Pagina 1

Masele de apă sunt împărțite în suprafață, intermediară și adâncă. Masa de suprafață prezintă cele mai mari fluctuații de temperatură și salinitate în timp și spațiu.

Masele de apă de suprafață, și în special cele mari (oceanice), joacă un rol imens în formarea câmpului de temperatură al Pământului.

Astfel, masele de apă sunt transportate în principal de curenți din stratul superior de o sută de metri, iar fenomenul de turbulență rezultat amestecă activ acest strat.

O parte din apele Volga se îndreaptă spre est, transferând mase de apă în golful Komsomolets.

Energia Soarelui încălzește Pământul, mișcă masele de aer ale atmosferei și masele de apă ale râurilor, oceanelor și mărilor, asigură procesul de fotosinteză la plantele verzi și, în cele din urmă, este principala condiție pentru existența vieții.

În acest caz, doar valul în sine se mișcă în direcția orizontală, dar nu și masele de apă în ansamblu.

Este clar, așadar, că la toate nivelurile verticale panta se dovedește a fi un fel de amplificator al proceselor dinamice din ocean: aici mase uriașe de apă ale oceanului, întâlnindu-se cu un obstacol, trebuie să își reducă viteza până la valori zero, se transformă în sisteme de curenți vertical și orizontal (de-a lungul pantei).

Clasificarea valurilor de apă este prezentată în diverse lucrări, în conformitate cu care se dau următoarele definiții: undele de tsunami sunt valuri generate de un cutremur în secțiuni subacvatice ale scoarței terestre; unde gravitaționale ale vântului - valuri care apar din acțiunea vântului pe suprafața liberă a apei, în formarea cărora rolul principal îl joacă gravitația; valuri de nave - valuri care provin din deplasarea navelor pe suprafața liberă a apei; valuri-valuri cauzate de influența forțelor de atracție ale Lunii și Soarelui asupra maselor de apă ale Pământului; valuri seiche cu o perioadă egală cu perioada oscilațiilor naturale ale volumului de apă considerat, care apar în rezervoare închise ca urmare a unei schimbări bruște a presiunii atmosferice; tracțiune - fluctuații de apă pe termen lung în zona apei portului, apărute ca urmare a fenomenelor de rezonanță la apropierea de portul unui tsunami, maree și alte sisteme de valuri.

Deoarece volumele lor sunt foarte mari (zeci de kilometri cubi), chiar și un nor poate conține sute de tone de apă sub formă de picături sau cristale de gheață. Aceste mase gigantice de apă sunt transportate continuu de curenții de aer peste suprafața Pământului, ducând la redistribuirea nu numai a apei, ci și a căldurii. Deoarece, după cum am menționat deja, apa are o capacitate termică excepțional de mare, evaporarea de la suprafața corpurilor de apă, din sol, transpirația de către plante absoarbe până la 70% din căldura primită de Pământ de la Soare. Căldura consumată la evaporare (căldura latentă de vaporizare) intră în atmosferă cu vapori de apă și este eliberată acolo când se condensează și se formează nori. Ca urmare a eliminării căldurii, temperatura suprafețelor apei și a stratului de aer adiacent scade considerabil, prin urmare, este mult mai rece lângă corpurile de apă în sezonul cald decât în ​​acele regiuni continentale care primesc aceeași cantitate de căldură solară.

La prima vedere, formarea rifelea poate părea ciudată. Masele de apă care se deplasează în ape puțin adânci se deplasează alternativ spre coastă și departe de coastă. Îndreptându-se spre țărm, apa poartă înainte boabele suprafeței inferioare, iar îndepărtându-se de țărm, le poartă înapoi.

Aproximarea unidimensională este utilizată pe scară largă pentru a determina vibrațiile naturale libere în blocajele. Există o cantitate imensă de literatură care se ocupă nu numai de mase reale de apă, ci și de condiții idealizate, cum ar fi bazinele dreptunghiulare.

Curenții în derivă se observă și în mările nordice, unde suprafața apei este acoperită cu gheață. În această situație, câmpurile de gheață plutitoare trag împreună cu ele mase de apă din cauza frecării.

