Каспийское море
Течения
В мореплавании большое практическое значение имеет изучение течений.
Так, если судно идет из Баку в Красноводск при крепком северном ветре, капитан, прежде чем задать курс рулевому после поправок на девиацию и склонение (поправки компаса, связанные с несовпадением географического и магнитного меридианов (склонение) и с влиянием на магнитную стрелку компаса судового железа (девиация), должен учесть поправку на ветровой дрейф и течение, чтобы не попасть вместо Красноводска куда-нибудь южнее, например на полуостров Челекен. Измерив скорость ветра анемометром, такую поправку внести можно. Но как быть с течением? Его не измеришь так просто, как ветер. Пришлось бы для этого встать на якорь и выпустить за борт или поплавки или вертушку на тросе, да и то только в том случае, если волнение не очень сильное.
Трудность положения усугубляется еще и тем, что тут не помогают и косвенные соображения, связанные с влиянием ветра на течение. Не всегда течение следует ветру, оно может быть направлено под любым углом к ветру, не исключая и угла в 180°. Такие течения против ветра нередки, особенно в прибрежных районах. Поэтому ввести поправку на курс, связанную со сносом судна течением, очень трудное дело.
Представим себе, что в Северном Каспии задула моряна. Поверхностный слой воды, перемещаясь к северному берегу моря, образует нагон. Когда ветер затихнет, вода возвращается обратно вследствие наклона уровен-ной поверхности моря, созданного ветром. Такие движения — поступательные по ветру и возвратные — вода совершает в прибрежной полосе почти непрерывно.
С какой скоростью и в каком направлении движутся поверхностные воды замкнутого Каспийского моря? На этот вопрос ответил уже известный нам ученый Николай Михайлович Книпович, который первый составил карту течений глубоководной части Каспия.
Поверхностный слой воды Каспийского моря перемещается от устьев Волги вдоль западного берега на юг, затем у берегов Ирана поворачивает на восток и, наконец, вдоль восточного берега возвращается на север.
Таким образом, вода движется против часовой стрелки, образуя огромный круговорот. Возможен круговорот течения и по часовой стрелке. Но это наблюдается значительно реже и преобладает первая схема. Итак, среднее или результирующее течение совершается против часовой стрелки.
Причиной, вызывающей такие круговые течения, является ветер. Но направления ветров бывают самые разнообразные. Почему же они создают упорядоченное круговое движение вод?
Зимой над морем наблюдается более теплый воздух и более низкое давление, чем над окружающими берегами, то есть образуется огромный неподвижный циклон.
Летом над морем располагается антициклон, и в центральной части моря будет наиболее холодный воздух и самое большое атмосферное давление.
Воздух зимой стремится от берегов в море (от большого давления к меньшему) и на пути отклоняется вправо под действием силы вращения земли. Летом воздух течет от моря на берега и также отклоняется вправо, если смотреть по направлению его движения. Эти воздушные течения и есть муссоны.
Легко видеть, что зимний муссон создает движение вод против часовой стрелки, а летний — по часовой стрелке. В прибрежной полосе моря (и вообще на мелководье) вода движется по направлению ветра. За «свалом глубин», уже в открытой, глубоководной части, поверхностное течение отклоняется от направления ветра вправо на 45°, если смотреть по движению, то есть идет параллельно береговой линии (По известному в океанологии закону Экмана).
Вот почему зимой течения сходятся на границе между глубокой и мелководной частями моря, образуя так называемую зону конвергенции. Здесь происходит накопление воды и погружение ее в глубинные слои, причем быстрее опускаются более охлажденные воды прибрежной полосы моря.
Чем ниже температура воздуха и чем сильнее зимние муссонные ветры, тем на большую глубину опускаются плотные холодные воды.
Зона конвергенции совпадает с осью наиболее мощного ветрового потока, ибо в центре моря и у берегов скорость ветра меньше. В этой зоне, на стыке теплых и холодных вод, в зимнее время скапливаются промысловые рыбы, находя обилие пищи и кислорода, непрерывно подаваемого сверху вместе с опускающимся потоком воды.
