достаточно много, заключается в создании поверхностно-активной пленки, изменяющей поверхностное натяжение воды. Эта пленка растягивается движу щимися частицами воды иногда на значительные расстояния и гасит рябь. При уменьшении толщины пленки до размеров одной молекулы она разрывается на отдельные пятна. Пленка может разрываться при расхождении частиц воды и соединяться при их сближении.

Такое движение частиц воды на поверхности в отличие от ветрового волнения обусловлено прохождением внутренних волн при неглубоком расположении слоя скачка плотности воды. И действительно, при прохождении гребня такой волны частицы воды над ним, вытесненные слоем скачка плотности воды, как бы разбегаются вдоль линии перемещения волны: происходит, как говорят океанологи, дивергенция вод (см. рис.

16).

При прохождении подошвы внутренней волны частицы воды над ней, наоборот, «засасываются»: происходит конвергенция. В зонах конвергенции при сближении частиц воды поверхностно-активные органические вещества образуют пленку, которая гасит рябь, — появляются гладкие полосы. Появление таких гладких полос служит косвенным свидетельством наличия в данном районе внутренних волн.

Внутренние волны — интересное природное явление в океане, пока еще очень слабо изученное. Теория внут ренних волн только закладывается. Однако исследование вертикальной структуры океана, внутренних волн в настоящее время привлекает к себе все большее и большее внимание не только океанологов, но и ученых других специальностей, связанных с исследованиями океанов и морей.

Такое сплочение научных сил, несомненно, позволит раскрыть еще много загадок внутренних волн.

АПBEЛЛИНГ Ровный береговой ветер вот уже больше суток нес зной пропаленных солнцем Каракумских пустынь... Судно легло в дрейф. Штормтрап еще не вывалился за борт, а наиболее нетерпеливые прямо с палубы прыгнули в воду. Не прошло и секунды, как они с громкими воплями выскочили обратно... Оказалось, что вода резко похолодала — 10 — 11°. И это при температуре воздуха 28°, в районе, где средняя температура воды в это время достигает 20°.

Так наглядно участники экспедиции столкнулись с проявлением последствий апвеллинга в Каспийском море.

Человек и стихия, 1979 год Апвеллингом в океанологии называется явление подъема глубинных морских вод на поверхность. В силу самых различных причин поверхностная вода уходит, и ее место занимает обычно более холодная глубинная вода. В море апвеллинг вызывает бурный всплеск жизни, а на побережьях управляет погодой.

В зоне апвеллинга к поверхности моря с глубины 150 — 300 метров поступают воды, богатые соединениями азота и фосфора, без которых не могут расти мельчайшие водоросли — фитопланктон. Последний живет у поверхности: ему нужен солнечный свет. А химических соединений в верхних слоях океана содержится немного. Бурное развитие фитопланктона в обычных условиях не может продолжаться постоянно, так как запасы питательных солей быстро иссякают.

Но в районах апвеллинга в поверхностные слои снизу, из глубинных слоев, непрерывно подаются необходимые для развития фитопланктона соли. Они образуются в результате отмирания и опускания вниз многочисленных морских организмов — от рыб и животных до водорослей. В условиях низких температур, повышенной солености и громадного давления органические вещества претерпевают химические и биологические трансформации, в результате чего в глубинных слоях воды образуется большое количество растворенных азотных и фосфорных От английского «upwelling», что означает «движение вверх» солей. Соли путешествуют в глубинах океана на сотни и тысячи миль, не принимая никакого участия в развитии биологической жизни.

Но в некоторых районах в результате воздействия многих физических факторов богатые биогенными солями воды попадают к поверхности. И под действием мощного спускового механизма — солнечного света-в обильно удобренных морских водах начинает бурно развиваться жизнь: в первую очередь начальное звено морской жизни — мельчайшие растительные клетки фитопланктона.

Урожаи фитопланктона в таких водах в тысячи и десятки тысяч раз больше средних. Водоросли служат пи щей мелких рачков, рачками кормится мелкая рыба, за ней охотится крупная — жизнь кипит, возникают на стоящие оазисы в океане. В этих районах идет интенсивный промысел рыбы. Общеизвестно рыбохозяйствен ное значение обширных зон апвеллинга у берегов Перу, Марокко, полуострова Калифорния, Юго-Западной Африки. Например, в районе Перуанского апвеллинга рыбопродуктивность в 100 раз больше, чем в соседних районах океана. Здесь добывается примерно 20% мирового улова рыбы.

Зоны апвеллингов имеют существенно важное значение для транспортного флота. Более холодные и плотные по сравнению с окружающими водными массами воды в зоне апвеллинга оказывают влияние на гидро метеорологические условия в данном районе. В теплые сезоны здесь создаются значительные горизонтальные градиенты, которые способствуют образованию сильных поверхностных течений. При этом увеличивается вероятность сноса судов с курса. Такой дрейф судов, сам по себе затрудняющий условия плавания, усугубляется тем, что его очень трудно предсказать.

Над районами апвеллинга часто возникают туманы, резко ухудшающие видимость. При этом возрастает опасность столкновения судов. Дело в том, что обширные зоны апвеллинга в большинстве своем являются районами интенсивного промысла рыбы, и здесь всегда много рыболовных судов.

Апвеллинг оказывает крупномасштабное воздействие на погоду и определяет климат, а следовательно, и эко номическую жизнь прибрежных государств, таких, как Чили, Перу. В обычных условиях, когда подстилающая поверхность прогрета, с увеличением высоты температура воздуха падает, и так всегда,... если поблизости нет апвеллинга. В районе апвеллинга, где вода значительно холоднее воздуха, температура воздуха быстро возрастает с высотой и только через несколько сотен метров начинается ее нормальное падение.

Явление возрастания температуры воздуха с высотой в метеорологии называется инверсией. Влажный морской воздух, лежащий ниже слоя инверсии, оказывается запертым в нижнем слое атмосферы, поэтому здесь часты туманы и редки осадки. Инверсия «не пускает» влажный воздух с моря на сушу, поэтому на континенте в районе зон апвеллинга обычно возникают засушливые территории: запертая влага не проникает на континент.

При этом вблизи берега воздух влажный, часты туманы, а чем дальше в глубь континента, тем суше воздух.

Так, апвеллинг породил пустыню Атакама в Южной Америке, где за год выпадает едва ли сантиметровый слой осадков.

Ученые еще в начале прошлого века обратили внимание на феномен уменьшения температуры воды в не которых районах вблизи западных берегов Африки и Америки. Известный германский океанограф Александр фон Гумбольдт объяснял эффект понижения температуры вблизи берегов Перу влиянием антарктических течений. Однако ветвь холодного перуанского течения, идущего к северу вдоль берегов Южной Америки, уже за тысячу километров до исследуемого района имеет температуру выше, чем в этой зоне.

В 1844 году английский ученый У. Тессан доказал, что прибрежные отрицательные аномалии температуры создаются вследствие подъема глубинных вод. Однако термин «апвеллинг» появился и прочно вошел в лексикон океанологов только в середине двадцатого столетия. Каково же происхождение этого природного явления? В океанологии различают 2 типа апвеллинга: прибрежный и в открытом океане.

Прибрежный апвеллинг возникает вследствие сгона поверхностных вод ветром и подъема на их место глу бинных вод (рис. 17). Ветер, дующий под определенным углом со стороны суши, отгоняет массу вод с поверх ности от берега. Если море мелкое, то в этом районе понизится уровень воды, изменится глубина. Но если уклон дна вблизи берега достаточно крутой, то на смену ушедшим водам из глубин поднимается холодная при донная вода.

Основной сгон или нагон воды у приглубого берега создается ветром, дующим почти вдоль береговой черты.

Происходит это в результате отклоняющего действия вращения Земли. Поэтому и при сгонном ветре вблизи приглубого берега наблюдается подъем глубинных вод — прибрежный апвеллинг. Этот тип апвеллинга может возникать эпизодически вследствие сгонных ветров при прохождении циклонов. Такое явление часто наблюдается в Черном море вблизи крымских и кавказских берегов.

В Мировом океане есть много районов, где существуют сезонные ветры. Именно вследствие муссонных ветров наблюдается в начале лета интенсивный подъем вод у берегов полуострова Калифорния. В периоды наибольшей интенсивности явления скорость апвеллинга вблизи калифорнийского берега достигает 2,2 метра в день, или 80 метров в месяц, при среднем подъеме вод, составляющем примерно 20 метров в месяц.

Эти периоды максимального подъема воды фиксируются тогда, когда ветры, достигающие наибольшей силы, дуют не строго вдоль берега, а под углом примерно 20° к береговой черте. Именно тогда совпадают все факторы, определяющие вертикальную динамику вод (силы тангенциального напряжения ветра, трения воды о дно, кориолисова ускорения), и апвеллинг достигает наибольших значений.

Рис. 17. Схема образования прибрежного апвеллинга (Л — зона апвеллинга) Прибрежный тип апвеллинга, вызываемый сезонными муссонами, наблюдается у берегов Юго-Восточной Азии (Бенгальский залив). В этом районе ветры, имеющие летом юго-западное направление, зимой изменяются на северо-восточные. Постоянство муссона, особенно юго-западного, и ориентация побережья вызывают апвеллинг на большом протяжении вдоль восточных берегов полуострова Индостан и западных берегов полуострова Индокитай.

Рис. 18. Основные районы апвеллинга в открытом океане (заштрихованы ) Сезонный апвеллинг большой интенсивности наблюдается у полуострова Сомали и вблизи восточного берега острова Мадагаскар. Восходящие потоки прибрежного типа отмечены в отдельные сезоны также у берегов Ан тарктиды, Юго-Восточной Африки, в некоторых районах Атлантического побережья Северной Америки.

В Мировом океане есть много районов, где дуют постоянные ветры. Так, пассаты в приэкваториальных ши ротах вызывают сток поверхностей воды от западных берегов материков. Именно по этой причине существуют зоны мощного апвеллинга у берегов Перу, Австралии, Северо-Западной Африки, около островов Галапагос.

Сильный и устойчивый апвеллинг наблюдается вблизи берегов Юго-Западной Африки: около мыса Кап-Блан, в районе порта Уолфиш-Бей, между устьем реки Оранжевой и бухтой Сент-Хелина, к юго-западу от Кейптауна.

Такое же явление происходит и в районе Фил-липпинских островов, и у Алеутской гряды, и в Охотском море у острова Ионы, у Шантарских островов, и около острова Хоккайдо (рис. 18). Апвеллинг существует здесь постоянно, однако интенсивность его меняется: скорость подъема вод возрастает зимой и летом и уменьшается в переходные сезоны.

Существование зон постоянного апвеллинга имеет большое значение для рыбного промысла. Так, в зоне Перуанского апвеллинга практически постоянно работают рыболовные флотилии десятков стран. Большое экономическое значение имеют птичьи базары, поставляющие ценное органическое удобрение — гуано.

Поэтому для экономики Перу, Эквадора и других стран, расположенных на Тихоокеанском побережье Южной Америки, катастрофические последствия приносит явление Эль-Ниньо [«Эль-Ниньо» в переводе с испанского означает «младенец»]. Этим ласковым испанским словом называется внезапное смещение зоны Перуанского апвеллинга.

Вследствие изменения условий глобальной атмосферной циркуляции интенсивность пассатных ветров в этом районе ослабевает, направление их потоков смещается. Из-за этого усиливается струя холодного вдольберего вого антарктического течения, и зона апвеллинга уходит на север и северо-запад, скорость подъема вод падает.

Резко уменьшаются уловы рыбы, многие рыболовные суда становятся на прикол — жизнь в портах замирает.

Прибрежные государства теряют такой важный источник поступления валюты, как продажа лицензий на лов рыбы в 200-мильной зоне: апвеллинг сместился за пределы этой зоны. Но проходит год-пол тора, пассаты возвращаются «на свое место», и возвращается зона апвеллинга. Эль-Ниньо миновало.

Для изучения этого интересного с научной и важного с экономической точки зрения явления под руководством Международной океанографической комиссии разработана большая научная программа, в решении которой объединили свои усилия океанологи многих стран.

В открытом океане апвеллинг образуется при расхождении поверхностных течений как компенсационный подъем глубинных вод к поверхности. Расхождение, или дивергенция, может происходить по-разному.

Во-первых, апвеллинг возникает из-за дивергенции поверхностных течений в районе экватора. Здесь в ре зультате взаимодействия поверхностных дрейфовых течений образуются обширные зоны дивергенции. Схема образования дрейфовых течений на экваторе весьма своеобразна. Дело в том, что горизонтальная составляющая угловой скорости Земли — кориолисово ускорение — заставляет движущиеся потоки отклоняться в северном полушарии вправо, а в южном — влево. Поэтому при движении вод океана под действием ветра вдоль экватора с востока на запад поверхностные воды начинают расходиться. На их место поднимаются воды с глубины примерно 200 метров. Возникает апвеллинг, но его интенсивность значительно слабее, чем интенсивность при брежного апвеллинга.

Во-вторых, дивергенция вод может происходить вследствие воздействия больших циклонических вихрей.

При этом центробежные силы сгоняют воду с поверхности от центра к периферии, а ее место в центре занимают поднимающиеся из глубины холодные воды. Такие локальные зоны апвеллинга появляются после прохождения глубоких циклонов и сопутствующих им сильных штормов. Кроме того, подобные апвеллинги появляются в вихрях больших океанических течений.

Некоторую роль в формировании апвеллингов играет рельеф дна. Учеными установлено, что локальные апвеллинги развиваются у подветренной стороны островов и мысов, выступающих навстречу течению, над банками и подводными горами, на границах водных масс и над подводными возвышениями или хребтами в открытом море.

Наиболее известной зоной апвеллинга, вызванного сочетанием рельефа дна и динамики вод, является зона антарктической дивергенции в атлантическом секторе. В этом районе подъем глубинных вод способствует изо билию питательных веществ, которые поддерживают на высоком уровне развитие диатомовых водорослей и фла-геллят, являющихся пищей креветок. А «креветочные луга» в этом районе Мирового океана служат базой роста и развития антарктических китов.

Заканчивая краткое описание явления апвеллинга, можно немного остановиться на противоположной картине — опускании вод. Термин «даунвеллинг» не прижился в океанологической литературе. Произошло это, по видимому, потому, что зоны опускания вод изучены значительно менее, чем зоны их подъема, и не представляют такого большого рыбохозяйственного значения, как зоны апвеллинга.