Distribuția apei în hidrosferă, compoziția acesteia, proprietățile fizice și chimice, viteza de mișcare și schimbul de apă dintre atmosferă, sol și hidrosfera subterană depind în mare măsură de locația apei într-unul sau altul înveliș al Pământului, de structură. și proprietățile apei naturale. Dacă pentru atmosferă și apele de suprafață timpul schimbului de apă între ele poate fi de la câteva ore și zile, iar masele de apă din atmosferă și râuri se pot deplasa pe distanțe lungi în perioade scurte de timp, atunci pentru acviferele adânci ale apelor foarte mineralizate (saramuri). ) ratele de mișcare naturală a apelor subterane, caracterizate de obicei prin valorile de centimetri și metri pe an, pot avea un caracter multidirecțional, modificându-se repetat în epocile geologice. Schimbul de apă al unor astfel de acvifere cu apele subterane de suprafață sau de mică adâncime este practic absent.

Toate aceste estimări sunt legate direct sau indirect de determinarea vârstei apelor subterane prin diverse metode, i.e. timpul scurs din momentul intrării (infiltrarii) umidității atmosferice în depozitele de sol. În același timp, însă, conceptul de vârstă a apelor subterane este, într-un anumit sens, condiționat, deoarece în diferite părți ale aceluiași orizont pot exista mase de apă, timpurile cărora se află în ea din momentul infiltrarea va diferi semnificativ. Prin urmare, este mai corect să vorbim despre vârsta apei într-o probă separată prelevată într-unul sau altul punct al rezervorului și apoi cu condiția ca procesele de dispersie să nu conducă la amestecarea apelor sursă de vârste semnificativ diferite. O incertitudine suplimentară în conceptul în discuție este introdusă de procesele cauzate de porozitatea dublă a mediului filtrant; deci, în același macro-volum, vârsta apei în fisuri și pori poate varia semnificativ.

masele de aer

Transformarea maselor de aer

Influența suprafeței pe care trec masele de aer afectează straturile lor inferioare. Această influență poate provoca modificări ale conținutului de umiditate al aerului din cauza evaporării sau precipitațiilor, precum și o modificare a temperaturii masei de aer datorită degajării de căldură latentă sau schimbului de căldură cu suprafața.

Tab. 1. Clasificarea maselor de aer și proprietățile acestora în funcție de sursa de formare

	Tropical	Polar	arctic sau antarctic
Maritim	marin tropical (MT), cald sau foarte umed; format în Azore insule din nord atlantic	polar marin (MP), rece și foarte umed; format peste Atlantic spre sud în largul Groenlandei	arctic (A) sau antarctic (AA), foarte rece și uscată; se formează peste partea acoperită cu gheață a Arcticii sau peste partea centrală a Antarcticii
Continental (K)	continental tropicale (CT), fierbinte si uscat; format peste desertul Sahara	continental polar (CP), rece și uscat; format în Siberia în perioada de iarna

Transformările asociate cu mișcarea maselor de aer se numesc dinamice. Vitezele aerului la diferite altitudini vor fi aproape sigur diferite, astfel încât masa de aer nu se mișcă ca unitate, iar prezența unei forfecări în viteze provoacă amestecuri turbulente. Dacă straturile inferioare ale masei de aer sunt încălzite, atunci apare instabilitatea și se dezvoltă amestecarea convectivă. Alte schimbări dinamice sunt asociate cu mișcarea verticală a aerului la scară largă.

Transformările care apar cu masa de aer pot fi desemnate adăugând încă o literă la denumirea sa principală. Dacă straturile inferioare ale masei de aer sunt mai calde decât suprafața pe care trece, atunci se adaugă litera „T”, dacă sunt mai reci, se adaugă litera „X”. Prin urmare, la răcire, stabilitatea masei de aer polar marin cald crește, în timp ce încălzirea masei de aer polar marin rece o face să devină instabilă.