При описанных условиях уровень воды у берегов занимает самое низкое положение в году. Это объясняется тем, что происходит отгон воды от берега к зоне конвергенции. Кроме того, низкий уровень моря у берегов обязан сжатию воды при ее охлаждении.
Холодный воздух, идущий с берега, забирает большое количество тепла у прибрежных вод, нагревается сам и потому слабее охлаждает поверхностные воды на больших расстояниях от берега.
И еще одна причина низкого зимнего уровня заключается в различии атмосферного давления над центральной, глубокой частью моря и прибрежными водами. В местах с высоким давлением уровень воды ниже и наоборот.
Циркуляция поверхностных вод летом прямо противоположна зимней схеме. Воды летним муссоном направляются теперь по часовой стрелке. Вместо схождения наблюдается расхождение (дивергенция) течений и подъем вод из глубины на поверхность в переходной зоне от прибрежного мелководья к глубоководной части моря.
В прибрежной части моря муссон создает нагон, а следовательно, уровень занимает высокое положение. Высокий уровень объясняется также увеличением объема вод в результате летнего прогрева, особенно сильного на мелководье, и низким атмосферным давлением у берегов по сравнению с центральной частью.
Океанографы хорошо знают, что в тех районах моря, где глубинные воды поднимаются на поверхность, наблюдается наиболее богатая жизнь или, как говорят, море особенно продуктивно. Именно здесь выносится на поверхность минерализованная часть органического вещества скопившегося на дне в результате отмирания организмов, населяющих толщу воды.
Таким образом поверхностные воды непрерывно «удобряются» минеральными солями, подаваемыми снизу Поэтому области дивергенции вод отличаются обилием планктона, который привлекает и более крупных обитателей моря.
Поднимаясь с глубины, холодные воды направляются к берегу и несколько прогреваются. В июльскую жару когда температура воздуха около 40°, вода у берегов моря может иметь температуру 16 — 18° и даже 12 — 15°.
Как-то в начале августа пришлось измерить температуру воды в море неподалеку от входа в залив Кара-Богаз-гол, и она оказалась равной 14°, тогда как вода самого залива имела 30°. Хорошо известен такой резкий контраст температур воды и воздуха и посетителям махачкалинского пляжа.
Круговые течения в Каспийском море наблюдаются не только при воздействии муссонных, в данном случае местных ветров, но также и ветров, связанных с обшей циркуляцией атмосферы, например вызванных воздействием сибирского антициклона.
Представим себе ветер одного направления, «покрывающий» все Каспийское море. Этот общециркуляционный ветер как-то будет складываться с местным муссонным ветром. Так, зимой в случае северного направления общециркуляционного потока скорость ветра у западного берега моря будет больше в результате сложения общего и муссонного ветров, чем у восточного берега, где векторы ветров направлены навстречу друг другу. Такое различие в скоростях ветра на противоположных берегах вызовет циклоническую схему течений. При этом у восточных берегов течение пойдет навстречу ветру. В случае южного направления генерального ветрового потока, суммарная скорость ветра будет больше у восточного берега, что опять-таки будет поддерживать циклоническую схему. Течение против ветра теперь будет у западного берега.
Итак, циклонический круговорот течений имеет место при любом направлении общециркуляционного ветра в зимнее время. Летом ветровой поток, имеющий одно направление над всем морем, поддерживает антициклоническое круговое течение.
Можно ли строить муссонные схемы течений мелководной северной части моря? Оказывается, можно. Несмотря на свою мелководность, Северный Каспий, так же как и Аральское море, возбуждает систему муссонных ветров.
Господствующие летом в восточной половине Северного Каспия северо-восточные ветры имеют у Бурунчука (полуостров Мангышлак) почти вдвое большую среднюю скорость, чем в Забурунье (у восточного края дельты Волги). Такое различие скоростей ветра на противоположных берегах можно объяснить только существованием муссонов, на которые накладывается общий ветровой поток. То же наблюдается и на Аральском море. На острове Уялы (восточный берег) в летнее время средняя месячная скорость господствующих ветров северо-восточной четверти на 1,5—2 м/сек больше, чем на острове Возрождения, расположенном у западного берега.
