В приполярных зонах вода, остывая, становится более плотной и опускается на дно. Оттуда она медленно сползает к экватору. Поэтому на всех широтах глубинные воды холодные. Даже у экватора придонные воды имеют температуру только 1—2° выше нуля.

Так как от экватора течения уносят теплую воду в умеренные широты, то на се место из глубины очень медленно поднимается холодная вода. На поверхности она снова прогревается, уходит в приполярные зоны, где остывает, опускается на дно и по дну снова перемещается к экватору.

Таким образом, в океанах существует своеобразный круговорот воды: по поверхности вода движется от экватора в приполярные зоны и по дну океанов — из приполярных зон к экватору. Этот процесс перемешивания воды наряду с другими явлениями, о которых говорилось выше, создает единство Мирового океана.

Течения мирового океана

Летом 1881 г. в Северном Ледовитом океане, к северо-востоку от Новосибирских о-вов, разыгралась трагедия: судно американской полярной экспедиции «Жаннетта» было раздавлено льдами и затонуло. Три года спустя, в 1884 г., у юго-западных берегов Гренландии было найдено 58 различных предметов, принадлежавших этой экспедиции, в том числе спасательный круг с надписью «Жаннетта».

На берега Гренландии и Исландии волны океана часто выбрасывают стволы деревьев, вынесенные сибирскими реками в Северный Ледовитый океан.

Плоды, растущие на Антильских о-вах, иногда обнаруживаются у берегов Шотландии и даже у Шпицбергена. Пемзу, выброшенную при извержении вулкана Кракатау в Зондском проливе в 1883 г., моряки находили через год у берегов Мадагаскара и южной оконечности Африки.

Эти примеры говорят о передвижении воды в океанах от Новосибирских о-вов к южной оконечности Гренландии, от Антильских о-вов к Шпицбергену, от Зондского пролива к Мадагаскару и т. д. В Северном и Южном полушариях во всех частях Мирового океана вода может перемещаться на огромные расстояния. Такие перемещения воды называются морскими течениями.

Исследования показали, что, кроме давно известных поверхностных течений, существуют также глубинные и придонные перемещения воды.

Причины морских течений

Течение рек вызвано наклоном поверхности суши. Казалось бы, что таких наклонов в поверхности Мирового океана быть не должно. Как известно, поверхность воды, предоставленная сама себе, стремится занять горизонтальное положение, и, когда оно достигнуто, движение воды прекращается. Это легко проверить, налив воду в таз. Но если на такую спокойную поверхность

начать дуть, то вода придет в движение, возникнет «течение».

И действительно, одной из причин возникновения поверхностных течений в Мировом океане являются ветры. Вызванные ими течения называются ветровыми, или дрейфовыми 1.

Глубинные и придонные течения обычно связаны с неодинаковой плотностью воды. Более соленая или более холодная вода плотнее, тяжелее, чем менее соленая или теплая вода, и поэтому при встрече с теплой водой холодная не может оставаться на поверхности, а должна уходить в глубину.

Знаменитый русский флотоводец и ученый адмирал С. О. Макаров открыл глубинное течение в проливе Босфор. Тяжелые соленые воды в виде глубинного течения устремляются из Мраморного моря в Черное, в то время как менее соленые воды Черного моря уносятся поверхностным течением в Мраморное.

Соленая атлантическая вода при встрече с менее соленой водой Северного Ледовитого океана уходит в глубину, распространяясь до Северного полюса и даже далее, как показали наблюдения.

Существуют, однако, и течения, которые вызваны наклоном уровня моря. Такие течения называются стоковыми, или сточными. К ним относится Флоридское течение, возникающее из-за нагона вод в Мексиканский ‘залив дрейфовым Карибским течением. В Карском море известно Обь-Енисейское течение, вызванное стоком огромного количества вод великих сибирских рек Оби и Енисея.

Схемы течений мирового океана

Наибольшее географическое значение имеют поверхностные течения. Они оказывают существенное влияние на климат, с ними должны считаться мореплаватели.

Прежде считали, что направление поверхностных течений совпадает с направлением ветров. На небольших водных пространствах это до некоторой степени соответствует действительности. Но в открытом океане, где достаточно глубоко, сказывается уже вращение Земли, отклоняющее течение от направления ветров в Северном полушарии вправо, а в Южном влево.

Подходя к берегу или мелководью из открытого океана, течение разделяется и меняет направление. В тех случаях, когда берег прямолинеен, а течение направлено к нему перпендикулярно, наблюдается раздвоение течения на две одинаковые струи. Одна струя уходит направо вдоль берега, а другая — налево. Приближаясь к берегу под углом, течение раздваивается на две струи разной величины. Большая струя уходит вдоль берега в сторону тупого угла, а меньшая — в сторону острого. Если берег образует выступ, то приближающееся к нему течение разрезается им на две струи, проходящие справа и слева от выступа.

Основные поверхностные течения возникают под воздействием пассатов, дующих над океанами круглый год.