Masele de aer și influența lor asupra vremii din Insulele Britanice

Condițiile meteorologice din orice loc de pe Pământ pot fi considerate ca rezultat al acțiunii unei anumite mase de aer și ca urmare a modificărilor care au avut loc asupra acesteia. Marea Britanie, situată la latitudini medii, este afectată de majoritatea tipurilor de mase de aer. Este astfel un bun exemplu pentru studierea condițiilor meteorologice datorate transformării maselor de aer din apropierea suprafeței. Schimbările dinamice, cauzate în principal de mișcările verticale ale aerului, sunt și ele foarte importante în determinarea condițiilor meteorologice, iar în fiecare caz concret nu pot fi neglijate.

Aerul polar maritim (MPA) care ajunge în Insulele Britanice este de obicei de tip CMPA, astfel încât această masă de aer este instabilă. La trecerea peste ocean, ca urmare a evaporării de la suprafața acestuia, acesta păstrează o umiditate relativă ridicată, iar ca urmare, mai ales peste suprafața caldă a Pământului la amiază, odată cu sosirea acestei mase de aer, a norilor cumuluși și cumulonimbus. va apărea, temperatura va scădea sub medie, iar vara vor fi averse, iar iarna precipitațiile pot cădea adesea sub formă de zăpadă sau boabe. Vânturile puternice și mișcările convective în aer vor dispersa praful și fumul, astfel încât vizibilitatea să fie bună.

Dacă aerul polar marin (MPA) din centrul formării sale trece spre sud, iar apoi se îndreaptă spre Insulele Britanice din sud-vest, poate deveni foarte cald, adică de tip TMAP; este denumit uneori „aerul de retur polar de mare”. Aduce temperaturi și vreme normale între vremea care se stabilește odată cu sosirea maselor de aer HMPW și MTV.

Marine Tropical Air (MTA) este de obicei de tip TMTV, deci este stabil. Ajuns după ce a traversat oceanul insulelor britanice și s-a răcit, este saturat (sau devine aproape de saturație) cu vapori de apă. Această masă de aer aduce cu ea vreme blândă, cerul devine înnorat și vizibilitatea este slabă, ceața nu este neobișnuită în vestul Insulelor Britanice. Pe măsură ce te ridici deasupra barierelor orografice, se formează nori stratus; în același timp, sunt frecvente ploile burnițe, transformându-se în altele mai puternice, iar pe versantul de est al lanțurilor muntoase cad ploi continue.

Masa de aer tropical continental este instabilă la sursă și, deși straturile sale inferioare devin stabile când ajunge în Insulele Britanice, straturile superioare continuă să rămână instabile, ceea ce poate provoca furtuni vara. Cu toate acestea, iarna, straturile inferioare ale masei de aer sunt foarte stabile, iar orice nori care se formează acolo sunt de tip stratus. De obicei, apariția unei astfel de mase de aer face ca temperatura să crească mult peste medie și se formează ceață.

Odată cu apariția aerului polar continental, vremea foarte rece se instalează în Insulele Britanice iarna. În sursa de formare, această masă este stabilă, dar apoi în straturile inferioare poate deveni instabilă și, la trecerea peste Marea Nordului, va fi „saturată” în mare măsură cu vapori de apă. Norii care se vor forma în acest caz sunt de tip cumulus, deși se pot forma și stratocumulus. În timpul iernii, în partea de est a Regatului Unit pot cădea ploi abundente cu ninsoare sau ninsori.

Aerul arctic (AB) poate fi continental (CAV) sau maritim (MAV), în funcție de calea pe care a parcurs-o de la sursa de formare până la Insulele Britanice. KAV trece peste Scandinavia în drum spre Insulele Britanice. Este asemănător cu aerul polar continental, deși este mai rece și, prin urmare, aduce adesea zăpadă iarna și primăvara. Aerul maritim arctic trece peste Groenlanda și Marea Norvegiei; poate fi comparat cu aerul rece polar maritim, deși este mai rece și mai instabil. Iarna și primăvara, aerul arctic se caracterizează prin ninsori abundente, înghețuri prelungite și condiții de vizibilitate excepțional de bune.