При таких условиях понятно, почему в восточной части Северного Каспия и в Аральском море возникает летом циркуляция вод по часовой стрелке. Зимой, когда море покрыто льдом, течения практически отсутствуют.
Антициклоническое круговое течение в северной части Каспия подхватывает часть волжских вод и уносит их на восток. Другая их часть направляется на юго-запад. Таким образом, волжские воды распространяются в море веерообразно. Раньше считали, что в восточной части Северного Каспия преобладает круговое течение против часовой стрелки (циклонический круговорот). Последние исследования подтверждают антициклонический круговорот в этом районе (по А. И. Михалевскому)
Доказательством того, что в глубоководной части Каспия преобладают течения против часовой стрелки, служит факт распространения ризосолении.
Ризосоления — мельчайшая водоросль из семейства диатомовых, населяющая верхний освещенный слой моря. Она не может активно перемещаться в воде и распространяется только с помощью течений. Этот вид фитопланктона размножается иногда в таких количествах, что окрашивает море в желто-зеленый цвет и успокаивает волнение.
До 1934 г. ризосоления в Каспийском море не наблюдалась. Предполагают, что она была случайно занесена птицами из Черного моря. В октябре этого года было обнаружено цветение моря в районе Горганского (Астрабадского) залива, вызванное ризосоленией. К осени следующего года она заполнила все Каспийское море.
Пути распространения водоросли прослежены советским ученым профессором П. И. Усачевым.
Ризосоления продвигалась на север вдоль восточного берега Каспия и дошла к 15 сентября 1935 г. до Средне-Жемчужной банки. Таким образом, она прошла за 340 дней 1100 км, двигаясь в среднем со скоростью 4 см/сек. Такую скорость можно измерить не всякой вертушкой, потому что ее пропеллер не будет вращаться
В течение этого времени возможны были различные искривления траекторий движения водорослей. Они могли в связи со сменой направления течений перемещаться обратно, с севера на юг. Однако, несмотря на все препятствия, ризосоления, «преодолев» их, все же проникла в северную часть моря.
На протяжении большей части года температура воды Каспийского моря выше температуры воздуха, и море почти непрерывно действует как обогреватель.
Лишь в июле и августе воздух теплее воды, и тепло идет от воздуха к воде. Вот почему создаются условия для преобладания циклонического круговорота течений.
Господство циклонической схемы течений можно объяснить и значительно большими скоростями ветров в холодную половину года, причины чего заключаются в наибольших в этот период температурных контрастах.
Значительно более сложны схемы течений в прибрежном мелководье. Эту зону можно было бы назвать зоной противотечений и малых круговоротов, которые, как правило, наблюдаются в бухтах и заливах.
Большое влияние на прибрежные течения оказывает рельеф берегов. Представим себе гористый берег, прорезанный долинами, спускающимися к морю. Если ветер дует с суши на море, то скорость ветра на море против долин будет больше, чем в местах, примыкающих к береговым поднятиям, то есть там, где образуется «ветровая тень».
Легко понять, что течение будет итти по ветру у долин и против ветра у береговых поднятий. Возникнет система круговоротов, число и размеры которых будут определяться числом долин и расстоянием между ними.
Мы уже говорили о возвратном течении, которое возникает после нагона. Подобное течение бывает и при сгоне, будучи направленными на берег. Скорость таких возвратных течений не уступает скорости ветровых.
В замкнутых или полузамкнутых морях типа Каспийского, Азовского, Черного, Балтийского возвратные течения играют не меньшую роль, чем течения, непосредственно вызванные ветром. Часто возвратное течение возникает до того как прекратился или ослаб ветер. Например, в Южном Каспии сильное северное возвратное течение (то есть идущее с юга на север. Если ветер дует с севера, то это северный ветер, а если течение идет с севера на юг, то это южное течение. Моряки говорят «ветер в компас, а течение из компаса») возникает до того, как прекратится нагонный северный штормовой ветер. И, наоборот, южное течение, и, следовательно, рост уровня в Южном Каспии начинаются раньше, чем сюда придет из Северного Каспия нордовый шторм.