Но для океанологии изучение зон важно, потому что они цредставляют собой истоки формирования водных масс. Известно, что воды океана неоднородны по вертикали и по горизонтали. В одной и той же точке можно наблюдать теплые слабосоленые воды, теплые осолонен-ные, холодные осолоненные и т. п. Установлено, что водные массы различаются по температуре, солености, содержанию кислорода. Они существуют длительное время (до нескольких тысяч лет), и этими отличиями обязаны своему происхождению. Тот район, где формируются водные массы, накладывает отпечаток на их свойства.

При встрече водных масс разной плотности воды с большей плотностью опускаются и путешествуют на глу бинах десятки и сотни лет, сохраняя свои свойства. При встрече течений образуются зоны конвергенции — схождения и опускания вод, в результате чего образуется совершенно новая водная масса. Так, в районе антарктической конвергенции в море Уэдделла образуется антарктическая водная масса, которая прослежи вается в придонных слоях вплоть до самых северных районов Атлантики и Тихого океана.

Сложная картина вертикального перемещения вод пока еще слабо изучена, поэтому исследования многих ученых-мореведов направлены на решение этой важной научной и практической задачи.

ИЗМЕНЕНИЯ РЕЛЬЕФА ДНА В 1937 году у южного мола Потий-ского порта на Черном море сотрудниками института Черноморпроект ве лись промеры глубин. Неожиданно обнаружилось, что там, где месяц назад такой промер был сделан, глубина за это время увеличилась на 20 м, а это существенно влияет на условия судоходства, устойчивость мола и весь ход изыскательских и строительных работ.

О. К Леонтьев. Дно океана По данным Ливерпульской организации страховщиков, ежемесячно 4 — 5 судов терпят аварии вследствие по садки на мель. Причин посадки на мель статистика не приводит, однако их можно «спрогнозировать»: невнима тельность или низкая квалификация судоводителей, неправильно определивших местонахождение своего судна;

плохая видимость;

штормовые условия...

Но бывает и так: судно идет точно по каналу или рекомендованным курсом, судоводители знают место судна и глубину по карте, шторма нет и в помине. Однако... неожиданный удар в днище, леденящий душу моряка скрежет, толчок, срывающий шлюпки и механизмы, — и судно застывает неподвижным памятником нашему незнанию природных процессов в море.

Судоводитель предусмотрел все, но природа внесла свои поправки в расчеты штурманов и промеры гидро графов: за считанные дни, а иногда и часы глубина места, обозначенная на карте, резко изменилась (и не всегда это бывает в сторону увеличения).

Природа таких деформаций рельефа дна разнообразна. Первое место среди рельефообразующих факторов (не по конечным результатам, а по длительности воздействия) занимают динамические явления в море: волнение и течения, причем волнение является основным фактором, воздействующим на берег и дно моря. На одних участках из-за тех или иных причин берег размывается волнами и отступает в сторону суши: наблюдается так называемая морская абразия. На других участках, наоборот, в результате воздействия волн берег намывается и выдвигается в сторону моря: происходит аккумуляция материала. Но волны воздействуют не только на берега, но и на часть дна моря, простирающуюся от береговой линии в сторону увеличивающихся глубин. Эта полоса дна, находящаяся под воздействием волн, называется подводным береговым склоном. На подводном склоне наблюдаются характерные формы рельефа в виде подводных валов, расположенных параллельно урезу воды или под некоторым уклоном к нему в зависимости от направления волнения и других местных условий.

Особенно развиты подводные валы у отмелых песчаных берегов, где они располагаются в несколько рядов и тянутся на многие мили. А именно в районе берегового склона осуществляется многосторонняя деятельность морского флота: строятся причальные стенки и молы, прокладываются каналы и размечаются фарватеры.

Морское дно здесь обычно образовано скоплением обломочного материала — продукта разрушения коренных пород берега. Под воздействием волн и течений весь обломочный материал приходит в движение, при этом он сортируется в соответствии с крупностью, массой и формой отдельных частиц. Одновременно происходит дробление, окатывание и истирание частиц. Часть обломочного материала, которая перемещается в пределах прибрежной зоны моря, образует наносы. Их можно условно разделить на два класса: донные, или влекомые, состоящие из наиболее крупных частиц (гальки, гравия, крупного песка), которые за все время перемещения не отрываются от дна, и взвешенные. Последние образуются мелкими частицами ила, песка, оторвавшимися от дна и находящимися во взвешенном состоянии.

Наибольшая концентрация взвешенных наносов наблюдается в придонном слое толщиной 0,2 Н (где Н — глубина места), причем основная масса (до 90%) наносов двигается мористее зоны разрушения волн. Именно этот участок берегового склона наиболее динамичен, здесь чаще всего происходят изменения глубин.

Как же перемещаются наносы?

Рис. 19. Схема одновременного поперечного и продольного перемещения наносов При подходе волны к мелководью одновременно с нарушением ее профиля — увеличением высоты, возраста нием крутизны, опрокидыванием — происходит ее торможение. Как правило, волны подходят к берегу под углом, отличным от прямого, и в этих условиях направление движения волн не совпадает с направлением движения воды, происходящего под действием силы тяжести, то есть перпендикулярно берегу. Если при фронтальном подходе волн к берегу взвешенные и влекомые наносы совершают периодические движения вверх-вниз относительно среднего положения без перемещения вдоль берега, то при косом подходе волн путь частицы наносов в жидкости оказывается незамкнутым: одновременно с перемещением вверх и вниз по береговому склону она перемещается вдоль него (рис. 19).

Исследования показали, что наибольшую скорость частицы наносов имеют в самой верхней прибойной зоне — зоне контакта с берегом. В ней происходят интенсивное разрушение береговой черты и перемещение обломочного материала на глубину. Процессы разрушения берега, его размыва длятся до тех пор, пока отток обломочного материала в глубинную часть берегового склона не будет полностью компенсирован его поступлением из зоны аккумуляции (рис. 20). Так вырабатывается профиль равновесия.

Рис. 20. Выработка профиля равновесия при различных начальных уклонах дна: а — большой уклон;

б — г — промежуточные уклоны;

д — малый уклон Естественно, что профиль равновесия устанавливается тогда, когда количество материала, смытого в одной части профиля, равно количеству материала, намытого в других его частях. Из-за этого профиль равновесия сильно зависит от начального уклона. При более крутом начальном уклоне верхняя зона размыва укорочена, и количество выброшенного на берег материала уменьшается. Соответственно нижняя зона размыва увеличивается, и для ее заполнения может не хватить накопленного у берега материала:-восполнение дефицита осуществляется посредством размыва первоначального откоса, и линия берега сдвигается в сторону суши.

Берег в этом случае отступает (рис. 20,а).

Если же уклон берегового склона настолько мал, что энергия волн рассеивается, не доходя до береговой линии, наносы откладываются на некотором расстоянии от берега: образуется аккумулятивный береговой вал, который со временем поднимается выше уровня воды (рис. 20,д).

Каждому начальному уклону соответствует свой профиль равновесия. Выработка такого профиля осложняется при косом подходе волн к берегу. В этом случае на формирование профиля равновесия образующимся вдольбе-реговым потоком наносов влияет не только начальный профиль дна в данном месте, но и извилистость берегов, интенсивность шторма, направление волн относительно береговой черты. Поэтому практически после каждого шторма происходит изменение рельефа дна берегового склона.

Например, средний шторм силой 4 — 5 баллов и продолжительностью около суток вызывает на Черноморском побережье Кавказа перемещение гальки на расстояние 150 — 200 метров. При штормах большой силы общее количество перемещенного материала резко возрастает. В этом же районе объем перемещенного через поперечное сечение берегового склона за сутки материала составляет до 1700 кубических метров.

В естественных условиях за тысячелетия штормового взаимодействия моря и берега природа выработала установившийся режим движения наносов и рельеф дна. Этим с успехом пользуются гидрографы и судоводители.

Нередко рекомендованные судоходные трассы вблизи берегов прокладываются между линиями подводных валов — как бы в канале, ограниченном естественными бровками.

В зависимости от подводного рельефа высота прибоя на разных участках берега может сильно изменяться. Во многих местах волны, подходя к берегу над подводными ложбинами, вообще не создают прибоя или образуют его только при очень сильном шторме: такие участки очень Удобны для высадки на берег.

Но нарушения естественного режима наносов ведут к тяжелым последствиям. Достаточно часто морские порты строятся на открытых морских побережьях. При этом для защиты подходных каналов и портов от волнения возводят оградительные молы или волноломы. Эти сооружения вторгаются в естественный процесс движения наносов, что нередко приводит к размыву одних и нарастанию других участков берега, отложению наносов на дне портов и в подходных каналах.

Рис. 21. Изменение берега после возведения мола при крупных наносах:

1 — направление потока наносов;

2 — направление господствующего ветра;

3 — зона аккумуляции наносов;

4 — мол;

5 — линия берега до возведения мола;

6 — зона размыва При явно выраженном потоке крупнозернистых наносов, которые перемещаются вблизи уреза, строительство мола, ориентированного примерно перпендикулярно берегу, вызовет аккумуляцию наносов у мола со стороны их движения и размыв берега — с противоположной стороны (рис. 21). Зачастую наносы быстро заполняют «карман» между молом и берегом и начинают засыпать подходной канал, на котором после этого приходится систематически проводить ремонтное дночерпание. Еще хуже обстоит дело, когда наносы не только заполняют угол между молом и берегом, но и способствуют быстрому выдвижению линии берега к голове мола. При этом порт оказывается полностью занесенным.

Такое произошло с небольшим рыбачьим портом Кро-де-Кань на побережье Средиземного моря, который, имея в 1935 году в голове мола глубину 5 метров, к 1949 году был полностью засыпан галькой.

Процессы у берегов, сложенных мелкими песками, протекают еще более интенсивно и захватывают большую зону. На отмелых побережьях перемещение песчаных наносов происходит под действием волнения и течений на широком участке;

оно прослеживается до глубин, превышающих трехкратную глубину забурунивания. Поэ тому в таких районах ограждающие молы обычно выводят далеко в море, что, однако, не предохраняет берег от размыва и намыва.

Например, в Порт-Саиде строительство мола привело к выдвижению берега с западной наветренной стороны со скоростью 15 метров в год. Предусмотренные в нижней части западного мола отверстия для пропуска наносов были сразу же забиты песком, наносы стали обтекать голову мола, и его решено было удлинить. Такие удлинения осуществлялись неоднократно, и сейчас длина мола более 8 километров против первоначальной длины 2,5 километра, когда мол был выведен на глубину 9 метров. В то же время происходил размыв восточного берега со скоростью 17 метров в год. Пришлось даже принимать меры, чтобы предотвратить отчленение восточного мола от берега. Подобное положение наблюдается и в других портах: Вентспилсе, Синьгане, Цеаре (Бразилия). Интенсивная заносимость подходных каналов и портов наблюдается при движении илистых наносов, которые перемещаются с течениями во взвешенном состоянии в придонных слоях воды. Скорость отложения илистых наносов достигает 1 метр и более в году.

Так, во французском порту Онфлер (устье реки Сены) слой илистых отложений за 1939 — 1945 годы составил 5 метров.

В порту Нампхо (Корейская Народно-Демократическая Республика) на западном берегу полуострова Корея за три года отложился слой ила толщиной примерно 3 метра.

Не меньшее влияние на формирование рельефа дна берегового склона оказывает вторжение человека в про цесс движения наносов и в их баланс. А это бывает тогда, когда без учета динамики береговой зоны моря используются прибрежные наносы: песок, галька для строительных целей. Этот прекрасный строительный материал добывается с пляжей и подводного берегового склона (до глубины 10 — 20 метров).

Однако искусственно образовавшийся таким образом дефицит наносов приводит к разрушительным последствиям: море размывает берега, основания гидротехнических сооружений, пляжей.

Примером такого «хозяйствования» может служить берег в районе Адлера на Черном море, где разработка гальки привела к тому, что в 50-х годах начался интенсивный размыв берега, создалось угрожающее положение для железной дороги и многих строений. Только ценой больших усилий и многомиллионных затрат удалось стабилизировать положение и восстановить былую славу Адлерского пляжа.

Но изменение глубин вблизи берегов может происходить не только из-за прямого антропогенного, то есть вызванного человеком, вмешательства в перемещение наносов. В устьевых участках рек это воздействие про является косвенным образом в виде уменьшения стока рек после строительства каскадов плотин и водохра нилищ.

Плотины перехватывают не только водный, но и твердый сток реки — наносы. Из-за этого естественный режим образования и существования дельты нарушается: она начинает интенсивно размываться. Изменяются глубины в водотоках дельты, подходных каналах, на устьевых барах. Край дельты быстро отступает. Ярким примером этого могут служить дельты рек: Нила, Роны, Куры, Колумбии и некоторых рек Японии.

Движение наносов в прибрежной зоне моря происходит также под действием течений. Постоянные плотност ные или дрейфовые течения обычно обладают скоростями, недостаточными для движения донных наносов.

Они способны переносить лишь взвешенные наносы, но в тех районах, где в грунтах преобладают илистые или глинистые частицы, эти течения выступают в роли основного рель-ефообразующего фактора.

Так, илистые наносы широко распространены в Азовском море, где они пополняются твердым стоком рек Дона и Кубани, а также продуктами интенсивного размыва северо-восточных глинистых берегов моря. Заноси мость портов и каналов в Азовском море характеризуется объемом ежегодных черпаний, исчисляемых мил лионами тонн.

Большую роль в формировании подводных валов и впадин играют разрывные течения. Накопившиеся в не ровностях береговой черты водные массы прорываются в отдельных местах через вдольбереговые валы и выносят на расстояние нескольких миль от берега изрядное количество наносов.

Там, где эти течения теряют свою скорость, влекомые ими наносы выпадают, образуя банки. Известно, что разрывные течения образуются вблизи мысов. Поэтому в бухтах с наветренной стороны мысов эти течения про мывают целые каналы, а в море на траверзе можно ожидать образования мелей.

И, наконец, в размыв дна вносят свою долю и приливные течения. В узкостях они достигают скорости в несколько узлов. Рекордная скорость потока была зарегистрирована в проливе Симор-Нарроус около острова Ванкувер: вода устремляется в этот пролив со скоростью горного потока и, естественно, размывает дно.

Из-за того, что приливные течения охватывают всю толщу воды от поверхности до дна, размыв грунта при ливными течениями происходит весьма интенсивно. Приливные течения создают глубокие желоба-промоины у входа в заливы. Например, в проливе Золотые Ворота (полуостров Калифорния) образовалась впадина глуби ной до 100 метров. В одном из проливов Японского моря есть желоб-промоина глубиной примерно 500 метров, окруженная мелководьем.

