Элементы океанологии.

В спортивном мореплавании на больший интерес представляет динамика моря - его волнение, морские течения, приливы и отливы. Волнение. Морские волны вызываются колебательными движениями частичек воды под действием какой-либо внешней силы - ветра, прилива, подводного землетрясения (цунами), изменения атмосферного давления (барические волны, или сейши), движения судна. Чаще всего плавающее судно испытывает действие ветрового волнения и в приливных зонах - приливной и отливной волны.

Рис. 124. Элементы волны и форма ветровой волны.

Любая волна имеет следующие элементы (рис. 124):

гребень - часть волны, расположенная выше спокойного уровня; вершина - наивысшая точка гребня; ложбина - часть волны, расположенная ниже спокойного уровня; подошва - наивысшая точка ложбины волны.

Кроме того, каждую конкретную волну характеризуют элементы, имеющие численное выражение:

высота (h) - расстояние по вертикали от подошвы до вершины волны; длина ( ) - горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней; крутизна - отношение высоты волны к ее длине (k = h /); период () - промежуток времени, за который волна проходит свою длину; скорость распространения (с) - расстояние, проходимое вершиной волны в единицу времени; направление распространения (N°) - угол, отсчитываемый по картушке компаса от N (или истинный румб, откуда движутся волны).

Линия, проходящая вдоль гребня данной волны, называется фронтом, а линия, перпендикулярная фронту - волновым лучом. Ветровое волнение - результат непосредственного действия ветра на воду в данном месте в данный момент. Ветер изменяет форму волны, которая отличается тем, что подветренная ее сторона значительно круче наветренной (см. рис. 124). Под действием ветра начинается поверхностное движение воды под ветер, гребень волны опережает нижележащие частицы воды и рассыпается, образуя пенистые барашки. Крутизна волны зависит от глубины места: чем меньше глубина, тем круче волны, тем быстрее они разрушаются, образуя прибои (у берега) и буруны (на мелководье или на рифах), предупреждая тем самым об опасности. Высота волны зависит от силы ветра: океанская штормовая волна достигает 8 м, а ураганная - 15 - 20 м при длине до 400 м (на внутренних морях - 5 м при длине 20 - 40 м). Однако в силу вязкости воды высота волны имеет предел, после которого она не увеличивается, какой бы силы ни дул ветер. На водохранилищах при сильных ветрах волны имеют большую крутизну при высоте 2м и более. Волнение успокаивается, если на поверхности воды находятся водоросли, битый лед или "сало", а также при сильном дожде. Направления волнения и ветра обычно совпадают, но в некоторых случаях они могут и разниться до четырех румбов.

Волнение, которое по инерции возникает после прекращения ветра, называется зыбью. В этом случае волны приобретают правильную симметричную форму и отличаются большой длиной с очень малой крутизной. Зыбь в штилевую погоду называется мертвой зыбью. Обычно она может служить признаком надвигающегося шторма или сильного ветра, проходящего стороной. При встрече волн разных направлений (например, зыби и волны от ветра другого направления) или отражении волн от стен гидротехнических сооружений (волноломов, пирсов и т.д.) возникает толчея - беспорядочные стоячие волны. На толчее в сильный ветер малыми судами, особенно тихоходными, управлять плохо, и это надо иметь в виду при подходе к стенке. Влияние волнения, особенно штормового, однозначно: оно не только нарушает нормальный ритм жизни и работы, но в ряде случаев представляет прямую опасность. Штормовая качка приводит к перенапряжению всех связей корпуса, особенно деревянного, рангоута и такелажа. Яхта, попавшая в шторм на мелководье, рискует на большой волне потерять фальшкиль. Поэтому никакие меры безопасности в штормовых условиях никогда не будут чрезмерными.

Рис. 125. Условные знаки течения на карте.