Нефтяники и рыбаки Апшерона давно подметили, что за несколько часов до начала северного штормового ветра уровень воды иногда поднимается на несколько десятков сантиметров и появляются плавающие пески.
Последнее большое понижение уровня моря обнажило много песчаных отмелей, превратившихся сейчас в островки. Под воздействием волн берега островков стали отвесными и возвышаются теперь над уровнем моря на 1 —1,5 метра.
Вода, прибывающая перед нордом, подмывает песчаные берега. Песок осыпается на поверхность воды и, если нет волнения, образует округлой формы пленки. Ветер и волнение разбивают эти пленки, и песок оседает на дно.
Такое явление напоминает опыт с иглой и стаканом воды. Игла, смазанная жиром, не тонет в воде. Вероятно и песчинки не тонут потому, что окружены тончайшей пленкой нефти и сила поверхностного натяжения удерживает их на поверхности воды.
Источник
Моря и Океаны
Каспийское море
Каспийское море — крупнейший в мире бессточный водоем уровень на 28,5 м ниже уровня Мирового океана. Каспийское море протянуто с севера на юг почти на 1200 км, средняя ширина 320 км, длина береговой линии около 7 тыс. км. Площадь Каспийского моря в результате понижения уровня сократилась с 422 тыс. км2 (1929) до 371 тыс. км2 (1957). Объем вод около 76 тыс. км3, средняя глубина 180 м. Коэффициент изрезанности берегов — 3,36. Крупнейшие заливы: Кизлярский, Комсомолец, Кара-Богаз-Гол, Красноводский, Мангышлакский.
Имеется около 50 островов общей площадью 350 км2. Наиболее значительные из них: Кулалы, Тюлений, Чечень, Жилой. В Каспийское море впадает более 130 рек. Реки Волга, Урал, Эмба, Терек (суммарный годовой сток 88% всего речного стока в море) впадают в северную часть моря. На западном его побережье реки Сулак, Самур, Кура и другие, более мелкие, дают 7% общего стока. Остальные 5% стока поставляют реки Иранского побережья.
Рельеф дна Каспийского моря
По характеру подводного рельефа и особенностям гидрологического режима в Каспийском море выделяют Северный, Средний и Южный Каспий. Северный Каспий (около 80 тыс. км2) — мелководная слабо волнистая аккумулятивная равнина с преобладающими глубинами 4—8 мыса Гряда банок и островов — Мангышлакский порог — разделяет Северный и Средний Каспий. В пределах Среднего Каспия (138 тыс. км2) шельф, материковый склон и Дербентская впадина (максимальная глубина 788 м). Апшеронский порог — цепь банок и островов с глубинами между ними 170 м — ограничивает Средний Каспий с юга. Южный Каспий <1>
Климат в Каспийском море
Основные оарические центры, определяющие атмосферную циркуляцию над Каспийским морем : зимой — отрог азиатского максимума, а летом — гребень азорского максимума и ложбина южноазиатской депрессии. Характерные черты климата — преобладание антициклональных условий погоды, сухие ветры, резкие изменения температуры воздуха.
В северной и средней частях Каспийскго моря с октября по апрель преобладают ветры восточной четверти, а с мая по сентябрь — ветры северо-западных румбов. В южной части Каспийского моря отчетливо выражен муссонный характер ветров.
Средняя многолетняя температура воздуха теплых месяцев (июль—август) над всем морем 24—26° С. Абсолютный максимум (до 44° С) отмечен на восточном побережье. В среднем над морем за год выпадает 200 мм осадков причем на засушливом восточном берегу 90—100 мм а в субтропической юго-западной части побережья 1700 мм. Испарение на большей части акватории около 1000 мм/год а в восточной части Южного Каспия и в районе Апшеронского полуострова до 1400 мм/год.