В обоих случаях столь значительная глубина объясняется размывом дна течениями, устремляющимися во время прилива в залив, а при отливе — в открытое море. Даже когда активного размыва не происходит, влияние приливных течений сказывается в том, что накопление осадков на дне идет замедленно. Дно здесь бывает скалистым или покрыто грубыми осадками, например гравием.

На изменения глубин вблизи берегов, кроме динамических факторов давления вод, оказывают некоторое влияние также длительные, вековые, изменения уровня моря и вертикальные движения суши.

Близкий к современному уровень Мирового океана и связанных с ним морей установился лишь примерно тысяч лет назад. В послеледниковый период 17 тысяч лет назад уровень океана начал быстро подниматься из-за таяния льдов и повысился за 12 тысяч лет более чем на 100 метров. И сейчас уровень океана повышается на — 12 сантиметров в столетие.

Вертикальные перемещения земной коры — бесспорный факт, вызванный незатухающей деятельностью в глубинных слоях мантии и ядра нашей планеты. Из-за этого отдельные участки Земли, в том числе берега морей и океанов, поднимаются или опускаются с различной скоростью.

Точными измерениями колебания уровня моря, нивелировками берегов установлено, что скорость вертикальных перемещений побережий морей и океанов и их направление неодинаковы.

Так, северные и западные берега Балтийского моря поднимаются со скоростью 3 — 8 миллиметров в год, в то время как южный и восточный берега ежегодно опускаются на 1 — 2 миллиметра.

Берега морей европейской части СССР, представляющей собой старую тектоническую платформу, опускаются: на Белом море со скоростью до 1 миллиметра, на Баренцевом — со скоростью 2 — 3, на Черном — со скоростью 5 миллиметров в год.

Но одновременно с такими продолжительными процессами, воздействующими на рельеф прибрежного дна в течение месяцев, лет и даже десятилетий и веков, на него могут действовать непродолжительные по времени, но исключительно мощные факторы: штормы, нагоны воды, землетрясения, цунами. В результате глубины на береговом склоне могут резко изменяться.

Длительный процесс формирования профиля равновесия может быть нарушен одним сильным штормом. Во время таких штормов миллионы кубометров обломочного материала приходят в движение, и нередки случаи, когда в результате шторма приостанавливается деятельность портов: нужно срочно углублять подходные ка налы.

Именно после сильных штормов увеличивается вероятность касания грунта судном или посадки его на мель в тех местах, где гарантированная глубина по карте не дает оснований для беспокойства. Поэтому, приближаясь к портам, подверженным быстрой заносимое™, мореплаватели должны быть особенно осторожными после прохождения там интенсивных штормов.

Такое же явление происходит после сильных нагонов воды. Как правило, во время нагона под действием ветра и волн вода медленно поднимается, заливая прибрежные территории, но после перемены направления или снижения силы ветра она с огромной скоростью стекает обратно в море, образуя новые протоки и оставляя массы песка на пониженных местах.

Так, 28 октября 1969 года после нагона воды в южной части Азовского моря, когда уровень моря в районе порта Темрюк поднялся на 3,6 метра, портовая акватория, ранее отделенная от русла реки Кубань пересыпью, соединилась с ней широкой протокой. Образовались новые гирла в устье реки, а в районе устьевого бара, где глубина обычно не превышала 1,2 метра, появились промоины глубиной до 3 метров.

Но наиболее резкое воздействие на рельеф дна оказывают землетрясения и цунами. Землетрясения или оползни, происходящие вблизи берегов, прямо воздействуют на морское дно, поднимая или опуская донные ко ренные породы или осадочные плиты на десятки метров. Так, в результате землетрясения 10 июля 1958 года на Аляске в заливе Якутат ушел под воду прибрежный участок длиной приблизительно 300 и шириной 50 метров, обнажив береговые утесы на высоту 3 — 4 метра.

Самые катастрофические и вместе с тем уникальные события разыгрались в бухте Литуя, которая представля ет собой заполненное водой ложе древнего ледника и имеет Т-образную форму. Длина бухты 11 километров, ширина в основной части 3 километра, максимальная глубина до 200 метров. Внутренняя часть бухты похожа на фиорд, и отвесные стены вздымаются на высоту от 650 до 1800 метров.

Во время землетрясения с северо-восточного берега с высоты 900 метров в залив обрушилось примерно миллионов кубических метров породы. Вытесненная обрушившейся массой из залива вода выплеснулась на противоположный берег, достигнув высоты 520 метров (!). Движение воды было настолько стремительным, что был выкорчеван весь лес, попавший в зону затопления и с деревьев были содраны кора и сучья.

Как и при нагонах воды, при прохождении цунами на прибрежные формы рельефа дна воздействует наиболее сильно обратный поток. Вода очень быстро поднимается, но отступает она с еще большими скоростями, дости гающими десятков метров в секунду. В результате цунами образуются новые многочисленные заливы и протоки, зачастую разрушаются причальные и оградительные сооружения, меняется весь облик побережья.

Такими же разовыми, короткопериодными, но гораздо менее влияющими на рельеф берегового склона силами выступают высокие паводки на реках, сильные подвижки льда.

С одной стороны, речные паводки выступают как разрушающий фактор: вследствие высоких скоростей потока они способствуют углублению фарватеров и каналов (но только в том случае, если направление этих каналов совпадает с направлением потока). В то же время, промывая один глубокий водоток и делая его еще более глубоким, паводок тем самым способствует сосредоточению в нем основной массы воды и отмиранию соседних более мелких водотоков. А если в этих мелких водотоках проходит судоходный канал, то можно с уверенностью сказать, что он также обречен на отмирание.

С другой стороны, речной паводок несет много наносов. Эти наносы благодаря относительно высокой ско рости потока не задерживаются на месте обычного бара реки: они поступают дальше в море и там, где скорость потока падает, дают начало новому бару или образуют отмель. Такие отмели тем более опасны для плавания, что они не обозначены на картах и обнаруживаются лишь после дополнительных промеров. Поэтому, прибли жаясь к устью реки, судоводителям нужно быть особенно осторожными и принимать во внимание время последнего весеннего или дождевого паводка.

Подвижки льда, как правило, приводят к увеличению глубины: своим зубчатым нижним краем льдины срезают неровности дна, нивелируют его поверхность. Однако бывают случаи, когда льдины, содержащие большое количество включений песка, садятся на мель, образуя стамухи. Последние затем тают на месте, и песок выпадает на дно, уменьшая и без того маленькую глубину над мелью: мель становится ближе к поверхности воды.

Таким образом, изменчивость рельефа дна берегового склона — факт несомненный, и его необходимо учитывать при приближении судна к берегу и особенно при движении вдоль побережья.

МОРСКИЕ УСТЬЯ РЕК Вся жизнь из воды происходит, Вода все хранит, производит.

Когда б не скоплялся туман, И туч не рождал океан, И дождь не струился ручьями, И реки, наполнившись, сами Опять не впадали в моря, Где были бы горы со льдами, Долины и все мирозданье?

Вода, из себя все творя, Все зиждет, вся жизнь — в океане!

И. В. Гете. Фауст Многие водные артерии равнины, бурные горные потоки, реки степей, лесов и тундры несут свои воды в моря. Место впадения реки в море называется ее устьем. Однако под этим понимается не только линия соприкосновения речных и морских вод, но и обширная зона низовья реки и прилегающего участка моря.

Приближаясь к морю, река становится шире, ее течение замедляется, появляются острова. На подступах к устью реки и морская вода заметно меняется: перемешиваясь с мутной речной водой, она приобретает буроватые и зеленоватые оттенки, изменяются ее соленость, температура, прозрачность.

Благодаря взаимодействию двух различных по своей природе вод на рубежах рек и морей обычно формиру ются своеобразные природно-хозяйственные районы. Учитывая это, современная наука выделяет места впадения рек в моря в самостоятельные географические объекты — устьевые области.

Дельтой же обычно называют часть равнины, в пределах которой основное русло реки разветвляется на водотоки, или рукава, впадающие в море непосредственно либо через систему водоемов. Именно в дельтах про исходят сложные процессы взаимодействия морских и речных вод, различных по динамическим, физико-хими ческим и биологическим свойствам. Река может впадать в море не только через многорукавную дельту, но и через однорукавное устье, образовывать под действием приливов своеобразную воронку — эстуарий.

Понятие «дельта реки» вошло в современную науку с легкой руки известного древнегреческого историка Геродота, который, путешествуя по Египту еще в V веке до новой эры, обратил внимание на то, что наличие двух крупных рукавов придает устью Нила форму перевернутой буквы Д (дельта) греческого алфавита.

Благодаря географическому положению — на стыке морских и речных путей — устья крупных рек издавна играют большую роль в хозяйственной жизни людей, в развитии человеческого общества. Благоприятные кли матические условия в дельтах рек тропических, полузасушливых и засушливых зон, прекрасно увлажненные и чрезвычайно плодородные почвы способствовали их заселению и хозяйственному освоению на самых ранних этапах развития общества. Несколько тысячелетий назад были заселены устьевые области Нила, Евфрата, Тигра, Ганга, Янцзы, Амударьи. Эти районы стали очагами человеческой цивилизации.

Позднее устья рек стали использоваться и как транспортные узлы, связывающие речные и морские судоходные пути. Началось строительство портов в глубоководных устьях, представляющих собой естественные хорошо укрытые от волнения гавани. Большинство крупнейших современных морских портов находятся в устьях рек. Сооружение портов шло одновременно со строительством городов. Приморские города, вначале связанные только с портом, при наличии благоприятных экономических условий развились в крупные промышленные центры (Ленинград, Нью-Йорк, Лондон, Калькутта, Гамбург).

Устья многих рек плотно заселены. Треть всех городов мира, имеющих население более миллиона человек, расположена в дельтовых районах. Численность населения в дельтах некоторых рек очень велика. В дельте Нила живут примерно 7 миллионов человек, в устьевой области Ганга — более 30 миллионов.

Большая роль устьев рек в жизни человечества заставила ученых обратить внимание на процессы их об разования и развития.

Процесс образования дельт весьма сложен и определяется многими факторами. К основным из них относятся:

сток речных вод и наносов, морское волнение и течения на взморье, наличие приливов, глубина моря в месте впадения реки, тектонические поднятия и опускания дна, хозяйственная деятельность человека.

Сток воды и наносов из реки играет главную роль при формировании дельты. Обычно в месте впадения реки в море скорость потока еще достаточно велика для того, чтобы способствовать размыву и углублению дна русла. Однако при выходе потока на взморье скорость стокового течения уменьшается и основная масса наносов выпадает, создавая устьевой бар. Одновременно скорость потока речных вод уменьшается не только по направлению от устья к взморью, но и поперек речной струи — от стержня к берегу. При этом происходит выпадение наносов в виде кос, как бы являющихся продолжением берегов реки.

Рис. 22. Схема образования приустьевой ямы и осередка:

а — продольный профиль;

б — план;

1 — осередок;

2 — приустьевая яма;

3 — кривая скоростей речной струи;

4 — приустьевые косы Отложившиеся наносы создают подпор воды и вызывают перепады уровня как вдоль, так и поперек потока.

Такой поперечный уклон уровня обусловливает распластывание потока над баром, его расширение и раздвоение. Образовавшиеся раздельные потоки прорезают бар, и в его середине возникает осередок. Затем он закрепляется растительностью, выходит на поверхность и превращается в остров.

Так происходит дробление устья реки на рукава и формирование всей гидрографической сети дельты.

Поэтому на морском крае дельты наблюдается много рукавов и проток. С удалением от моря острова дельты укрупняются, за счет отмирания мелких проток повышаются и зарастают тростником и кустарником (рис. 22).

Таким образом, бар, осередок и остров, представляющие собой развитие одной и той же русловой формы, являются неотъемлемой частью любой дельты. Их совокупность и образует хорошо развитые дельты большинства крупных рек.

Процесс разветвления дельты особо ярко проявляется в период половодья, когда река несет основную массу воды и взвешенных частиц. В это время происходят сильные деформации русла реки: гряды и ямы спускаются вниз по течению, могут достигать бара и изменять его конфигурацию.

На морском крае дельты течения и волнение стремятся выровнять подводный склон берега, выработать динамический профиль равновесия, то есть создать такой подводный склон берега, при котором приток речных наносов уравновешивается их оттоком в смежные районы. В этом месте река, формируя устьевой бар, увеличи вает крутизну склона дна на взморье и усложняет его рельеф. Однако волнение разрушает верхнюю часть под водного склона и аккумулирует наносы у его подножия. Вдольбереговые течения могут приносить из соседних районов побережья морские наносы, образующиеся при разрушении берегов и дна прибрежной зоны моря и откладывать их на взморье, что способствует выдвижению дельты.

Такой вдольбереговой поток наносов при установившемся режиме волнения и течения зачастую формирует у морского края дельты песчаную косу, блокирующую устье рек. При этом возможны полное отгораживание реки от моря в месте ее прежнего впадения и поворот русла вдоль блокирующей косы.

Следует отметить, что влияние морского волнения и течений на взморье на процесс образования дельты тем больше, чем меньше водный и твердый сток реки. Однако, как правило, основным источником наносообразующего материала в береговую зону моря служит твердый сток рек: большинство дельт сложено из материалов речных наносов.

Глубина моря в приустьевом районе оказывает влияние на процесс дельтообразования. На мелководье количество материала, которое требуется для выхода на поверхность активных форм рельефа дна и построения подводной дельты, значительно меньше, чем при большой глубине моря. Кроме того, на больших глубинах разрушительное воздействие волнения на морской край дельты значительно сильнее.

Тектоническая деятельность и общие поднятия и опускания суши относительно моря способствуют интенсив ному изменению облика дельт рек.

К примеру, дельта Волги в период резкого падения уровня Каспийского моря интенсивно росла в результате как отложения речных наносов, так и причленения к дельте обсохших участков дна взморья. При стабильном стоянии уровня (1863 — 1914 годы) линейное нарастание дельты составляло 94 метра в год. За последующие лет при падении уровня на 0,40 метра годовой прирост дельты увеличился до 190 метров, а при падении уровня на 1,45 метра в 1927- — 1940 годы — до 370 метров.

Большое влияние на дельтообразование оказывает деятельность человека. В результате строительства плотин и водохранилищ, изъятия части стока на орошение уменьшается сток воды и наносов рек, изменяется их внутри-годовое распределение. Так, строительство Цимлянской гидроэлектростанции привело к уменьшению стока наносов Дона с 4 до 3,2 миллиона тонн в год.