Рассмотрим течения Тихого океана. Течение, вызванное северо-восточным пассатом, образует с ним угол в 45°, отклоняясь вправо от господствующего направления ветра. Поэтому течение направлено с востока на запад вдоль экватора, несколько севернее его. Это течение обязано своим существованием северовосточному пассату. Его называют Северным пассатным.

Юго-восточный пассат создает Южное пассатное течение, отклоняющееся от направления пассата влево на 45°. Оно направлено так же, как и предыдущее, с востока на запад, но проходит южнее экватора.

Оба пассатные (экваториальные) течения, идя параллельно экватору, достигают восточного берега материков и раздваиваются, причем одна струя уходит вдоль берега к северу, а другая — к югу. Южная ветвь Северного пассатного течения и северная ветвь Южного пассатного течения (стрелка 6) идут навстречу друг другу. Встретившись, они сливаются и по зоне экваториального затишья направляются с запада на восток, образуя экваториальное противотечение. Оно очень хорошо выражено в Тихом океане.

Правая ветвь Северного пассатного течения идет к северу вдоль восточного берега материка. Под воздействием вращения Земли оно постепенно отклоняется вправо, отжимается от берега и около 40-й параллели уходит на восток в открытый океан. Здесь его подхватывают юго-западные ветры и заставляют держаться направления с запада на восток. Достигнув западного берега материка, течение раздваивается, его правая ветвь идет к югу, отклоняясь вращением Земли вправо, и потому отжимается от берега. Дойдя до Северного пассатного (экваториального) течения, эта ветвь сливается с ним и образует замкнутое северное экваториальное кольцо течений.

Левая ветвь течения идет к северу, отклоняется вращением Земли вправо, прижимается к западному берегу материка и поэтому следует за изгибами берега и особенностями рельефа дна. Это течение несет из субтропиков воду повышенной солености. Встретившись с более холодной, по менее соленой полярной водой, оно уходит в глубину.

Северо-восточные ветры, дующие из приполярного пространства, также создают течение. Оно, неся очень холодную воду, идет к югу вдоль восточных берегов материка Евразии.

В Южном полушарии левая ветвь Южного пассатного течения направляется к югу вдоль восточного берега Австралии, вращением Земли отклоняется влево и отжимается от берега. Около 40-й параллели (так же как и в Северном полушарии) оно уходит в открытый океан, подхватывается северо-западными ветрами и направляется с запада на восток. У западных берегов Америки течение раздваивается. Левая ветвь уходит вдоль берега материка к северу. Отклоняясь вращением Земли влево, это течение отжимается от берега и смыкается с Южным пассатным течением, образуя южное экваториальное кольцо течений, аналогичное северному. Правая же ветвь мимо южной оконечности Америки уходит на восток в соседний океан. Очевидно, что с запада из соседнего океана через пролив также должно входить аналогичное течение.

Рассмотрите физическую карту мира, где показаны течения. Вам нетрудно будет понять, почему Тихий и Атлантический океаны имеют по два экваториальных кольца течений — к северу и к югу от экватора, а Индийский — только одно в Южном полушарии. К северу от экватора океаническое пространство недостаточно для образования кольца течений.

Карта показывает, что в Тихом и Атлантическом океанах очертания западных берегов и расположенные около них многочисленные острова создают более сложную картину течений, чем изображенная на схеме.

Перейдем к схеме течений в Атлантическом океане. Здесь Южное пассатное (экваториальное) течение направляется из южной части Гвинейского залива к западу между экватором и 15-й параллелью. Подойдя к выступу южноамериканского материка, оно разрезается на две струи. Левая ветвь течения, показанная стрелкой 5 на схеме, уходит на юг вдоль берегов Бразилии. Это течение называется Бразильским. Правая струя (стрелка 6) продолжает двигаться на запад-северо-запад вдоль северного побережья Южной Америки, в частности около Гвианы. Это Гвианское течение. Через проливы между Малыми Антильскими о-вами оно входит в Карибское море.

Северное пассатное (экваториальное) течение, начинаясь у о-вов Зеленого Мыса, идет на запад между 5-й северной параллелью и северным тропиком. Встретив Большие Антильские о-ва, оно разрезается ими. Южная ветвь входит в Карибское море, а затем вместе с Гвианским течением — в Мексиканский залив. Северная ветвь, называемая Антильским течением, следует к северу от Больших Антильских о-вов.

В Мексиканском заливе создается излишек воды. Помимо вод Гвианского и южной ветви Северного пассатного течений, сюда ежегодно вливается 600 км3 воды, которую приносит впадающая в залив Миссисипи—одна из величайших рек мира. В результате уровень воды Мексиканского залива у Флоридского пролива оказывается выше, чем в Атлантическом океане. Поэтому через Флоридский пролив между Флоридой, Кубой и Багамскими о-вами устремляется в Атлантический океан сильное сточное «течение из залива» — Гольфстрим1. К нему с востока присоединяются воды Антильского течения, делая его еще более мощным.