Гидрологический режим
Течения Каспийского моря формируются в результате совокупного воздействия ветрового режима, стока рек и различия плотности в отдельных районах. В северной части Каспийского моря воды стока реки Волги разделяются на две ветви. Меньшая из них идет вдоль северного берега на восток, сливается с водами стока реки Урал и образует замкнутый круговорот. Основная часть вод волжского стока идет вдоль западного берега на юг. Несколько севернее Апшеронского полуострова часть вод этого течения отделяется и, пересекая море, уходит к восточным его берегам и вливается в воды, движущиеся на север. Таким образом, на Среднем Каспии формируется круговорот вод, движущихся против часовой стрелки. Основная масса вод, распространяющихся к югу. вдоль западного побережья, входит в Южный Каспий и, достигнув южного берега, поворачивает на восток, а затем вдоль восточных берегов уходит на север.
Скорость течений в среднем порядка 10—15 см/с. Частая повторяемость умеренных и сильных ветров обусловливает большое количество дней со значительным волнением.
Максимальная высота волн (11 м) наблюдается в районе Апшеронского порога. Температура воды поверхностного слоя моря в августе порядка 24—26° С в Северном и Среднем Каспии, до 29° С в Южном, 32°С в Красноводском заливе и свыше 35° С в заливе Кара-Богаз-Гол. В июле—августе у восточных берегов наблюдается апвеллинг и связанные с ним понижения температуры до 8—10° С.
Ледообразование в северной части Каспийского моря начинается в декабре, лед сохраняется 2—3 месяца. В холодные зимы дрейфующие льды выносятся на юг до Апшеронского полуострова.
Изолированность от Мирового океана, приток речных вод и осаждение солей в результате интенсивного испарения в заливе Кара-Богаз-Гол определяют своеобразие солевого состава воды Каспийского моря — пониженное содержание хлоридов и повышенную концентрацию карбонатов в сравнении с водами Мирового океана. Каспийского моря — солоноватоводный бассейн, соленость воды которого в три раза меньше нормальной океанской.
Средняя соленость вод северо-западной части Каспийского моря 1—2 пром, в районе северной границы Среднего Каспия 12,7—12,8 и в Южном Каспии 13 пром» максимальная соленость (13,3 пром) наблюдается у восточных берегов. В заливе Кара-Богаз-Гол соленость 300 пром- Сезонные изменения солености вод Среднего и Южного Каспия соответственно 0,17 и 0,21 пром. В Северном и Южном Каспии вследствие сокращения притока и осолонения при ледообразовании соленость увеличивается зимой. В Южном Каспии в это время соленость понижается в связи с уменьшением испарения. Летом увеличение стока рек вызывает понижение солености вод в Северном и Среднем Каспии, а возрастающее испарение приводит к повышению солености вод Южного Каспия. Изменения солености от поверхности ко дну невелики. Поэтому сезонные колебания температуры и солености воды, вызывающие возрастание плотности, определяют зимнюю вертикальную циркуляцию вод, которая в Северном Каспии распространяется до дна, а в Среднем — до глубины 300 м. В Южном Каспии перемешивание глубинных вод (до 700 м) связано с переливанием охлаждающихся зимой вод Среднего Каспия через Апшеронский порог и сползанием охладившихся вод высокой солености с восточного мелководья. Исследования показали, что в связи с увеличением солености вод в течение последних 25 лет значительно возросла глубина перемешивания, соответственно увеличилось содержание кислорода и исчезло сероводородное заражение глубинных вод.
Приливные колебания уровня Каспийского моря не превосходят 3 см. Кратковременные непериодические колебания, обусловленные сгонно-нагонными явлениями, могут вызывать повышения уровня до 2—2,2 м и понижения его до 2 м. Наблюдаются сейши с периодом от 10 мин до 12 ч и амплитудой порядка 0,7 м. Размах сезонных колебаний уровня около 30 см. Характерной чертой гидрологического режима Каспийского моря являются резкие межгодовые колебания среднегодового уровня. Средний уровень от нуля Бакинского футштока за столетие (1830—1930) составлял 326 см. Наиболее высокий уровень (363 см) наблюдался в 1896 г. С 327 см (1929) уровень понизился до 109 см (1954), т. е. на 218 см. В последнем десятилетии уровень Каспия стабилизировался на низких отметках с межгодовыми колебаниями порядка ±20 см. Колебания уровня Каспийского моря связаны с изменениями климата над всем бассейном этого моря.
Источник