При уменьшении стока воды и наносов появляется тенденция к уменьшению скорости роста дельт. В отдельных случаях возможны размыв и отступание уже образовавшихся дельт под влиянием разрушительной деятельности волнения на взморье.

Другим антропогенным фактором является искусственное углубление русла или обвалование отдельных во дотоков. При этом основной сток сосредоточивается в некоторых рукавах: дельты этих рукавов начинают расти. Дельты же других рукавов отмирают: зарастают водной растительностью или отступают под действием волнения моря и вдольбереговых течений. Поэтому при проектировании различных гидротехнических сооружений и промышленных объектов на реках нельзя не учитывать их возможное воздействие на процессы образования дельт.

Хотя дельты формируются под влиянием всех названных факторов, роль каждого из них определяется в зависимости от конкретной географической обстановки района. Этим и объясняется большое разнообразие дельт, развивающихся как результат сочетания этих факторов. Это также определяет условия использования устьев рек для хозяйственных целей. В частности, условия судоходства в устьях рек определяются их гидро логическим режимом, в первую очередь наличием и высотой приливов.

В воронкообразных эстуариях приливы могут достигать значительных величин: в устье реки Северн — до метров, реки Птикодиак — до 10 метров, Мезени — до 9 метров. При больших амплитудах волна прилива, заходя в устья многоводных рек, поворачивает вспять их стремительное течение. Этим обстоятельством поль зуются мореплаватели при заходе крупных судов в реку во время прилива. Жители прибрежных районов используют это явление, спускаясь по течению реки в отлив и поднимаясь в прилив.

Приливное течение проникает весьма далеко вверх по реке: на Северной Двине на 120 километров, на Мезени — на 80, на Эльбе — на 140. На Амазонке распространение прилива достигает 1400 километров, причем вдоль по течению наблюдается восемь гребней приливной волны. По реке Святого Лаврентия прилив поднимается на 700 километров, причем на расстоянии 400 километров от устья у Квебека уровень воды повышается на 4, метра.

На некоторых реках свободная поверхность приливной волны в начальной фазе прилива сопрягается с зерка лом речного потока в форме «прыжка», высота которого достигает несколько метров (например, в сизигию на реке Хунгли 9,3 метра). Этот водяной вал, представляющий серьезную опасность для небольших судов, обычно обращен в реку, по которой продвигается вместе с приливом. В отлив вал образуется уступом с крутизной склона 70° в сторону моря и спускается в этом направлении., Это явление обычно называется бор [От английского «bore»], но в некоторых местах его называют иначе: на Амазонке — поророка, на Сене — барр, на Жиронде — маскаре. На реке Пти-кодиак бор появляется на расстоянии 32 километров от устья Здесь уровень мгновенно поднимается на 1 метр, а затем очень быстро его высота доходит до 2,5 метра. В устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, где наблюдаются самые большие приливы в Европе, бор имеет неодинаковую величину, его высота у берегов доходит до 1,5 — 1, метра, а на фарватере — до 1 метра. Скорость продвижения бора в реке Северн составляет 6 — 10 узлов.

Рис. 23. Изменение положения фарватеров в устье реки Мезень в различные годы: 1 — в году;

2 в 1927 году;

3 — в 1928 году;

4 — в 1934 году;

5 — в 1936 году;

6 — в 1955 году;

7 — в 1956 году;

8 — в 1958 году Встречное течение реки и сопротивление русла движению морских вод постепенно ослабляют вошедший приливной поток, затухающий по мере проникновения в устье В отличие от морских условий поворот, или перекидывание, приливного течения на отливное происходит в устьевых рукавах не сразу по всему живому сечению а постепенно — от дна к поверхности и от берегов к стержню Поэтому в данном живом сечении в некоторые часы приливной фазы могут быть два противоположно направленных течения.

Приливные течения, имеющие большие скорости, взаимодействуя с потоком речных наносов, регулярно из меняют глубины в устьевых участках рек. Изменение русла можно проследить в течение приливного цикла.

Стремительно несущийся многоводный поток прилива подрезает берега, смывает банки и заносит ямы, непрерывно меняя фарватер.

Блуждание фарватера оказывается настолько значительным что на многих приливных устьях рек в каждую навигацию приходится изменять судоходную обстановку, и плавание там без лоцманской проводки невозможно (рис. 23). Влияние резких изменений скорости и направления течения выражается не только в блуждании фарватера, но и в ощутимом на протяжении столетий и даже десятилетий перемещении русла реки.

Так, город Мезень, основанный в XVI веке, находился на берегу реки, давшей ему название. Теперь река Мезень отошла на 2,5 километра.

Одновременно с блужданием русла в поперечном направлении обычно отмечается увеличение заносимости устьевого участка реки. Этот факт связан с постепенным накоплением речных наносов и их осаждением на взморье. Устье реки «стареет», и судам становится все сложнее преодолевать его. Процессы старения реки продолжаются столетиями. Однако если устье уже обмелело, то поддерживать условия судоходства крайне затруднительно. Попытки создания судоходных прорезей ни к чему не приводят, так как при больших скоростях приливных и особенно отливных течений прорезь, которую делает земснаряд, немедленно замывается.

Морские устья рек в неприливных районах обычно более консервативны. Процессы формирования устьевых областей здесь продолжаются тысячелетиями. Большинство современных крупных и средних речных дельт начали развиваться в послеледниковый период при значительном повышении уровня океана и затопления низовьев древних речных долин с образованием глубоко вдающихся в сушу заливов.

Несмотря на огромное разнообразие существующих на земном шаре дельт, в развитии таких устьевых об ластей удалось выявить три характерные стадии, практически единые для всех без исключения дельт рек.

Первая стадия — формирование дельты выполнения. Образование такой дельты начинается с отчленения от моря отдельных участков акватории залива волноприбой-ными косами. Далее отчлененные части лагуны заполняются речными наносами, чему в большей мере способствует обширная влаголюбивая растительность (осока, камыш): река как бы сама «выполняет» свою дельту. Обычно в дельте, находящейся в стадии выполнения, имеется много лагун, лиманов, которые в различной степени претерпевают процесс превращения в сушу. Одни из них представляют собой свободные от растительности водоемы, другие имеют вид озер, поросших осокой, третьи уже превратились в болота. Здесь влияние морских факторов — приливов, течения, волнения — ослаблено.

Примером таких дельт могут служить дельты Дона и Кубани.

Вторая стадия — формирование дельты выдвижения. При этом гидрографическая сеть дельты развивается по средством аккумуляции как речных, так и морских наносов на открытом взморье при активном действии морских факторов. Такое явление наблюдается тогда, когда река несет настолько мощный поток наносов, что он в состоянии противостоять морским волнам и течению, уносящим осаждаемый материал за пределы взморья.

Но и здесь возможно сочетание многих факторов. Если сток наносов недостаточен для быстрого развития бара с последующим его преобразованием в осередок и остров, то возникает характерная по своим очертаниям клювовидная дельта, состоящая из двух коротких приустьевых кос.

Если же твердый сток значителен и волнение не успевает разрушать выдвигающиеся участки дельты, то круп ные рукава, берегами которых служат узкие полоски валов наносов, образовавшихся из приустьевых кос, могут выступать в море на десятки километров. Примером таких устьев могут служить устья Миссисипи, Куры, По.

На этой же стадии выдвинутой дельты образуются и упомянутые выше устья, блокированные с моря узкой косой, сложенной из морских наносов. Такая коса образуется при явном преобладании штормов одного на правления и мощном вдольбереговом потоке наносов. При этом узкая коса отклоняет русло реки в направлении преобладающего перемещения наносов. Классическим примером такого типа устья служит устье реки Сенегал.

Третья стадия — стадия формирования наложенной дельты. Дельта формируется в ходе заполнения речными наносами обширных межрусловых понижений на поверхности ранее сформировавшейся дельтовой равнины в условиях практически полного отсутствия активного действия морских факторов. При этом речные наносы почти полностью отлагаются в пределах разливов между основными рукавами, и в море стекает уже осветленная вода. Для этой стадии развития дельты характерно значительное преобладание мелководных водоемов, расчлененных островами или массивами зарослей тростника, камыша и другой влаголюбивой растительности. Примером таких дельт могут служить западная и восточная часть дельты Волги, дельта Или.

Продолжительность отдельных стадий и составляющих их фаз колеблется в широком диапазоне — от нескольких десятилетий до тысячелетий, что объясняется разнообразием факторов, определяющих развитие дельты.

Рис. 24. Устьевая область реки Терек: 1 — 3 — изобаты Основной дельтообразующий фактор — речной сток — сильно влияет на темпы образования дельты:

увеличение стока сокращает, а уменьшение увеличивает продолжительность отдельных стадий и фаз формирования устьевой области.

Сток наносов действует в том же направлении: чем он больше, тем быстрее выдвигается устье в море. Ско рость отмирания отдельных рукавов также зависит от мутности речных вод, продолжительность стадий развития дельты уменьшается с увеличением стока наносов.

Медленное течение процессов дельтообразования в неприливных районах может быть резко нарушено каким либо экстремальным природным явлением: очень большим половодьем или сильным нагоном воды. При этом не только меняется физико-географический облик дельты и происходит смена фаз развития устьевой области, но и большие изменения претерпевают положение русл водотоков и глубины на фарватерах.

При большом паводке река спрямляет извилистые водотоки, прорывает новые рукава, углубляет одни про токи и заносит другие. Сильные нагоны воды приводят к размыву бара и морского края дельты, перераспре делению наносов вдоль него, заносу естественных фарватеров и судоходных прорезей.

Интересны особенности ледовых явлений в зоне взаимодействия рельефа и морских вод. В приливных устьях рек, например, при вхождении морской воды в устье реки возможно образование донного льда. Осенью на кануне ледостава температура воды на отмелом взморье устьевых областей рек, впадающих в моря Северного Ледовитого океана, может понизиться до отрицательных значений.

Проникая во время прилива в русло реки, морская вода охлаждает донный грунт до температуры ниже 0° С, из-за чего при отливе нижние слои пресных речных вод охлаждаются от дна русла. В результате образуется донный лед, который в зависимости от местных условий или уничтожается последующим приливом, или постепенно нарастает. Куски льда из-за меньшей по сравнению с водой плотности отрываются от дна и всплывают на поверхность, создавая известные препятствия судоходству. С одной стороны, на устьевых участках рек пресная более легкая вода, как правило, распространяется поверх морской, поэтому она интенсивнее выхолаживается и лед здесь образуется немного раньше, чем в чисто морских условиях. С другой стороны, весной льды в устьевой области разрушаются не только в результате таяния, но и под действием механического взлома водами реки, Поэтому взморье очищается ото льда раньше прилегающих районов моря.

Таким образом, устьевые области по срокам замерзания и вскрытия отличаются от соседних морских районов.

В последние годы человек вмешивается в процессы дельтообразования не только косвенно — путем гидротехнического строительства в бассейнах рек, но и преднамеренно — создавая новые речные русла, спрямляя водотоки дельт, прокладывая каналы. Такие водохозяйственные мероприятия приводят к быстрому и коренному изменению облика дельт.

Например, река Терек в совсем недавнем прошлом впадала в Аграханский залив. Большой сток наносов Терека приводил к тому, что залив быстро мелел, затоплялись большие территории, приходилось часто углуб лять судоходные каналы. Поэтому была сделана прорезь через Аграханский полуостров, и Терек стал нести свои воды в Средний Каспий (рис. 24). Старая дельта сейчас быстро отмирает, а на месте впадения реки в море начала образовываться новая, так называемая пионерная дельта.

Следует также ожидать образования пионерной дельты в случае углубления до судоходных размеров русла правого рукава Амура в месте его впадения в залив Де-Кастри. Такое углубление позволит сократить путь из Амура в Татарский пролив почти на 600 километров.

Воздействие приливов, мощных паводков и сильных нагонов воды на судоходные условия в устьях рек за частую соизмеримы с влиянием хозяйственной деятельности, однако в отличие от нее последствия природных факторов трудно предсказать. Поэтому при подходе к приливным устьям рек судоводителям необходимо ориентироваться в многообразии явлений: определить фазы прилива, условия образования бора, моменты и особенности смены течений, учесть условия прохода через устье и стоянки на рейде и у причала.

В неприливных устьях рек важное значение приобретает влияние погодных и гидрологических условий к моменту выхода судна в канал и за предшествующие несколько суток. Большой сток реки способствует уве личению скоростей течения на фарватере, изменению глубины на его внутридельтовых участках. Сильные морские и вдольбереговые ветры могут привести к навалу судна на бровку канала, замыванию судоходной прорези на морском крае и самой дельте. Такие внезапные заносы каналов тем более опасны, что они трудно прогнозируются и обнаруживаются зачастую только после того, как судно садится на мель.

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМА МОРЕЙ Вследствие обмеления... района северная граница Астраханского рейда непрерывно переносится к S.

Лоция Каспийского моря На заре нашего столетия известный русский географ и климатолог А. И. Воейков в «Известиях русского геог рафического общества» писал: «Овладеть водой и пользоваться ею для своих потребностей — одна из главнейших задач человека». Эти слова им были сказаны как бы в предвидении современного развития народного хозяйства и его влияния на водные ресурсы нашей страны.

В бассейнах только трех южных морей — Азовского, Каспийского и Аральского — проживает более половины населения страны, здесь находится более 60% пахотных земель, примерно 40% промышленных предприятий. Издавна в этих местах, расположенных в благоприятных климатических районах, богатых полезными ископаемыми и водными ресурсами, развивались орошаемое земледелие, промышленность, бурно росли города. Высокоразвитые рыбное хозяйство, водный транспорт, гидроэнергетика, нефтедобывающая, химическая промышленность и ряд других отраслей народного хозяйства, географически тяготеющих к этим морям, играют весьма важную роль в экономике страны. Поэтому возникшая в настоящее время проблема южных морей страны привлекает внимание не только специалистов, но и широкой общественности.

В чем же суть этой проблемы?

Экономический потенциал южных морей в значительной степени зависит от их гидрологического режима:

уровня воды, ее солености, запасов питательных солей. Режим этих замкнутых (Каспийское и Аральское моря) или полузамкнутых (Азовское море) водоемов в свою очередь определяется притоком речных вод в море и кли матическими условиями.

Однако в последние годы бурный рост орошаемого земледелия, развитие городов, промышленности привели к значительному увеличению изъятий пресной воды из рек.