Гольфстрим, отклоняясь вправо, у мыса Гаттерас покидает берег Америки и уходит вдоль 40-й параллели на восток в открытый океан. На пути до Азорских о-вов его воды вследствие сильного испарения делаются более солеными. Около Азорских о-вов Гольфстрим раздваивается. Меньшая струя уходит вправо, в сторону острого угла, и, проходя мимо Канарских о-вов, получает название Канарского течения. Оно замыкает северное экваториальное кольцо течений.

Внутри этого кольца находится Саргассово море, единственное море, у которого нет берегов, так как оно ограничено только течениями. Левая, более мощная ветвь Гольфстрима, направленная в сторону тупого угла, уходит на север, к берегам Европы. Это — Северо-Атлантическое течение.

К западу от Ирландии вдоль подводного порога, тянущегося от Исландии через Фарерские о-ва к Шотландии, от него отделяется струя, уходящая к Исландии. Она образует течение Ирмингера, приносящее теплую воду к южным и западным берегам Исландии. Именно поэтому у берегов Исландии море никогда не замерзает.

Большая часть вод Северо-Атлантического течения, пройдя подводный порог, прижимается вращением Земли к Скандинавии. Это теплее Норвежское течение, благодаря которому зима в Норвегии мягкая. Море и фиорды здесь всегда свободны от льда.

У мыса Нордкап Норвежское течение разделяется. Левая ветвь (Шпицбергенское течение) идет вдоль мелководья Баренцева моря к северу до Шпицбергена, препятствуя образованию льда у его западных берегов. Правая же ветвь (Нордкапское течение) входит в Баренцево море.

В Северном Ледовитом океане существуют течения, идущие от Новосибирских о-вов через Северный полюс в Атлантический океан. Они приносят стволы сибирских деревьев к берегам Гренландии. Благодаря этим же течениям в Гренландию попали предметы с раздавленного льдами судна «Жапнетта».

Основным течением является здесь Восточно-Гренландское, идущее вдоль восточных берегов Гренландии.

Оно-то и увлекало льдину с первой дрейфующей станцией «Северный полюс». К западу от Гренландии, в Баффиновом заливе, начинается очень холодное Лабрадорское течение, выносящее в Атлантический океан огромные ледяные горы — айсберги.

В Индийском океане к югу от экватора течения соответствуют рассмотренным нами схемам течений Тихого и Атлантического океанов. В этом можно убедиться, изучая карту течений Мирового океана.

Влияние морских течений на климат и судоходство

Морские течения оказывают значительное влияние на климат прибрежных частей материков. В обоих полушариях между экватором и 40-й параллелью восточные берега материка теплее, чем западные. В умеренной зоне соотношение обратное: восточные берега материка холоднее западных. В странах Западной Европы зимы мягкие, а в районах Северной Америки, расположенных в тех же широтах,— суровые.

Особенно заметен контраст между сравнительно мягким климатом Скандинавии и климатом Гренландии, покрытой мощной толщей льда.

Изучение морских течений необходимо для судоходства. Даже при небольшой скорости экваториальных течений Атлантического океана — от 20 до 65 км в сутки — необходимо учитывать их. За сутки такое течение может сместить корабль с принятого курса на 40—50 км в сторону.

Приливы и отливы

Хорошо в тихий, ясный летний день на пологом песчаном берегу Финского залива. На пляже располагается много людей, приехавших к морю отдохнуть, загореть, покупаться, набраться сил и здоровья. Проходят часы. Но вот подул ветер с залива. По спокойной ранее глади моря побежали волны с белыми гребешками — «барашками», и вода стала угрожающе подбираться к разложенным по песку вещам. Их приходится переносить подальше, на более высокое место. Ветер поднял уровень воды, затопил берег, «нагнал» воду, возник так называемый нагон воды.

Если бы ветер подул с берега, то он «согнал» бы воду—произошел бы сгон.

В Финском заливе колебания уровня зависят преимущественно от ветра. Когда очень сильный ветер дует продолжительное время с запада, то он нагоняет воду в восточную часть залива. Вода поднимается и заливает низменные районы Ленинграда. В городе начинается наводнение. Самое катастрофическое из них было в ноябре 1824 г. Оно описано Пушкиным в поэме «Медный всадник». Вода поднялась на 4 м, и почти весь тогдашний Петербург оказался затопленным.

Так же, как на Финском заливе, в Черном и Азовском морях состояние уровня воды определяется, прежде всего, ветром. Дует ветер с моря — вода поднимается, наступает на берег; дует с суши — вода отходит, дно на очень мелких местах обнажается. Особенно большие нагоны бывают на Азовском море около Таганрога и в устье Дона. Ветер иногда поднимает там уровень воды на 2 м. Маловодные протоки становятся в это время судоходными, чем пользуются рыбаки. Но такого ветра с моря — моряны — иногда приходится ждать неделями.

Прилив и отлив

Предположим, что мы с вами идем по невысокому крутому обрывистому беломорскому берегу Ка-нина п-ва около устья р. Чижи. Ветер дует с моря. Волны, крутясь, бьют о береговой уступ, иногда заплескивая на то место, где мы остановились. Широкая Чижа заполняет всю долину почти вровень с берегами.