Морские течения. Морское течение - поступательное перемещение больших масс воды - представляет практическое значение в мореплавании. Обладая направлением и скоростью, оно оказывает прямое воздействие на направление движения и скорость судна. В этом смысле важную роль играют ветровые (дрейфовые), поверхностные и приливо-отливные течения. Ветровые течения могут быть постоянными в районах господствующих ветров, чьи скорость и направление меняются мало, и временными (непериодическими), возникающими при кратковременном действии ветра. Скорость ветрового течения зависит от силы ветра: 0,5-0,7 (ветер около 5-6 баллов) - 1,0 уз (в шторм). Поверхностные (навигационные) течения наблюдаются на глубинах до 15 м от уровня моря, но могут распространяться и глубже. Они также бывают постоянными (в океанах - Гольфстрим, Куросиво) и временными. Скорости постоянных течений различны. Они указываются на навигационных картах и в Лоциях (рис. 125). В плавании все течения учитываются навигационными способами.

Приливы и отливы - периодические колебания водных масс - заключаются в постепенном повышении уровня воды до наивысшего и затем постепенным их понижением до самого низкого (рис. 126). Максимальный уровень воды называется полной водой, минимальный, после отлива, - малой водой. Разность между этими уровнями в одном периоде называют величиной прилива. Это явление возникает под влиянием приливообразующих сил, чья природа лежит во взаимном притяжении Земли, Луны и Солнца. Они влияют на подвижную водную оболочку нашей планеты. В значительной степени на приливы влияет притяжение Луны, расположенной намного ближе к Земле, чем Солнце. Поэтому сила лунных приливов больше чем в 2 раза силы солнечных. И хотя эти приливы независимы друг от друга, но, складываясь, они образуют единый лунно-солнечный прилив.

При вращении вокруг Земли Луна в течение лунного месяца последовательно проходит через четыре фазы (рис. 127). На рисунке видно, что при полнолунии и новолунии приливообразующие силы совпадают и вызывают максимальные (сизигийные) приливы. Когда же Луна находится в первой или последней четверти, приливообразующие силы делятся и возникают минимальные (квадратурные) приливы. Такое неравенство приливов называют фазовым, или полумесячным. Период изменений приливов равен 14,6 суток. Различают три формы приливов: суточные, имеющие в период лунных суток (24 ч 50 м) одну полную воду и одну малую; полусуточные, у которых за это же время сменяются две полные воды и две малые; смешанные - с переменой в течение половины лунного месяца периодов с полусуточных на суточный, и наоборот. Наибольшие величины приливов наблюдаются в Атлантическом океане - 18 м (о. Фанди), 11-12 м (у побережья Англии). В Тихом океане они меньше - 7-8 м (у Аляски) и 13 м (в Охотском море).

Основным пособием по приливам для мореплавателя являются "Таблицы приливов". Они бывают постоянные и ежегодные. Постоянные "Таблицы" состоят из трех книг: "Воды Европейской части СССР и прилегающих к ним зарубежных районов", "Воды Азиатской части СССР" и "Зарубежные воды". В ежегодных "Таблицах" зарубежные воды представлены двумя книгами: "Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океан" и "Тихий океан".

С помощью этих "Таблиц" можно вычислить:

• высоты и моменты полных и малых вод в основных портах на заданные сутки;

• высоты уровня моря в основном порту на любой заданный момент между полной и малой водой;

• время, когда прилив достигает заданной величины.

При пользовании "Таблицами приливов" следует внимательно ознакомиться с оглавлением книги и пояснениями к ней. Приливам всегда сопутствуют приливо-отливные течения - периодические поступательно-возвратные движения водных масс, которые зависят в основном от характера прилива. Скорости приливо-отливных течений в разных бассейнах не одинаковы и могут быть от 1-5 (в Белом море) до 0,1-8 уз и более (в Тихом океане). Кроме того, приливы активно участвуют в изменении уровня воды. Это явление сложное и вызывается также сгонно-нагонными ветровыми течениями (классический пример - подобные течения в Финском заливе) и силами гравитации, стремящимися привести частицы воды в состояние покоя. При плавании крейсерских яхт с большой осадкой необходимо учитывать эти колебания.