Так, в Средней Азии, где воды Амударьи и Сыр-дарьи с древних времен служили основой для выращивания хлопка и зерновых культур, освоение новых земель, прокладка каналов и оросительных систем привели к тому, что потребление воды из этих рек начиная с 60-х годов возросло в десятки раз. В последние десятилетия ин тенсивно развивается рисосеяние на Кубани и Дону. Большие ирригационные работы ведутся и в низовьях Волги. Поливное земледелие обеспечивает высокие урожаи бахчевых культур, зерна. Не обделена вниманием мелиораторов и Кура.

На нужды народного хозяйства в бассейне Каспийского моря ежегодно расходуется примерно 35 — кубических километров воды, в бассейне Азова — 14 — 16 кубических километров, а в Средней Азии из Сырдарьи и Амударьи забирается иногда до 70 кубических километров воды в год.

Создавшийся дефицит пресноводных ресурсов отрицательно отражается на экономике региона. Первыми нехватку пресной воды ощутили рыбаки. В 1952 — 1954 годы во время заполнения Цимлянского водохранилища на Дону резко снизились уловы азовских рыб. Непосредственной причиной этому послужило отсутствие затопленных нерестилищ во время паводка, потому что пик половодья полностью использовался на заполнение водохранилища. Главная же причина заключалась в повышении солености воды в море с 11, грамма солей на литр воды до 12,7 грамма.

Еще раньше — в 30-х годах — воздействие такого маловодья испытало морское хозяйство Каспия. Непрерыв ное обмеление северной части Каспийского моря, падение уровня всего моря... Явление это, наблюдающееся уже более 150 лет, вызвано комплексом физико-географических, климатических, антропогенных и других причин.

Каспийское море представляет собой замкнутый водоем, поверхность которого в настоящее время лежит почти на 28 метров ниже уровня Мирового океана. Замкнутость моря и определяет чувствительность его уровня к изменениям климатических условий в бассейне. Вследствие изменения массы осадков, испарения, стока рек непрерывно меняются гидрологический режим моря, гидрографические условия его отдельных районов. Море, не связанное с океаном, чутко реагирует на изменения общей циркуляции атмосферы, которая зависит от глобального термодинамического взаимодействия океанов и атмосферы.

Общие колебания уровня воды в первую очередь отражаются на гидрологии и морфометрии мелководного Северного Каспия. Многочисленные заливы, банки, косы и острова этого района моря, сложенные из песка и ракушечника, меняют свои размеры и очертания не только в связи с общим понижением уровня моря, но и под воздействием сгонно-нагонных явлений и аккумулятивной деятельности рек Волги, Терека, Урала, несущих большое количество твердых наносов.

Наличие обширных мелководий, очень малые уклоны дна в западной, восточной и северо-восточной частях Северного Каспия являются причиной того, что даже небольшое снижение уровня моря влечет за собой осушение обширных территорий. При снижении уровня на 1 метр осушается площадь 10 — 17 тысяч квадратных километров, что составляет почти треть площади Азовского моря. Кроме того, одновременно с падением уровня воды в Каспии берега дельт рек быстро продвигаются в море.

Осушение восточных мелководий ведет к возникновению на их месте пустынного ландшафта, в то время как продвижение морского края дельт рек способствует заилению и зарастанию берегов и водотоков. Зачастую трудно определить, где кончается дельта реки и начинается море.

На постепенное обмеление северной части Каспийского моря и опасность этого явления для мореплавания впервые обратил внимание капитан второго ранга Н. Пущин при составлении первого «Руководства для плавания по Каспийскому морю», которое было издано в 1877 году.

Начало научному изучению Каспийского моря было положено в первой четверти XVIII века, когда Россия стараниями Петра I стала великой морской державой и прокладывала торговые пути на Восток. Экспедиция для изучения Каспия, отправленная Петром I в 1714 году под руководством А. Бековича, составила первые частные карты районов восточного побережья моря. В 1719 — 1729 годах экспедиция Ф. И. Соймонова произвела съемку западного и южного побережья. По данным этих экспедиций указом Петра I была изготовлена и выгравирована на меди «Картина плоская моря Каспийского от устья Ярковского до залива Астрабадского...».

Эту карту можно считать первой полной картой, составленной в основном по результатам исследований.

Совершенствование навигационного оборудования и важные государственные интересы России требовали подробного изучения Каспия. Для этого в 1808 — 1817 годы по распоряжению Адмиралтейского департамента штурманом И. П. Колодкиным был проведен комплекс исследований, включавший астрономические наблюдения, промеры глубин, зарисовку берегов и т. п. Составленный им Атлас основан на инструментальных определениях и потому служит базой для дальнейших исследований и выводов.

И вот, Н. Пущин, сравнивая карты, которые были составлены им во время работы большой гидрографической экспедиции (1858 — 1870 годы) под руководством капитана первого ранга Н. А. Ивашинцева, с материалами Колодкина, отмечает, что глубина в западной части Северного Каспия «...в течение полувека уменьшилась от до 7 фут, что составит средним числом от 1/4 до 3/4 фут обмеления на каждые 10 лет». У восточных берегов также заметно изменение рельефа дна и наступление суши. Такие изменения глубин Пущин объяснил, во-пер вых, переформированием дна вследствие влияния потока наносов из Волги и Урала и ветровых течений со стороны моря и, во-вторых, падением уровня моря.

Рис. 25. Колебания уровня Каспийского моря по наблюдениям в Баку Для изучения колебаний уровня моря еще в 1829 году по инициативе академика Э. X. Ленца в Баку был уста новлен футшток, по которому сейчас имеется наиболее длинный ряд наблюдений. Из данных наблюдений (рис.

25) следует, что за время с 1850 года колебания уровня имели цикличный характер, однако после 1869 года по верхность моря неуклонно понижается. Наиболее интенсивное падение уровня воды относится к периоду после 1932 года, когда скорость его снижения была наибольшей — 1,7 метра за период с 1932 по 1941 год. С года падение уровня продолжалось, но более замедленными темпами. В 1978 году уровень моря находился на отметке около — 29 метров в Балтийской системе, то есть на 3,5 метра ниже, чем средний уровень моря за период до начала интенсивного падения ( — 25,5 метра в Балтийской системе).

Рис. 26. Северная часть Каспийского моря: 1 — современная береговая линия;

2 — береговая линия в 1900 — 1930 годах Падение уровня Каспийского моря привело к резкому обмелению его северной части, отодвиганию береговой линии в море. При этом многие, еще недавно крупные заливы, как, например, Кайдак и Комсомолец, полностью высохли. Обмеление портов и морских каналов значительно увеличило объем дорогостоящих дноуглубительных работ, вызвало недогрузку судов и сделало вообще невозможным подход к некоторым рыбным промыслам. Ухудшились условия нереста ценных промысловых рыб, сократились площади их обитания: за период с 1930 по 1977 год вследствие понижения уровня Северный Каспий потерял примерно процентов наиболее рыбоводной, богатой кормами и нерестилищами площади (рис. 26).

Следовательно, падение уровня моря поставило много вопросов, важнейшим из которых является восстанов ление и поддержание рыбохозяйственного значения Каспия. Для их решения было необходимо выяснить причины снижения уровня моря, изучить его водный баланс.

Приходная часть водного баланса Каспийского моря к началу 1980 года слагалась на 20 процентов из осадков, на 1 процент — из притока подземных вод и на 79 процентов — из речного стока. Расходная часть определялась испарением (97 процентов) и стоком в залив Кара-Богаз-Гол (3 процента). При этом абсолютные значения составляющих баланса далеко не одинаковы. Если подземный сток в среднем оценивается в кубических километра в год, то с осадками приходит 74,2 кубических километра воды, испарение уносит ежегодно примерно 360 кубических километров воды, речной сток составляет 286 кубических километров воды. Следовательно, изменение взаимосвязей последних трех составляющих баланса, в особенности речного стока и испарения, оказывают наибольшее воздействие на колебания уровня моря.

Инструментальные наблюдения за отдельными элементами водного баланса, начатые с 1878 года, позволили сделать интересный вывод: в течение столетия средний расход воды в море превышал приход на 13, кубического километра в год (или слой воды в море толщиной 34 миллиметра), что и вызвало общее понижение уровня моря. Исследования показывают, что все элементы водного баланса из года в год колеблются, то уменьшаясь, то возрастая.

Однако в то время как осадки и испарение имеют обычные циклические колебания около некоторого среднего значения, поверхностный приток при значительных межгодовых колебаниях испытывает явную тенденцию к снижению. Если до 1920 года средний речной сток составлял 352 кубических километра, то в 1930 — 1945 го дах он был равен 278 кубическим километрам. Впоследствии в период 1945 — 1958 годов сток рек увеличился до 286 кубических километров, но в следующем десятилетии он вновь снизился до 259 кубических километров.

Таким образом, сокращение приходной части баланса произошло главным образом вследствие убывания стока рек. Основная масса поверхностного притока в Каспий приходится на долю стока Волги (до 80 процентов), по этому именно он имеет первостепенное значение в колебаниях уровня моря. В маловодный период 1930 — 1945 годов суммарный недостаток в стоке Волги по отношению к среднему составил примерно 864 кубических километра.

Непосредственной причиной уменьшения стока Волги служит главным образом изменение количества зимних осадков в бассейне реки. Хотя и крупный, но ограниченный бассейн Каспия не представляет собой изолированной области, его климатические условия зависят от крупномасшабной циркуляции планетарного характера. Советский географ Л. С. Берг отмечал, что в периоды потепления Арктики уровень Каспия падает, а при похолодании Арктики повышается.

При потеплении в арктических районах и перемещении путей циклонов к северу в средних широтах в холод ную половину года преобладает антициклоническая циркуляция. Это вызывает уменьшение зимних осадков в бассейне Каспия и снижение стока Волги. Именно такое явление и наблюдалось в 1929 — 1939 годах.

В современных условиях на сток рек, а следовательно, и на уровень моря сильно влияет хозяйственная дея тельность человека. Начиная с 40-х годов на реках, впадающих в Каспий, строятся мощные гидроэлектро станции с водохранилищами, принимающими в себя значительную долю паводковых вод. Воду забирают не только заводы и города. Ее недостаток вызывается и возросшим уровнем сельского хозяйства, вследствие чего увеличилось его водопотребление, и развитием поливного земледелия. В результате хозяйственной деятельности человека суммарный сток рек уменьшился на 35 — 40 кубических километров в год.

Следовательно, в современный период человек и природа действуют однонаправленно, уменьшая пресноводные ресурсы моря.

Падение уровня моря и связанное с ним уменьшение площади его поверхности, казалось бы, должны заметно уменьшить испарение. Однако сильные ветровые нагоны, иногда достигающие 3 — 4 метров, приводят к затоплению обширных площадей низменных берегов Северного Каспия. Ширина зоны затопления в некоторых местах составляет 50 километров. После прекращения нагона большое количество воды остается на этих берегах и испаряется.

Говоря о Каспийском море, нельзя обойти такое уникальное географическое явление, как залив Кара-Богаз Гол. В далеком прошлом залив свободно сообщался с морем: Падение уровня моря привело к тому, что проход в залив все более сужался. Воды в залив стало попадать меньше, чем ее испарялось с поверхности. Уровень воды в Кара-Богаз-Голе падал быстрее уровня Каспия и к 1980 году был ниже уровня моря на 3 метра.

Водообмен с-морем принял односторонний характер, а залив превратился в лагуну, постепенно приобретая новые гидрологические свойства: соленость воды увеличилась до 350 промилле. Увеличение солености и осадка солей послужили накоплению мирабилита — ценнейшего сырья для химической промышленности, по запасам которого этот район находится на одном из первых мест в мире. Падение уровня моря отрицательно повлияло на сток в Кара-Богаз-Гол: если в начале XX века сток в залив составлял 25 — 26 кубических километров в год, то в 1970 — 1980 годах — только 5 — б кубических километров. Но даже и при таком малом стоке залив являлся опреснителем для моря: он забирал из моря солей почти в два раза больше, чем их вносят все реки Каспия.

Начиная с 1979 года направленность природных процессов изменилась: естественный сток рек, в первую оче редь Волги, возрос, и уровень Каспия, несмотря на продолжающиеся изъятия вод на орошение, быстро подни мается. Этому же способствовало осуществленное в 1980 году перекрытие пролива, соединяющего залив Кара Богаз-Гол с морем и отделение залива от моря. Тем самым в море ежегодно сохранялось 5 — 6 кубических километров воды, что соответствует приращению уровня в 2,5 сантиметра в год.

А вот изменение режима Азовского моря и прежде всего его осолонение вызваны совокупным влиянием природных процессов и увеличением потребления воды на народнохозяйственные цели. Учеными установлено, что увеличение солености моря на 40 процентов произошло из-за хозяйственной деятельности и на процентов вследствие природной маловодности рек. При этом уменьшились зоны нереста и нагула рыбы, сильно сократились ее уловы.

Если уменьшение стока рек, вызванное хозяйственной деятельностью, привело к увеличению солености Азовского моря и снижению уровня Каспийского, то для Аральского моря характерно совместное проявление этих двух факторов.

Бассейн Арала, общая площадь которого более 2,7 миллиона квадратных километров, является районом традиционного орошаемого земледелия, благоприятным для произрастания многих теплолюбивых культур, в том числе хлопка, риса, винограда, плодовых и цитрусовых. Плодородие почв и продолжительность вегетационного периода позволяют получать на поливных землях по два и даже по три урожая в год. Площадь орошаемых земель в настоящее время превышает 5,5 миллиона гектар.

Однако водные ресурсы бассейна ограничены и оцениваются в 120 кубических километров воды в год, в том числе 40 кубических километров приходится на долю Сырдарьи и 80 кубических километров — на долю Аму дарьи.

С 1961 года изъятие пресной воды из бассейна Аральского моря увеличивалось очень быстро. Бывали годы, когда воды Амударьи и Сырдарьи практически полностью использовались на орошение или когда реки приносили в море только 5 — 10 процентов своего стока. Уровень моря к 1985 году упал на 13 метров. Обсохло до 30 процентов площади дна моря около восточного побережья.

Сильно изменилась береговая черта: полностью исчезли крупные мелководные заливы Джилтырбас на южном побережье моря и Бозколь и более мелкие на восточном. Практически все острова Айпеткинского архи пелага стали сушей, появился ряд новых островов на месте бывших банок. Остров Кокарал стал полуостровом, Малое море практически стало несудоходным, так как глубины в проливе Берга уменьшились до 2 — 3 метров.