Уйдемте от моря и вернемся к нему через шесть часов. Ветер по-прежнему дует с моря, но картина резко изменилась. Вода опустилась, отошла от обрыва, на котором мы с вами стояли, и на большом расстоянии обнажила дно с многочисленными камнями, разбросанными в беспорядке. Чижа, теперь неширокая и мелководная, струится по дну довольно глубокой долины.

Что же случилось с морем? Почему его уровень упал на несколько метров, хотя направление ветра не менялось?

Мы стали свидетелями одного из замечательных явлений на земном шаре, свойственных Мировому океану,— явления прилива и отлива.

У берегов океанов и некоторых морей (например, Белого, Охотского и др.) наблюдаются периодические, не зависящие от ветра поднятия и опускания уровня воды. Это явление называется приливом и отливом.

Наибольшее поднятие воды во время прилива (максимальный уровень) называется полной водой, а наибольшее опускание во время отлива (минимальный уровень) — малой водой.

В случае так называемых правильных приливов за 24 часа 50 минут происходит два прилива и два отлива. Средняя продолжительность одного прилива или одного отлива равна 6 часам 12% минутам.

Наблюдения показали, что полная вода наступает несколько позднее прохождения Луны через меридиан того места, где ведется наблюдение, т. е. после момента верхней или нижней кульминации ‘ Луны. Величина этого запаздывания в разных местах различная, но для одного и того же места она почти неизменна. Ее можно определить из наблюдений. Если это сделано, то нетрудно заранее вычислить для каждого дня моменты полной воды, так как в астрономических календарях указано время прохождения Луны через меридиан для каждого дня.

Предположим, что полная вода в данном месте запаздывает по отношению к моменту кульминации Луны на 2 часа 10 минут. Допустим, что в интересующий нас день верхняя кульминация Луны должна быть в 7 часов 25 минут. Прибавив к этому времени величину опоздания — 2 часа 10 минут, мы узнаем, что полная вода наступит в 9 часов 35 минут.

Так как величину опоздания нужно добавлять, «прикладывать» к времени верхней или нижней кульминации Луны, то она называется прикладным часом.

Очевидно, что, зная момент наступления полной воды (а значит, и малой), можно выбрать время, когда всего безопаснее провести судно через мелкое место или каменную гряду, риф и т. п.

Наблюдения за приливами в одном и том же месте в течение нескольких недель показали, что высота приливов иногда значительно изменяется за этот период. Оказывается, что эти изменения связаны с фазами Луны: самые высокие приливы бывают через один-два дня после новолуния и полнолуния, а самые низкие—после первой и третьей четверти. Объясняется это тем, что, кроме Луны, на Мировой океан оказывает действие и Солнце. Солнечные приливные волны подобны лунным, но направлены они на Солнце. По сравнению с лунными приливами солнечные приливы примерно вдвое меньше, так как Солнце отстоит от Земли гораздо дальше, чем Луна.

Во время новолуния и полнолуния солнечные приливы складываются с лунными, и поэтому приливы оказываются высокими.

Во время первой и третьей четверти фазы Луны солнечные приливные волны вычитаются из лунных и приливы становятся менее высокими.

В течение суток два соседних прилива обычно не одинаковы по высоте. Это явление также связано с положением Луны.

Из всего сказанного нетрудно сделать вывод, что приливы и отливы на Земле возникают в результате воздействия Луны и Солнца на поверхность Мирового океана.

Прилив и местные условия

На высоту прилива оказывают большое влияние местные географические условия, особенно очертания берегов и рельеф дна.

Когда приливная волна попадает в постепенно сужающийся залив, ее высота соответственно увеличивается. Если же приливная волна проходит сначала через узкий и мелкий пролив, где она в значительной мере теряет свою энергию5 а затем разливается по широкому пространству, высота волны резко снижается.

Прежде чем атлантическая приливная волна доберется до Черного моря, она пройдет через Гибралтарский пролив, а затем через проливы Дарданеллы и Босфор. Понятно, что при этом приливная волна резко ослабеет. Поэтому в Черном море приливы почти незаметны. В Азовском море приливы совсем не наблюдаются.

Чтобы попасть в Балтийское море, приливной волне нужно пройти через очень мелкие и узкие проливы Зунд, Большой и Малый Бельт. Поэтому на Балтийском море и в частности в Финском заливе приливы мало заметны. Колебания уровня моря зависят здесь главным образом от сгона и нагона воды ветром.

Из Баренцева моря приливная волна входит в Белое море широким фронтом и, постепенно сужаясь, растет в высоту. Поэтому по берегам Мезенского залива приливы достигают 6—8 и даже 10 м.

Неправильные и смешанные приливы

Кроме правильных полусуточных приливов, при которых за 24 часа 50 минут бывает две полные и две малые воды, в некоторых местах наблюдаются неправильные приливы с одной малой водой в течение суток. Такие приливы называются суточными.