Аральск прекратил свое существование как порт, и все судоходство сосредоточилось в Большом море.

Если уменьшение объема огромной чаши Каспийского моря не повлекло за собой заметного увеличения его средней солености, то сокращение объема воды относительно небольшого Арала вызвало катастрофический рост его солености: с 9,8 грамма солей на литр воды в 1969 году до 27 ныне, то есть практически в три раза. Из за этого изменились условия существования промысловых рыб в море.

Таким образом, совокупное влияние природных процессов и антропогенного фактора уже сейчас привело к изменению гидрологических условий южных морей страны. Подобные изменения отрицательно отразились на развитии многих отраслей народного хозяйства. Большой урон понесла и продолжает терпеть рыбная промыш ленность этих бассейнов. Серьезный ущерб в связи с падением уровня морей несет судоходство. Полностью исчезли ранее судоходные акватории на Аральском море, изменились фарватеры на Каспии. Большая стоимость дноуглубительных работ тяжелым грузом ложится на эксплуатационные расходы водного транспорта.

Даже такая отрасль, как индустрия отдыха — рекреация — понесла ущерб. Например, на Азовском море в связи с его осолонением появились полчища медуз, суммарная масса которых превысила 6 миллионов тонн. В этих условиях заметно ослабевает поток отдыхающих на бархатный песок Азовского побережья.

Что касается других морей, то влияние антропогенного фактора на их режим проявляется не столь очевидно, как на Арале, Каспии и Азове. В Черном море современное потребление пресных вод достигло 50 — кубических километров в год при общем речном стоке 360 кубических километров. Наибольший объем изъятий воды приходится на бассейны Днепра, Днестра и Дуная. В связи с этим немного увеличилась соленость в мелководной северо-западной части моря. Наибольшее влияние хозяйственной деятельности проявилось в увеличении солености устьевых лиманов Причерноморья Днестровского, Днепробугского и изменении условий обитания рыб.

Гидрологический режим Балтийского моря претерпевает некоторые изменения не столько вследствие умень шения или увеличения количества поступающих в него речных вод, сколько из-за изменения качества стока. В последние десятилетия в бассейне Балтики значительно увеличилось использование минеральных удобрений.

Из-за этого с полей смывается много солей азота и фосфора. Речные воды, а за ними и морские, получают излишнее количество питательных веществ, и летом в воде начинают интенсивно развиваться мельчайшие водоросли фитопланктона.

В условиях сложившегося веками равновесия экологической системы моря клетки фитопланктона служили пищей для мелких плавающих рачков, теми в свою очередь кормилась рыба. Ныне из-за увеличения притока питательных солей клеток фитопланктона развивается больше, чем нужно для существования всей цепи жизни в море. Излишний фитопланктон отмирает, потребляя при этом растворенный в воде кислород. Образуются зоны дефицита кислорода, гибнет рыба, возникает губительный сероводород. Ныне уже постоянно существуют сероводородные зоны в центральной части Балтийского моря: в Гот-ландской котловине и Ландсортской впадине.

Таким образом, современные антропогенные воздействия на режим Балтийского моря проявляются в его эвтрофикации — так называется явление резкой вспышки продукции фитопланктона с последующим его отмиранием и поглощением большого количества растворенного в воде кислорода.

Что же произойдет с морями в будущем?

Рост промышленности, сельского хозяйства, населения городов необратим, следовательно, и водопотреб ление из рек увеличивается. Характер атмосферных процессов в будущем до конца не выяснен, поэтому и вли яние перспективных естественных факторов на режим морей не определено. Значит ли это, что их гидрологи ческий режим будет по-прежнему изменяться?

В условиях развитого социалистического общества безучастное отношение к окружающей среде, а следова тельно, и к жизни миллионов людей в настоящее время и в будущем немыслимо. Недаром в Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года указано на необходимость охраны природы и ее рационального использования. С целью компенсации негативных последствий, которые влечет за собой увеличение изъятий речной воды, необходимо осуществить комплекс технически сложных и дорогостоящих водохозяйственных мероприятий.

В частности, в последнее время возродилась высказывавшаяся ранее идея переброски воды из Черного моря в Каспийское. Предполагается черноморскую воду сбрасывать прямо в приглубый район Среднего Каспия, чтобы не осолонить важнейшую рыбопродуктивную северную часть моря. Сейчас этот проект находится в стадии научных проработок.

Дополнительное водное питание Каспийского моря в лучшем случае позволит удержать его оптимальный уровень, в худшем — уменьшить скорость его падения. Между тем решение этой проблемы возможно и без пополнения водных запасов моря — посредством использования его внутренних ресурсов.

Существует проект отделения системой дамб северной, наиболее продуктивной части Каспийского моря, от остальной акватории. Реализация этого проекта позволила бы поднять уровень Северного Каспия почти на метра, вернуть рыбе обширные нерестилища и места нагула, улучшить судоходные условия в каналах. Однако при этом возникает необходимость сооружения шлюзов, обеспечения миграции рыб, появляется опасность обмеления подходов к портам Среднего и Южного Каспия. Существует также проект отчленения всего восточного мелководного района Северного Каспия с тем, чтобы уменьшить расходы воды на испарение. В этом случае море сохранило бы почти 30 кубических километров воды в год, но потеряло бы богатые кормовые базы и места нереста рыб.

Рис. 27. Регулирующее сооружение в Керченском проливе (проект):

1 — судоходные шлюзы;

2 — водосливная плотина;

3 — насыпная плотина;

4 — паромная переправа;

5 — существующий судоходный канал Весьма реально другое предложение: обваловать часть мелководий на востоке Северного Каспия, представ ляющих интенсивный испаритель. Учеными подсчитано, что при этом можно сохранить до 13 кубических километров воды в год, ныне теряющихся на испарение с мелководий и с временно заливаемых при нагонах низменных берегов.

Сокращению площади моря способствовало и перекрытие пролива Кара-Богаз-Гол. Однако нежелательная перспектива уменьшения запасов ценного минерального сырья — сульфата натрия заставила построить шлюз регулятор, позволяющий ограничить приток каспийских вод в залив до количества, достаточного для постоянного воспроизводства мирабилита.

Основным средством поддержания на требуемом уровне солености Азовского моря является переброска волжских вод. Уже строятся гидроузлы на нижнем Дону, составляется технический проект регулирующего сооружения в Керченском проливе. Строительство гидроузлов на Дону необходимо не только для создания уровня воды, достаточного для работы водозаборных устройств, но и для поддержания глубин, которые необходимы, чтобы могло осуществляться движение судов типа река — море. Для того чтобы восстановить, а затем поддерживать на оптимальном уровне соленость Азовского моря, требуется переброска такого количества воды, какое расходуется на орошение, то есть 15 — 20 кубических километров в год. Однако это весьма дорого.

Предложено регулировать водообмен между Азовским и Черным морями с тем, чтобы ограничить поступление в азовские воды более соленых черноморских вод. Судоходство при этом будет осуществляться через шлюз-регулятор, размеры которого достаточны для того, чтобы пропускать самые крупные морские суда.

Строительство Керченского гидроузла, кроме прочего (рис. 27), помогло бы решить транспортную проблему, а именно: напрямую связать железнодорожным и автомобильным сообщением крупные экономически развитые районы — Крым и Кубань.

Одновременно предполагается уменьшить обмен вод Таганрогского залива с морем для создания в заливе условий, способствующих развитию осетровых рыб. С этой целью предложено удлинить косу Долгую и сузить двадцатикилометровую ширину пролива до 3 километров.

Рис. 28. Аральское море и схема его возможной реконструкции:

1 сохраняемые части моря с управляемым режимом;

2 — нерегулируемая часть моря;

3 — плотины;

4 — промывно-сбросные сооружения;

5 — направление движения вод. Современная береговая линия проходит по изобате 10 метров Проблема Аральского моря в условиях острого дефицита пресной воды в Средней Азии реально может быть решена путем уменьшения потери воды на испарении, что достигается отчленением отдельных частей моря и сохранением их для транспортных, рыбохозяйственных и рекреационных целей.

Так, есть предложение об отчленении Малого моря путем перекрытия пролива Берга (рис. 28). Это позволит регулировать соленость и уровень Малого моря и сохранить его как рыбохозяйственный водоем. Если же не сохранять Малое море, то, перекрыв пролив между глубоководной западной и мелководной восточной его частями дамбой с водосливами, можно поддерживать благоприятные условия в одной из этих отделенных частей (в зависимости от того, какой вариант будет признан более целесообразным). Не исключено, что со временем Аральское море будет представлять собой не единый водоем, а ряд связанных водоемов — каждый с собственной соленостью, водным и биологическим режимами.

Рис. 29. Схема защитных сооружений Ленинграда Для Черного моря все возрастающее изъятие пресной воды (а к 2000 году водоизъятия могут возрасти до кубических километров в год) ослабит естественный барьер в Босфоре, который препятствует интенсивному поступлению соленых средиземноморских вод. Их приток будет увеличиваться, из-за чего соленость моря будет расти. Это может привести к изменению сложившегося вертикального распределения вод в Черном море.

Для предотвращения влияния изъятий пресных вод на гидрологию моря и рыбное хозяйство устьевых об ластей рек Днепра, Днестра и Дуная запланировано построить регулирующие сооружения в Днестровском и Днепробугском лиманах и каналом Дунай — Днепр связать воедино все водные артерии юга Украины. Естест венно, что условия судоходства в этих местах будут определяться режимом работы шлюзов-регуляторов, рас считанных на пропуск судов, традиционных для этих трасс.

Что касается Балтики, то существенных антропогенных изменений стока рек бассейна моря не ожидается.

Предполагается лишь путем увеличения строительства очистных сооружений улучшить качество речных вод, снизить содержание в них биогенов, органических продуктов и тем самым уменьшить эвтрофикацию Балтийского моря.

Иную цель имеет строительство такого крупного гидротехнического сооружения, как дамбы, отделяющей Невскую губу от остальной части Финского залива. Дамба должна защищать от наводнений Ленинград. Сейчас развитие и перемещение циклонов, атмосферных фронтов над Балтийским морем вызывают деформационные колебания уровня воды, которые в Финском заливе усиливаются ветровым нагоном. В устье Невы этот подъем уровня воды увеличивается и вследствие стока реки. В итоге уровень Невы в Ленинграде нередко повышается на 3 — 4 метра.

Защитные сооружения отгородят от Финского залива акваторию площадью 400 квадратных километров (рис.

29). В их состав Б.ХОДЯТ каменно-земляная дамба общей длиной 23,4 километра, ряд водопропускных секций, каждая из которых включает в себя 10 — 12 водосливных пролетов шириной 24 метра каждый и два судопро пускных сооружения. Вдоль всех сооружений пройдет волнозащитная железобетонная стенка, высота которой на 8 метров выше среднего уровня воды. По гребню дамбы и по постам над водосливными пролетами будет проложена автомобильная дорога, которая свяжет приморские шоссе на северном и южном берегах Невской губы, укоротит путь мимо Ленинграда, даст сухопутную связь Кронштадту с материком. На острове Котлин автомагистраль пройдет западнее границы перспективной застройки Кронштадта.

Исторически сложившиеся условия судоходства в Финском заливе, Невской губе и на Неве определили основные судоходные трассы, которые в мелководной Невской губе закреплены морскими каналами. Сейчас проход судов от торгового порта до Финского залива осуществляется через Южные ворота Невской губы, где морской канал проходит вблизи острова Котлин. Речные суда и суда смешанного река — море плавания проходят через Северные ворота.

После строительства защитных сооружений новая судоходная трасса пройдет через Южные ворота губы между существующим морским каналом и фортом Константин с соблюдением всех требований безопасности судоходства. В Северных воротах судопропускное сооружение расположится на существующем канале. Хотя основное время судоходные сооружения будут открыты (предполагается их закрывать лишь при подходе нагонной волны), условия судоходства в Невской губе существенно изменятся. Иными станут также условия образования и таяния льда, что отразится на характере зимней навигации.

Таким образом, существующие и будущие антропогенные преобразования режима внутренних и некоторых окраинных морей Советского Союза повлекут за собой коренную перестройку условий плавания. Изменятся глубины отдельных районов, фарватеры, появятся новые су-допропускные сооружения. Навигация еще более усложнится — таков естественный путь ее развития.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И МОРЕПЛАВАНИЕ В ОТКРЫТОМ МОРЕ НЕПОСТОЯНСТВО ПОСТОЯННЫХ ТЕЧЕНИЙ В последние десятилетия изменились старые представления о Гольфстриме, как о «реке в океане». В верхних слоях Гольфстрим представляет собой сложную систему струйных течений и круговоротов. Течение живо реагирует на изменения гидрологических процессов если не всего Атлантического океана, то по крайней мере большей части его.

Человек и стихия, 1973 год Летом 1513 года флотилия испанского конкистадора Понсе де Леона стояла на якоре вблизи южной оконеч ности полуострова Флорида. Был полный штиль. Казалось, ничто не предвещало опасности. Вдруг какая-то сила сорвала с якоря один из кораблей и потащила его в открытый океан. По флотилии объявили аврал. Суда поспешили вслед удаляющемуся кораблю. При штиле лишь через несколько часов удалось настичь беглеца. И тут-то моряки заметили, что они плывут среди воды удивительного темно-синего цвета, которая резко отли чается от зелено-голубоватой океанской.

Так было открыто одно из крупнейших течений Атлантики и всего Мирового океана. Позднее оно получило название Гольфстрим, то есть «река залива», поскольку основная его ветвь выходит из Мексиканского залива и, подобно могучей реке, наискось пересекает Атлантику, достигая побережья Норвегии. Расход воды в «русле» течения составляет примерно 70 миллионов кубометров в секунду — в 50 раз больше, чем расход всех рек земного шара. Естественно, что такой поток издавна привлекал внимание мореплавателей, пытавшихся понять его причину и использовать его в своих целях.

В начале XVIII столетия генеральный почтмейстер британских колоний в Америке Бенджамин Франклин обратил внимание на то, что английские пакетботы доставляют почту из Европы в Новый Свет с большим опоз данием. Дело заключалось в том, что капитаны пакетботов не желали слушать американских китобоев, которые советовали избегать сильного встречного течения у берегов Америки. Тогда Франклин, успешно совмещавший руководство почтовым ведомством тринадцати североамериканских колоний с изучением физических и природных явлений, обратился к рыбакам и китобоям. По его просьбе известный в те времена капитан Фольджер из Нанкета, регулярно промышлявший китов вблизи берегов Гренландии и хорошо знавший Северную Атлантику, составил карту течения. Сопоставив эту карту с донесениями с других судов, Франклин сумел проследить особенности струи на большей части океана и в 1 770 году опубликовал генеральную схему Гольфстрима.

На этой схеме Гольфстрим, берущий начало из Мексиканского залива, огибал полуостров Флорида, прижи маясь к восточному берегу Северной Америки, достигал мыса Хаттерас и круто поворачивал на северо-восток в открытый океан. На всем своем протяжении, вплоть до центральной части Северной Атлантики, Гольфстрим изображался как непрерывный поток, своего рода река в жидких берегах. Таким он представлялся на морских картах до самого последнего времени.

В виде сплошных струй показаны и другие постоянные течения Мирового океана.

Представление о циркуляции вод в океане как о движении постоянных потоков сложилось на основании изу чения обрывочных данных о сносе судов. Эти сведения обобщались и осреднялись за длительные промежутки времени — вплоть до десятилетий, что в итоге дало возможность выявить крупные циркуляционные системы в океане и изучить картину переноса поверхностных вод.

Более детальные исследования течений в Мировом океане начали проводиться после того, как океанологи стали понимать влияние неравномерности распределения солнечной энергии на поверхности Земли. Наша планета получает и поглощает теплоту неравномерно: ее поступление в низких широтах больше, чем в высоких, ее поглощение поверхностью суши отличается от поглощения поверхностью океана.

Все это создает неравномерность в распределении плотности океанской воды, способствует возникновению и движению атмосферных образований, циклонов, пассатных и муссонных ветров. Этот мощный природный механизм дает импульс водным массам и постоянно снабжает их энергией, необходимой для движения. Это перемещение водных масс зависит, кроме того, от отклоняющей сил вращения Земли (изменяющейся по значению от экватора к полюсу), очертания берегов океана, рельефа дна.

Рис. 30. Схема циркуляции вод океана:

1 — береговая линия, ограничивающая площадь Мирового океана, занимаемую им на данной географической широте;

2 — направления основных потоков;

3 — главные океанические фронты Совокупность всех действующих сил и создает сложную картину движения водных масс в океане. Для того чтобы охарактеризовать основные потоки в океане, учеными была разработана схема идеального океана, отра жающая его основные размеры в широтном и меридиональном направлениях (рис. 30). При этом наглядно отразились: вытянутость океанов по меридиану;

наибольшая ширина океанов в тропиках;

сближение океанских берегов к северу;

наличие сплошного водного кольца между 35 — 40° южной широты и Антарктидой. Расчеты течений проводились с помощью метода, учитывающего разность плотностей вод, действие ветра, влияние рельефа дна. Полученная в итоге картина отражает особенности поверхностных океанских течений.

На всей акватории от 60 — 70° северной широты до 35 — 40° южной воды переносятся в широтном направле нии: с востока на запад в тропиках и с запада на восток в умеренных широтах. При встрече с берегами материков потоки разветвляются и создают круговое обращение вод. На экваторе формируется система антициклонических круговоротов, которая связывает обращение вод северного и южного полушарий. На всем пространстве между 35 — 40° южной широты и Антарктидой нет сколько-нибудь значительных массивов суши. Здесь господствуют сильные и устойчивые западные ветры, которые приводят к интенсивному переносу вод в восточном направлении. Создается самое мощное во всем Мировом океане циркуляционное течение, соединяющее обращение вод трех океанов. В арктическом бассейне в соответствии с особенностями его конфигурации и наличием полярного центра высокого давления в атмосфере образуется своя циркуляционная система.

Таким образом, круговорот вод в отдельных районах Мирового океана является неотъемлемой частью движе ния вод, естественным процессом, замыкающим их потоки.

Скорость поверхностных течений в соответствии с интенсивностью и устойчивостью ветров в целом повыша ется в направлении от полюсов к экватору. Такая картина постоянных поверхностных течений, полученная рас четным путем для идеального океана, очень схожа с картиной реальных потоков в Атлантическом и Тихом океанах. Здесь можно проследить теплые течения Гольфстрим и Куросио I (см. рис. 30), Зеленого Мыса и Мексиканское II, Бразильское и Во-сточноавстралийское III, холодные Лабрадорское и Алеутское IV, Бенгальское и Перуанское V. Исключение составляет Индийский океан, где «отсутствие» северной части приводит к тому, что перенос вод осуществляется в основном в широтном направлении.

При большом различии факторов, определяющих движение вод во внутренних морях, здесь также наблю даются кольцеобразные течения, однако циркуляционные системы морей отличаются значительным разнообразием и сложностью. К тому же они менее устойчивы (их изменчивость связана с переменой ветра).

При относительно ограниченных размерах морей даже сравнительно небольшое изменение преобладающих ветров приводит к существенной перестройке общей системы обращения вод. В морях северного полушария (Черном, Каспийском, Балтийском, Охотском) наблюдается циклоническое (против часовой стрелки) вращение вод. Однако в Аральском море преобладает антициклонический круговорот, что объясняется особенностями ветрового режима бассейна.

На фоне выявленных общих закономерностей циркуляции вод в океане заметны отклонения, связанные с местными условиями и внутригодовой изменчивостью. В 30-х годах были установлены сезонные колебания Гольфстрима, однако общего представления о пространственной стабильности течений это открытие не поколе бало.

Рис. 31. Фактическое положение основной струи Гольфстрима в конце апреля — начале мая 1975 года по данным судовой и авиатемпературной съемки:

1 — антициклонические вихри (по часовой стрелке);

2 — фактические границы основного потока;

3 — среднее положение максимума течения в апреле;

4 — циклонические вихри (против часовой стрелки) В конце 40-х — начале 50-х годов изобретены электромагнитные измерители течений, разработаны приборы, позволяющие измерять тепловое излучение поверхности моря с низко летящего самолета. Новая техника позволила рисовать почти «мгновенные» картины всего течения. Развитие расчетных методов дало возможность оценить влияние изменений поступления солнечной радиации к поверхности Земли и ветровой активности от сезона к сезону. Были построены расчетные карты поверхностных течений Мирового океана для всех четырех сезонов, которые неплохо совпадали с результатами имеющихся наблюдений.

Было установлено, что все основные известные круговороты и течения океана существуют во все сезоны.

Однако они различаются по пространственному положению и скоростям. Так, зимой в Атлантическом океане круговороты тропической и экваториальной зон имеют гораздо большую протяженность (от Африки до Южной Америки), а северный тропический циклонический круговорот располагается значительно севернее (на 10°) се верной широты. В летний сезон в Атлантике заметно усиливается Мексиканское течение. Увеличивается как ширина и протяженность потока (зимой он просматривается к востоку от 20° западной долготы, летом — на 40° западной долготы), так и скорость течений (от 50 сантиметров в секунду зимой до 70 сантиметров в секунду летом). Усиливается также Северное Пассатное и особенно Канарское течение, струи которого в летний сезон проникают в Гвинейский залив, подпитывая Гвинейское течение. Более мощным становится и Южное Пассатное течение, что особенно заметно в восточной части океана вблизи экватора.

Похожие изменения течений происходят и в Тихом океане.

Использование новых приборов и технических средств — авиационных и космических — позволило глубже изучить структуру крупных океанских течений. В частности, выяснилось, что эти потоки представляют собой далеко не «реку в жидких берегах», как думали раньше. Оказалось, что течения состоят из ряда перемежающихся струй, движущихся с различной скоростью. В потоке Гольфстрима была измерена скорость:

она составила 2,7 метра в секунду, или 5,2 узла. Это самое сильное течение, измеренное в открытом океане.

Кроме того, обнаружилось, что по обеим сторонам основного потока имеются узкие противотечения, но со стороны океана противотечение более устойчиво и скорости здесь могут достигать 2 узлов.

Выяснилась и еще одна интересная особенность Гольфстрима в западной части Атлантики. Отрываясь от мыса Хаттерас, Гольфстрим течет узким потоком, который изгибается в пространстве, образуя излучины (подобно речным меандрам). Меандры, увеличиваясь в размерах, перемещаются вместе с течением, а иногда отрываются от него и движутся самостоятельно.

Оторвавшиеся меандры образуют вихри. Слева от генерального потока вихри вращаются по часовой стрелке, справа — против. Скорость течения в этих завихрениях составляет 0,3 — 2,0 узла (рис. 31). При этом внутри Циклонических вихрей, проникающих в область теплого океана к югу от основной ветви течения, вода холодная, а внутри антициклонов, вторгающихся в холодную область к северу от течений, — теплая.

Наблюдения последних лет показали, что, например, в поле Гольфстрима образуются по пять — восемь пар циклонов и антициклонов в год. Особенно хорошо развитые циклоны Гольфстрима имеют диаметр до километров и захватывают слой водных масс почти до ложа океана (2500 — 3000 метров). Циклоны Гольфстрима дрейфуют в основном на юго-запад со скоростью до 3 миль в сутки.

Наблюдения показывают, что этот дрейф не просто перенос движения: вихрь «тащит» с собой всю составляю щую его водную массу. Отдельные циклоны Гольфстрима живут два года и более, постепенно теряя свою энергию в результате перемешивания с окружающей водой, и могут отходить от Гольфстрима на расстояние свыше 1000 километров. Как правило, эти циклоны исчезают около восточного берега полуострова Флорида.

Антициклонические кольца, отделяющиеся от Гольфстрима с северной стороны, обычно смещаются на запад юго-запад со скоростью до 3 миль в сутки. Каждое кольцо существует около года, по истечении этого времени вихревая система, достигая мыса Хаттерас, снова вливается в Гольфстрим. Однако отдельные вихри движутся на юго-восток и, пересекая основную ветвь Гольфстрима, попадают в Саргассово море. При этом температура воды в центре этих образований уже ниже температуры окружающих теплых океанских вод.

В последнее время кольцеобразные течения обнаружены и в других акваториях. Океанологи Советского Союза и Японии исследуют их в районе течения Куросио, полагая, что они должны определять погоду в этом районе и воздействовать на биологические процессы, важные для рыболовства. Отмечено, что биологические сообщества в кольцеобразных течениях весьма своеобразны по сравнению с сообществами в соседних областях океана.

Циркумполярное течение, движущееся вокруг Антарктиды, оказалось, также порождает кольцеобразные не зависимые холодные системы. Однако их размеры уступают тем, что наблюдаются вблизи Гольфстрима.

Например, обнаруженное кольцевое течение южнее мыса Горн имеет диаметр примерно 50 миль, а скорость движения воды составляет приблизительно 2 узла. Специалисты объясняют это тем, что скорость самого Циркумполярного течения меньше, чем скорость Гольфстрима.

Очевидно, кольцеобразные крупномасштабные течения свойственны всем районам Мирового океана, где есть мощные потоки водных масс. Природа их образования до конца не выяснена. Одни океанологи предполагают, что толчок к началу процесса образования петель Гольфстрима дает ветер вблизи восточных берегов Америки.

Другие связывают меандрирование течения с разницей плотности вод основного потока Гольфстрима и окружающих водных масс Атлантики. Существует еще несколько точек зрения на причины этого явления. Но в любом случае очевидно, что понятие «постоянные течения в океане» весьма относительно: потоки водных масс, как и потоки в атмосфере, обладают неустойчивостью, только гораздо большей.

Это стало еще более ясно после анализа результатов экспериментов, проведенных в Атлантическом океане океанологами СССР и США в 70-х годах. В этих экспериментах, получивших названия Полигон-70, Моде-73, Полимоде-77, проводились длительные (до года) наблюдения за течениями на различных глубинах в сотнях точек тропической Атлантики в районе Бермудских островов. Такое одновременное измерение течений на большой акватории океана позволило обнаружить мощные вихре-образные возмущения в поле скорости течения, перемещавшиеся через область наблюдений.

Эти вихри имеют в поперечнике приблизительно 200 километров, проникают в океан на значительную глубину, и скорость их перемещения на запад составляет 2 — 6 километров в сутки. Однако в отличие от фронтальных вихрей Гольфстрима, возникающих при меандрировании основной струи, вновь обнаруженные вихри составляют сплошное поле располагающихся примерно в шахматном порядке циклонов и антициклонов.

При этом два соседних вихря имеют общую область максимальных скоростей течений, а поступательное движение вихря осуществляется не посредством переноса самих водных масс (как это наблюдается у фронтальных вихрей), а путем перемещения вихреобразного возмущения поля скорости. При этом сами частицы остаются на месте.

Такие вихревые движения получили название синоптических вихрей открытого океана. Это название ука зывает на их подобие перемещающимся атмосферным циклонам и антициклонам. Как и атмосферные образова ния, синоптические вихри — типичное природное явление Мирового океана. Они были обнаружены в экваториальной зоне Тихого океана, в Тихом и Индийском океанах к востоку и западу от Австралии, в районе Гавайских островов, в проливе Дрейка, в Арктическом бассейне, вблизи южной оконечности Африки и в ряде других районов океана.

Как и атмосферные образования, синоптические вихри океана ведут свое происхождение от неустойчивости крупномасштабных течений. Потоки воздуха в атмосфере и потоки воды в океане обладают некоторым «излишком» энергии по сравнению с той, которая необходима для их движения. Этот излишек энергии при движении потока в переслоенной среде (плотность воды или воздуха неодинакова по горизонтали и по вертикали) под влиянием сил Кориолиса и в результате неустойчивости движения дает толчок образованию волнообразных синоптических вихрей. Он же их «подпитывает». Синоптические вихри в атмосфере существуют примерно неделю, постепенно распадаясь. Вихри в океане живут значительно дольше (плотность воды гораздо больше плотности воздуха) — до нескольких месяцев и играют в его жизни существенную роль.

Открытие синоптических вихрей имеет большое значение для понимания и объяснения многих крупномас штабных явлений в океане. С участием вихрей происходят переносы веществ и энергии в океане. Без их изучения невозможно понимание физики океанской циркуляции, а значит, и создание достаточно близкой к природе физической модели крупномасштабного взаимодействия атмосферы и океана. Такая модель в свою очередь необходима для создания надежных методов долгосрочного прогноза погоды.

Распространение звука в океане существенно зависит от распределения в нем плотности воды, что во многом определяется расположением и перемещением циклонических и антициклонических вихрей. В центральных частях циклонических вихрей наблюдается апвеллинг, и эти области характеризуются значительно большей биологической продуктивностью.