В других местах наблюдаются смешанные приливы, когда в течение суток бывает то одна полная вода, то две.

Неправильные и смешанные приливы возникают в результате сложного взаимодействия между лунной и солнечной приливными волнами и географической обстановкой (т. е. очертаниями берега, рельефом дна моря и пр.).

Обегая вращающийся земной шар, приливная волна испытывает трение о дно и берега и несколько запаздывает по отношению к кульминации Луны. Это опоздание и определяет прикладной час, о котором сказано раньше.

Самые высокие приливы

В открытом океане у обособленных островов высота самых больших приливов обычно не велика: 1 — 2 м, а иногда и меньше, в зависимости от рельефа дна и характера береговой линии.

Около материковых берегов и особенно в некоторых заливах приливы могут быть очень значительными. На атлантическом берегу Северной Америки, к югу от залива Св. Лаврентия, в который впадает р. Св. Лаврентия, находится принадлежащий Канаде п-ов Новая Шотландия. Между ним и материком расположен длинный постепенно сужающийся залив Фанди. Форма залива заставляет входящую в него приливную волну быстро повышаться. У вершины залива высота прилива может достигать 18 м. Эта рекордная приливная волна могла бы затопить пятиэтажный дом! Приливы в заливе Фанди правильные, т. е. в течение 24 часов 50 минут бывает две полные и две малые воды. Следовательно, два раза в сутки происходят резкие поднятия и опускания уровня моря. Вода то бурно устремляется в залив, то уходит из него.

Поэтому залип Фанди непрерывно промывается. На его дне ничто не может удержаться. Все выносится в открытый океан.

Очень высокие приливы—до 15 м— наблюдаются в одном из зали-1101! на юге Баффиновой Земли. Этот залив, так же как и Фанди, постепенно сужается к вершине.

Очень высокие правильные приливы бывают в заливе Сен-Мало во Франции — до 15 м. У города Грапвиль, расположенного на берегу этого залива, во время отлива море отходит на расстояние более километра. Жители города собирают рыбу в понижениях обнажившегося морского дна.

В южной части Атлантического океана высокие приловы — до 12—14 м — можно наблюдать у берегов Патагонии к северу от входа в Магелланов пролив.

В Тихом океане наибольшие приливы оказываются в Охотском море у советских берегов. Гам, между материком и перешейком п-ва Камчатки, находится Пенжинская губа, похожая по своим очертаниям на залив Фанди. Приливы здесь неправильные, смешанные.

Максимальная высота пенжинекпх приливов доходит до 13 м. Это самые высокие приливы у берегов Советского Союза. Кроме пенжинских, в Тихом океане значительные приливы наблюдаются только у берегов Аляски в заливе Кука, где они достигают 12 м.

В Индийском океане высокие приливы встречаются у западных берегов Индии (неправильные, до 12 м) и к западу от порта Дарвин на северном берегу Австралии (до 11 м).

Приливы Северного Ледовитого океана лучше всего изучены у советских берегов. За очень редкими исключениями, все они правильные, полусуточные.

У берегов морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского высоких приливов не бывает. Обычно они не превышают 1 м. Только в бухте Нордвик (море Лаптевых) приливы доходят до 3 м. Такой же высоты приливы наблюдаются у берегов Земли Франца-Иосифа и у западных берегов Повой Земли.

Приливы в проливах и устьях рек

В проливах между островами, когда приливная волна подходит к противоположным концам проливов не одновременно, возникают бурные водовороты, представляющие опасность для мелких рыбачьих судов. Такой водоворот в проливах между Лофотенскими о-вами у северо-западных берегов Норвегии местные рыбаки называют Мальстремом, т. е. «дурным течением». Мальстрем ярко описан Шюль Верном в его романе «80 тысяч километров под водой».

Когда высокая приливная волна входит в реку навстречу течению, вверх по реке бежит пенящийся вал. Это явление называется бором, или маскаре.

Бор сильно разрушает берега. При отливе размытый грунт уносится в море. Поэтому устьевые участки даже небольших рек, куда проникают приливы, обычно расширены и углублены. Такие широкие и глубокие устья рек называют эстуариями. В них свободно входят крупные морские суда. Эстуарии имеют рр. Мезень, Темза, Сена, Гаронна, Св. Лаврентия, Амазонка и др.

Приливы и судоходство. «синий уголь»

Приливы и отливы имеют большое значение для судоходства. Во многие гавани океанские суда входят только во время приливов. Приливо-отливные течения иногда сносят морские суда с принятого курса.

Приливо-отливную энергию называют с и-ним углем. У советских берегов запасы синего угля довольно значительны.

Наступит время, когда люди научатся широко использовать и этот источник энергии.

Прибой

Прибоем называют волны, набегающие на берег и разрушающиеся у берега. Прибой хорошо виден у морского берега и мало заметен у беретов рек и небольших озер. Прибой постоянно воздействует на берег. Особенно сильно он проявляет свою разрушительную и созидательную деятельность на больших озерах: Каспийском море, Байкале и других—и на больших водохранилищах, таких, как Рыбинское, Московское, Цимлянское.