Наконец, система циркуляции синоптических вихрей и есть то реальное поле течений, которое воздействует на находящееся в океане судно. Отсюда ясна важность исследования вихрей для океанской навигации. Проходя районы с постоянными течениями, нанесенными на гидрометеорологические карты, судоводители должны знать, что вследствие изменчивости направлений и скоростей течений фактический снос судна на течении может сильно отличаться от предполагаемого.

К сожалению, фронтальные и синоптические вихри еще слабо изучены, и методов прогноза их образования и перемещения пока не разработано.

ТРОПИЧЕСКИЕ УРАГАНЫ Первый удар полной силы. Дом разваливается. Я вглянул на барометр, который показывал 674,5 мм, уронил его в воду, и меня выдуло ветром наружу, в море.

...Я пришел в себя на дереве и увидел, что застрял в ветвях пальмы на высоте 20 футов над землей.

Дж. Лузин. Ураган 2 сентября 1935 г. в Лонг Кей, Флорида «Вы легко можете представить мое удивление, огорчение,... когда я увидел ужасающее положение острова Барбадос и разрушающую силу урагана. Крепчайшие здания и целые кварталы домов, большинство которых было из камня и отличалось своей солидностью, уступали ярости ветра и были сорваны до основания. Целые форты на крепости были уничтожены, и многие тяжелые пушки перенесены с них более чем на 100 футов. Если бы я сам не видел это, ничто не заставило бы меня поверить этому. Более шести тысяч людей погибло, и все жилища были полностью разрушены». К этому свидетельству адмирала Роднея, бывшего в то время командующим английским флотом и очевидца «Великого урагана» в Вест-Индии в 1780 году, можно добавить лишь то, что общее число человеческих жертв тогда составило более двадцати ты-. сяч. Десятки судов со всем экипажем пошли ко дну, полностью были опустошены острова Барбадос, Сент-Люсия, Доминика, Сент Винсент, Пуэрто-Рико.

В некоторых тропических областях земного шара жители островов и прибрежий временами терпят страшные бедствия, причиняемые циклонами небольшого диаметра, скорость ветра в которых в отдельных случаях превышает 120 метров в секунду, а количество осадков, выпадающих за сутки, достигает 1000 — миллиметров.

Все циклоны, зарождающиеся в тропиках, можно подразделить на четыре группы:

тропическое возмущение — область слабой циклонической циркуляции;

тропическая депрессия — слабый тропический циклон с явно выраженной приземной циркуляцией;

наибольшая скорость установившегося ветра не превышает 12,5 метра в секунду;

тропический шторм — циклон, наибольшая скорость установившегося ветра в котором достигает 33 метров в секунду;

тропический ураган — циклон, скорость ветра в котором превышает 33 метра в секунду.

В Японии тропические ураганы называют «тайфунами», на Филиппинах — «бэгвиз», в Австралии — «вилли вилли». Все эти названия в переводе на русский язык означают «большой ветер» или «сильный ветер».

Существует несколько теорий возникновения тропических ураганов.

Согласно конвективной теории ураганы возникают благодаря развитию интенсивных конвективных вертикальных токов воздуха над наиболее нагретыми частями океана, удаленными от экватора на такое расстояние, при котором отклоняющая сила вращения Земли способна сообщить вихревое движение массам воздуха. Часто возникающая в этих районах неустойчивая термическая стратификация атмосферы способствует интенсивному подъему воздуха, пересыщенного водяным паром. В момент конденсации пара выделяется огромное количество скрытой теплоты парообразования, которая переходит в кинетическую энергию циклона.

В центральной части циклона под действием центробежного выбрасывания воздуха при малом его притоке в приземном слое давление быстро падает. Первоначально слабая депрессия атмосферного давления углубляется, и уже через несколько дней мощный циклон начинает двигаться к западу, все более увеличивая свою глубину и скорость движения. Возрастает и сила ветра в нем. Циклон развивается в тропический ураган.

Согласно же фронтальной теории возникновение ураганов объясняется взаимодействием воздушных масс се верного и южного полушарий на тропическом фронте в зоне встречи пассатов. Здесь вследствие интенсивного нагрева поверхности океана наблюдается значительный контраст температур нижних и верхних слоев атмосферы, что создает большую неустойчивость воздушных масс.

И, наконец, теория восточной волны объясняет зарождение ураганов прохождением длинной (до 2000 кило метров протяженностью) волны атмосферного давления. Эта волна, перемещаясь с востока на запад, теряет свою устойчивость и превращается в вихрь.

Но так или иначе, в развитии любого циклона до интенсивности тропического урагана прослеживаются четыре стадии:

формирование — неустойчивая погода, шквалистые ветры различных направлений;

намечается центр циклона, сила ветра не превышает 7 баллов;

молодой циклон — дальнейшее падение давления, образование вокруг центра пояса ураганных ветров, в цент ре погода со слабым ветром или штилем («глаз урагана»);

зрелый ураган — прекращение падения давления и усиления ветра;

площадь, занятая ураганом, увеличивается до максимума;

симметрия урагана нарушается, плохая погода в правой его половине на большей площади, чем в левой;

разрушение урагана — как правило, после поворота урагана через полярный курс к востоку. Его интенсив ность ослабевает, «глаз урагана» исчезает и ураган принимает черты обычного нетропического циклона. Точно так же ураганы затухают и при переходе на сушу, когда прекращается приток влаги и увеличивается трение воздуха о подстилающую поверхность.

Средняя продолжительность существования тропического урагана колеблется от 6 до 9 дней. Наиболее долго существуют ураганы, зарождающиеся вблизи берегов Африки и в районе островов Зеленого Мыса, дважды пе ресекающие Атлантический океан и уходящие далеко на север. Их длительность составляет 3 или 4 недели.

Иногда тропические ураганы переходят в обычные циклоны, и тогда длительность их существования громадна.

Так, ураган 1900 года, погубивший 8 сентября в Галвестоне (США) 6000 человек, начался 27 августа в середи не Атлантики, пересек Карибское море, Мексиканский залив и ушел в глубь континента. В районе Великих Озер он преобразовался в обычный ураган, но, сохраняя силу, пересек Северную Америку, Атлантический океан, Европу и ушел далеко в Сибирь. Время существования этого урагана равнялось 27 дням.

У поверхности земли ураган обычно представляет собой почти круговую область штормовых и ураганных ветров диаметром до 500, а в отдельных случаях — до 1000 километров. Наибольшая скорость ветра, иногда превышающая 80 метров в секунду, встречается в кольце на расстоянии 30 километров от центра низкого давления. Однако в некоторых случаях разрушительные ветры охватывают и более широкую зону. Для Тихого океана средние размеры зон разрушения, сопровождающих тайфун, достигают 40 — 80 километров при общих размерах урагана до 1500 километров.

Скорость поступательного движения ураганов и тайфунов весьма различна. Иногда они стоят на месте, прав да, недолго или движутся со скоростью нескольких километров в час. Скорость 50 — 60 километров в час можно считать средней, максимальное продвижение составляет 150 — 200 километров в час.

Рис. 32. Схема строения тропического урагана Скорость вихревых ветров внутри урагана, особенно в его стенках, значительно больше. К сожалению, инструментально измерить ее не удается: при ветрах скоростью 50 — 60 метров в секунду все измерительные приборы ломаются. По произведенным разрушениям среднюю скорость ветра в урагане можно оценить значением 70 — 80 метров в секунду, а в исключительных случаях — 200 метров в секунду.

Удивительной особенностью тропических вихрей является высокая воронка (до 10 — 14 километров) с крутыми боками, вращающимися с громадной скоростью. На рис. 32,а наверху схематически показаны направления вращения воздуха, посередине дан разрез урагана с хорошо видной центральной воронкой («глазом бури»), движение воздуха в которой направлено книзу. На рис. 32,6 дан разрез воронки урагана, наблюдавшегося в 1882 году в Маниле. До высоты 8 километров бока у воронки весьма крутые, выше — более пологие. Ширина воронки у земли составляет примерно 20 километров, на высоте 6000 метров — километров. Воронка открывается кверху, почти безоблачна, и ветров в ней нет или они очень слабые. Зато стенки воронки представляют собой зону наиболее сильного вращения, наиболее сильных ветров. Они по существу и представляют собой то, что мы называем ураганом. За пределами стенок ветер хотя и сохраняется, но скорость его резко падает — ураган проходит. Уменьшается и высота грозового облака.

Вот как живописно рассказывает о центральной части тайфуна наблюдатель с самолета, пересекающего ура ган: «Мы находимся в стене тайфуна, в зоне максимальных ветров, в зоне конвергенции — сходимости воздуш ных потоков, где скомканные, косые, сдавленные ветры безумно рвутся к гигантской воронке депрессии и не могут преодолеть таинственную границу стены.

И вдруг, когда кажется, что «Боинг» захвачен последним взрывом безумия стихий, наступает внезапная ти шина.

Это глаз, Это зона самого низкого давления, и температура самая высокая...

Это пропасть, бездна в атмосфере, куда, словно на призыв пророка, устремляются фантастические орды миллионов кубометров воздуха, снедаемые нетерпением и головокружением, отягченные жарой, завывающие и кружащиеся, поднимающие океан в волнах и пене, словно дорожную пыль, отбрасываемые назад, сталкивающиеся с другими толпами, охваченными тем же мистическим безумием материи...

Вокруг тянется стена, крепость, которую словно возвели, чтобы сделать нас пленниками этой полной магического очарования страны...» А вот выдержка из книги П. А. Молэна «Охотники за тайфунами» (1967 год):

«Не следует думать, что тайфун четко разграничен, что он выглядит, как вертящийся и растирающий землю в порошок мельничный жернов или как вращающаяся колонна. У него нет отчетливых границ — это масса со смутными очертаниями высотой в два раза выше Эвереста, с кратером в центре, которого никогда не может позабыть тот, кто видел его хоть один раз. Это мир неистовых сил, мир неотвратимой гибели, мир с энергией, равной энергии трех атомных бомб в секунду».

И действительно, энергия тропических ураганов огромна. Подсчеты ученых показали, что в пределах среднего по размерам урагана ежедневно выделяется до 16 триллионов киловатт-часов энергии. Этой энергии достаточно для снабжения электричеством всей территории США в течение полугода. Интересно сравнение энергии урагана с энергией атомной бомбы. Установлено, что кинетической энергии среднего урагана соответствует энергия примерно тысячи атомных бомб, подобных сброшенной на Нагасаки. Небольшая буря с дождем освобождает энергию, эквивалентную энергии трех атомных бомб в секунду. Большой ураган ежедневно расходует энергию, равную энергии взрыва 13 тысяч мегатонных ядерных бомб. И основным источником этой энергии является освобождение теплоты при конденсации водяного пара!

Естественно, при такой громадной энергии и такой огромной скорости ветра волнение на поверхности моря достигает катастрофических величин: известны случаи наблюдения волн высотой более 20 метров.

В центре циклона — в «глазе бури» — при ветровом затишье образуется сильная толчея, представляющая для судов опасность, не меньшую, чем волнение на периферии урагана.

Более четырех тысяч лет на различных судах и плавучих средствах человек выходит в океан. И каждый год люди испытывают на себе гигантскую силу ураганов, каждый год гибнут десятки судов самых различных типов и размеров. Сколько всего судов не выдержало страшного давления несущихся с огромной скоростью воздушных масс и разрушающих волн, мы не узнаем никогда.

Но вот лишь несколько ярких примеров.

Упомянутый «Великий ураган» 1780 года на Антильских островах застал врасплох английский и французский флоты. У одних только французов погибло 40 судов, на которых, кроме экипажей, находилось несколько тысяч солдат. Это век XVIII.

Но и в наш XX век, когда размеры судов позволяют им выдержать любой шторм, а скорость дает возможность избежать встречи с ураганом, недостаточное внимание судоводителей к шторму грозит жестокой расплатой.

В конце второй мировой войны командующий американским флотом, сконцентрировавшимся у берегов Япо нии, не придал значения предупреждениям синоптиков о приближающемся тайфуне. В итоге два миноносца и несколько более мелких судов вместе с экипажами пошли ко дну. Ряд крупных судов получил серьезные повреждения. Флот был разбросан по океану. Военная операция сорвалась.

Но ураган страшен не только в открытом море. При его выходе на сушу с моря на берег обрушиваются громадные волны. Вступая в мелководье, ураган оказывает на воду чрезвычайно сильное давление, буквально выжимая ее перед собой. Образуется длинный водяной вал, который движется с большой скоростью перед ураганом и с меньшей — по его сторонам. Передняя волна сопровождается ветрами, ливнями, грозами.

Боковые волны уходят в стороны от урагана и иногда обрушиваются на берег при полном затишье, предупреждая о близости урагана.

Сильные ураганы образуют длинные волны неветрового происхождения еще в открытом море. При приближении такой волны к берегу уровень воды сначала растет медленно, постепенно. В определенный момент происходит скачок: уровень резко поднимается, и вода обрушивается на сушу. Этот скачок вызывается волной, идущей перед центром урагана и достигающей наибольшей высоты. В некотором роде такая волна может служить предвестником урагана.

Так, в воскресенье 30 июля 1961 года тысячи людей заполнили токийские пляжи;

стояла безоблачная погода, легкий ветер смягчал жару. Внезапно огромные волны обрушились на берег, на людей. Шестьдесят два человека погибло, сто сорок получили ранения. Эти волны оказались предвестниками тайфуна, зародившегося днем раньше в 1500 километрах от японских берегов.

Высота длинной ураганной волны зависит от силы урагана, от того, какая часть урагана — центр или перифе рия — проходит в данном месте, от географических условий района и может составлять 12 — 14 метров.

Так, в Бенгальском заливе длинные ураганные волны достигают огромных размеров, особенно тогда, когда наступление штормовой волны совпадает с приливом. В этих случаях высота волны превышает 11 метров и ураган сопровождается жестокими разрушениями. Рекордным в этом смысле был ураган 7 октября 1737 года в дельте Ганга. Штормовая волна с Бенгальского залива достигла двенадцатиметровой высоты. В этот день погибли примерно триста тысяч человек, было уничтожено более двенадцати тысяч судов и различных лодок.

Длинные волны наибольших размеров, порождаемые тропическими ураганами, наблюдаются вдоль западного побережья Тихого океана. Максимальная зарегистрированная высота такой волны (14 метров) отмечалась июля 1905 года у Маршалловых островов. Наибольшая волна у берегов Австралии (12 — 13 метров) наблю далась при урагане 5 марта 1899 года. Этот ураган пришел с востока и пересек Большой Барьерный риф в его северной части. Ширина его пути была примерно 120 километров.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.