Поэтому особенно важно знать влияние прибоя на берега новых водохранилищ: будут ли они нарастать, или, наоборот, разрушаться под действием набегающих волн. С прибоем приходится считаться при постройке портов и заселении берегов.

Если смотреть на волнующееся море, то кажется, что вода все время перемещается. Но это далеко не так. При волнообразном движении вода остается на одном месте.

Первым, кто обратил на это внимание, был великий итальянский художник и ученый Леонардо да Винчи (1452—1519). Он очень -,удачно сравнил волнующееся море с нивой. «Посмотри, как ветер в поле гонит волны ржи, как они бегут одна за другой, а стебли, склоняясь, остаются неподвижными. Так волны бегут по неподвижной воде. Эту рябь от брошенного камня или ветра должно назвать скорее дрожью воды, чем движением, в чем можешь убедиться, бросив соломинку на расходящиеся круги волн»,— писал Леонардо да Винчи.

Если одна среда, например воздух, движется относительно другой, например воды, то на поверхности их раздела всегда возникают волны. Так образуются волны на море под действием ветра. Так возникает песчаная рябь на дне реки, в пустыне — песчаные волны, волны — на снежной поверхности, волнистые облака — на небе.

Чем сильнее ветер и чем глубже море, тем крупнее ветровые волны. Большое значение имеет длина разгона волн.

Волны возникают вдали от берега.

Если удаляться от берега в открытое море, то будут увеличиваться и длина разгона волн и размеры воли, будут расти длина волны (расстояние между соседними гребнями) и высота ее (расстояние по вертикали от гребня до подошвы).

Морская зыбь

Ветровые волны имеют «растрепанный» вид, гребни их разбиваются в пену. Волны сохраняются еще долгое время после того, как затих ветер, но постепенно они как бы выстраиваются правильными рядами, и пена с их поверхности исчезает; такие волны называют з ы-бью.

Особенно большую зыбь на морс вызывают штормовые циклоны умеренных широт (40— 50°с. ш.ию. ш.) и тропические циклоны — ураганы или тайфуны (см. стр. 137). Они захватывают ограниченную площадь и передвигаются с меньшей скоростью, чем скорость волны. «Быстрый» тайфун делает обычно около 90 км/час, а скорость волн зыби достигает иногда 130 км/час. Волнение, вызванное циклоническим вихрей, распространяется во все стороны, подобно кольцевым волнам от брошенного в пруд камня. Вскоре оно освобождается от власти ветра и превращается в зыбь, которая распространяется па огромные расстояния от места своего зарождения. За двое-трое суток зыбь успевает пересечь океан. Она плавно раскачивает корабль даже в экваториальной штилевой полосе океанов, где никогда не бывает ветров, способных вызвать такое большое волнение.

Запас энергии волн зыби очень велик. Только при встрече с берегами окончательно расходуется остаток их энергии, и тогда зыбь становится прибоем.

Длинные, низкие, правильные волны зыби могут пройти тысячи километров, не испытывая заметных изменений. Но стоит им попасть в районы, где глубина меньше половины длины волны, как они начинают «чувствовать» дно: скорость и длина волн уменьшаются, они становятся более крутыми, а их разрушительная сила, как правило, при этом увеличивается.

Разрушение волн

На небольшой глубине у самого берега или на отмели гребни волн резко поднимаются над поверхностью воды, делаются заостренными. Эти изменения особенно заметны у зыби, пришедшей издалека.

Почему же растет высота волн на мелководье? Энергия волн, запасенная на глубокой воде, по мере уменьшения глубины у берега передается все более тонкому слою воды, что и приводит к увеличению высоты гребней волн. Но этому увеличению есть предел. Когда мелководье обширно, или, как говорят моряки, берег отмел, волны, длительное время проходя над мелководьем, затрачивают большое количество энергии на трение о дно и приходят к берегу ослабленными. Высота их в несколько раз меньше, чем в открытом море.

Почему опрокидываются гребни волн? Трение о дно тормозит движение частиц воды в нижней части волны, поэтому верхняя ее часть, обгоняя нижнюю, сдвигается вперед. Передний склон волны становится все круче и приближается к отвесному положению. В то же время гребень продолжает продвигаться вперед и, наконец, потеряв под собой опору, опрокидывается, образуя пену.

Волны, начинающие изменять форму в результате трения о дно, не похожи на волны глубокого моря. Они перемещают к берегу значительные массы воды. Убедиться в этом очень легко: достаточно бросить в воду щепочку. Ее обязательно прибьет к берегу.

Это свойство прибойной волны уже давно оценено потерпевшими кораблекрушение и жителями островов.

Бурун. Взбросы волн

Если морские волны разрушаются далеко от берега над полосой отмелей или подводных рифов, то такое явление называется буруном. Полоса пены вдали от берега обычно служит верным признаком подводной опасности для корабля.

Если море у самого берега глубокое, то берег обычно резко обрывается в море и не имеет пляжа. Набегающая волна в этом случае не «чувствует» дна и разрушается только от удара об отвесный берег. При этом образуется облако брызг, которое поднимается иногда на высоту 40—60 м. Такое явление принято называть взбросом волн.

Взбросы можно наблюдать в портах у специально сделанных вертикальных волнозащитных стен — волноломов (например, в Ялте).

В Антарктике и Арктике взбросы образуются у айсбергов и кромки льда. Разрушительная сила прибоя при взбросах бывает огромной. Однажды такой прибой выбросил на берег на высоту 20 м обломки скал весом до 10 Г. В одном шотландском порту волна опрокинула скалистый массив весом в 1 тыс. Т. На Черном море, в Туапсе, прибой разрушил волнолом, сложенный из огромных гранитных глыб, каждая из которых весила примерно 60 Т.

Во время шторма мореплаватели опасаются близости берега или мелководья. Именно здесь, а не в открытом глубоком море, волны особенно опасны. Всякая попытка подойти к берегу через высокие беспорядочные волны прибоя сопряжена с большим риском, хотя со стороны моря прибой кажется не таким страшным.

Наши военные моряки во время сильного прибоя провели немало успешных десантных операций в годы Великой Отечественной войны.

Успех этих операций во многом зависел от искусства судоводителя: самое опасное — ставить судно бортом к волне, т. е. параллельно валам прибоя.

Разрушительные волны «цунами»

Особенно страшны волны, возникшие от землетрясений и вулканических извержений, когда они обрушиваются на берег. В 1854 г. в Японии было сильное землетрясение, вызвавшее волну высотой 9 м. Этот случай описан

И. А. Гончаровым в книге «Фрегат«Паллада». Во время землетрясения на Камчатке в 1923 г. морскими волнами был выброшен лед на расстояние до 1 км от берега.

При извержении вулкана на о-ве Кракатау образовались огромные волны до 35 м высоты. Они распространились во все стороны и через 32 часа достигли берегов Франции. Волны такого происхождения получили особое название — цунами 1.

Перед набеганием волн цунами на берег море отступает от береговой линии и обнажает дно на расстоянии нескольких сотен метров. Затем вода начинает наступать, потом снова отступать, и так до 3—5 раз. После этого на берег обрушивается несущий разрушение передний крутой склон цунами. После первой волны могут быть и другие — более слабые или более мощные.

Волнами, разрушительная сила которых не уступает цунами, сопровождаются иногда тропические ураганы. Так, например, в октябре 1737 г. в устье р. Хугли (Бенгальский залив) от штормовой волны, бросившейся на берег, погибло 3 тыс. человек. Еще большие бедствия ураган принес в 1864 г., когда от набежавшей волны погибло 50 тыс. человек. Такие чудовищные волны и вызываемый ими прибой носят катастрофический характер. Они резко отличаются от обычных океанских волн ветрового происхождения с их ритмичным неумолкающим шумом.

Существует ли «девятый вал»?

Говорят, что опасен девятый вал. Это утверждение лишено основания. Всякий, кто наблюдал прибой, знает, что иногда неожиданна возникает одиночный высокий вал или же ряд таких валов, причем никакой правильной периодичности в этих валах подметить не удается:; самый высокий вал может быть и двенадцатым, и третьим, и пятым, и каким угодно. В чем же тут дело?

Представим себе, что местный ветер создал волны высотой 1 м и длиной 30 м. Через некоторое время в этот район пришла зыбь длиной 50 м и высотой 1,5 м. Произойдет сложение, или, как говорят, интсрферепция, двух систем волн; нижняя кривая дает результат сложения этих волн. Как видим, самым опасным будет четвертый вал. С таким же успехом можно было бы подобрать условия, в которых самым опасным оказался бы десятый вал. В море происходят самые разнообразные случаи сложения волн. Поэтому картина волнения представляется очень сложной и нет никакого основания утверждать, что девятый вал самый опасный.

Рефракция волн

В зоне прибоя волны чаще всего набегают рядами, параллельными линии берега, хотя в открытом море в то же самое время они могут иметь разные направления, в зависимости от направления ветра, создавшего эти волны.

Такое странное на первый взгляд явление происходит в результате «заворачивания» волн под действием мелководья. Концы ближайших к берегу рядов волы бегут медленнее, чем части этих рядов, находящиеся дальше в море,— мористые, так как чем меньше глубина моря у берега, тем больше тормозящее действие дна, а следовательно, меньше и скорость продвижения волны. В результате мористые части рядов волн опережают береговые и волны заворачивают к берегу, встречая его «в лоб» или под очень небольшим углом.

Теория этого интересного явления, названного рефракцией морских волн, разработана советским ученым акад. В. В. Шулейкиным.

Оказалось, что чем больше удлиняются ряды волн при заворачивании к берегу, том меньше энергия прибоя. Выяснилось также, что эта энергия меняется в разных точках берега в зависимости от рельефа дна. Представим себе, что под прямым углом к линии берега идут две подводные долины и разделяющая их отмель. Пусть волны движутся прямо на берег — в лоб. Как только они «почувствуют» дно, ряды волн искривятся. Та часть волн, которая движется над углублениями дна (долинами), будет опережать ту часть, которая движется над отмелью. Стрелки, показывающие направление движения волн, дают ясное представление о том, что у берега на продолжении подводной отмели прибой будет бушевать сильнее, так как в этом районе происходит скопление волн; наоборот, на продолжении подводных долин прибой будет слабее, так как волны здесь расходятся в разные стороны. Моряку необходимо знать рельеф дна прибреяшой полосы, чтобы наметить места, наиболее без^ опасные от прибоя.

Работа прибоя

Волны прибоя, взбегая на пологий, или от-мелый, берег, проникают довольно далеко от береговой линии. Затем вода волн под действием силы тяжести стекает обратно в море, потом снова набегает на сушу и т. д. При таком движении вода захватывает с собой камни, непрерывно перекатывает их, округляет, отшлифовывает и придает им форму гальки — обточенного водой камня. Нередко на пляже можно найти совершенно гладкие, круглые кусочки бутылочного стекла, очень похожие на изумруды. Это работа прибоя.

Если прибой набегает на берег под углом, обычно небольшим, то он способен перемещать измельченный материал вдоль берега. В этом случае прибойная волна выкинет гальку на

пляж под некоторым углом к линии берега; через некоторое время под действием силы тяжести галька вернется обратно в море, но под прямым углом к линии берега. В конечном счете галька будет медленно перемещаться вдоль берега. Путь гальки изображен на рисунке в виде ломаной линии.

Прибой передвигает массы материала, из которого состоят в прибрежной полосе верхние слои морского дна. С этим приходится всегда считаться при строительстве портов и морских каналов. Если морской инженер не учтет этого, то водное пространство порта или канал могут быстро обмелеть, и придется затрачивать значительные средства на землечерпательные работы.

Разрушение крутого берега. Морские террасы

Представим себе прибой у скалистого мыса, отвесно обрывающегося в море. Такой берег обычно приглуб (у берега значительная глубина) и не имеет пляжа. Прибой прежде всего выдолбит нишу в скалистом берегу несколько выше уровня спокойной воды. Со временем ниша будет углубляться, а берег —все больше нависать над морем. Затем он обрушится в море и усеет дно крупными угловатыми обломками. Постепенно, они истираются, обтачиваются прибоем и приобретают округлую форму. В результате работы прибоя высокий берег под ударами волн отступает все дальше и дальше и оставляет между собой и морем почти горизонтальную площадку, усеянную обточенными обломками скал, песком и гравием. Наконец наступает время, когда эта площадка становится настолько широкой, что волны прибоя уже не докатываются до высокого коренного берега.

Так образуется пляжная полоса, или береговая площадка.

На Кольском п-ве и на восточных берегах северного Каспия на высоте нескольких десятков метров над современным уровнем моря сохранились древние береговые площадки.

Это так называемые морские террасы. Они свидетельствуют о том, что берег в этих местах поднимается. Подводные террасы, наоборот, указывают на то, что берег в этом месте опускается. Несколько подводных террас обнаружено в Каспийском море. На протяжении миллионов лет уровень этого озера-моря то опускался, то поднимался. Это явление было связано с изменением климатических условий.

Борьба с прибоем

В тех местах побережья, где бывает особенно сильный прибой, почти нет водорослей. Их губит непрерывное движение камней, гравия и песка в прибойной полосе. В более защищенных от прибоя местах развиваются пышные заросли водорослей.

В тропических морях берега некоторых островов и материков надежно защищены от прибоя обширными коралловыми рифами, с внешней стороны которых слышен шум прибоя, видны вспененные полосы бурунов, белые облачка многочисленных взбросов. Между берегом и рифами тянется полоса почти всегда спокойной воды. Здесь как будто сама природа ограждает берег от прибоя. Но у большей части морских берегов такой естественной преграды прибою нет. В таких местах люди применяют разнообразные средства для борьбы с прибоем. Строятся железобетонные, каменные, а иногда и деревянные с каменной засыпкой молы и волноломы, ограждающие портовые сооружения и суда в порту от прибойной волны.

Можно «гасить» волны сжатым воздухом, пропуская его через отверстия труб, установленных на некоторой глубине. Такое сооружение называется пневматическим волноломом. Устраивают также плавучие волноломы в виде соединенных друг с другом и заякоренных плотов. Там, где волны разрушают берег, его укрепляют сваями.

Попыток использовать огромную энергию прибоя в практических целях было очень много. Однако ни один из проектов не был осуществлен. Наиболее надежный из них основывается на принципе работы гидравлического тарана. Изобретатели предлагали установить навстречу прибойной волне большие железобетонные четырехугольные воронки, с тем чтобы ударившаяся в воронку волна взбрасывала воду вверх по узким вертикальным трубкам в бассейн, расположенный выше уровня моря. Предполагалось, что накопленная таким способом вода в бассейне будет спускаться вниз через гидротурбины.