Masele de apă și diagrama t-s

Atunci când definesc masele de apă, oceanografii folosesc un concept similar cu cel aplicat maselor de aer. Masele de apă se disting în principal prin temperatură și salinitate. De asemenea, se crede că mase de apă se formează într-o anumită zonă, unde se află în stratul mixt de suprafață și unde sunt afectate de condițiile atmosferice constante. Dacă apa rămâne staționară pentru o perioadă lungă de timp, salinitatea ei va fi determinată de o serie de factori: evaporare și precipitații, afluxul de apă dulce din scurgerea râurilor în zonele de coastă, topirea și formarea gheții la latitudini mari etc. În mod similar, temperatura acestuia va fi determinată de balanța radiațiilor de pe suprafața apei, precum și de schimbul de căldură cu atmosfera. Dacă salinitatea apei scade și temperatura crește, densitatea apei va scădea și coloana de apă va deveni stabilă. În aceste condiții, se poate forma doar o masă de apă de suprafață mică. Dacă însă salinitatea crește și temperatura scade, apa va deveni mai densă, va începe să se scufunde și se poate forma o masă de apă, ajungând la o grosime verticală semnificativă.

Pentru a distinge între masele de apă, datele de temperatură și salinitate obținute la diferite adâncimi într-o anumită regiune a oceanului sunt reprezentate pe o diagramă în care temperatura este reprezentată de-a lungul axei ordonatelor, iar salinitatea este reprezentată de-a lungul axei absciselor. Toate punctele sunt legate între ele printr-o linie în ordinea crescătoare a adâncimii. Dacă masa de apă este perfect omogenă, aceasta va fi reprezentată printr-un singur punct pe o astfel de diagramă. Această caracteristică servește drept criteriu pentru distingerea tipului de apă. Acumularea punctelor de observare în apropierea unui astfel de punct va indica prezența apelor de un anumit tip. Dar temperatura și salinitatea masei de apă se modifică de obicei cu adâncimea, iar masa de apă este caracterizată pe diagrama T-S printr-o anumită curbă. Aceste variații se pot datora micilor fluctuații ale proprietăților apei formate în diferite perioade ale anului și coborâte la diferite adâncimi în funcție de densitatea acesteia. Ele pot fi explicate și prin modificări ale condițiilor de pe suprafața oceanului în regiunea în care a avut loc formarea masei de apă, iar apa poate să nu se scufunde vertical, ci de-a lungul unor suprafețe înclinate de densități egale. Deoarece q1 este doar o funcție de temperatură și salinitate, linii de valori egale ale lui q1 pot fi trase pe diagrama T-S. O idee despre stabilitatea coloanei de apă poate fi obținută comparând diagrama T-S cu lovitura izoliniilor q1.

Proprietăți conservatoare și neconservative

După ce s-a format, masa de apă, ca și masa de aer, începe să se miște din centrul formării, suferind o transformare pe parcurs. Dacă rămâne în stratul mixt din apropierea suprafeței sau îl părăsește și apoi revine din nou, interacțiunea ulterioară cu atmosfera va provoca modificări ale temperaturii și salinității apei. O nouă masă de apă poate rezulta din amestecarea cu o altă masă de apă, iar proprietățile acesteia vor fi intermediare între cele ale celor două mase de apă originale. Din momentul în care masa de apă încetează să se transforme sub influența atmosferei, temperatura și salinitatea acesteia se pot schimba doar ca urmare a procesului de amestecare. Prin urmare, astfel de proprietăți sunt numite conservatoare.

Masa de apă are de obicei anumite caracteristici chimice, biotă și rapoarte tipice temperatură-salinitate (raporturi T-S). Un indicator util care caracterizează masa de apă este adesea valoarea concentrației de oxigen dizolvat, precum și concentrația de nutrienți - silicați și fosfați. Organismele marine asociate cu un anumit corp de apă sunt numite specii indicator. Ele pot rămâne într-o anumită masă de apă deoarece proprietățile sale fizice și chimice le satisfac sau pur și simplu pentru că, fiind plancton, sunt transportate împreună cu masa de apă din zona de formare a acestuia. Aceste proprietăți, totuși, se modifică ca urmare a proceselor chimice și biologice care au loc în ocean și, prin urmare, sunt numite proprietăți neconservative.

Exemple de mase de apă

Un exemplu destul de clar este masele de apă care se formează în rezervoare semiînchise. Masa de apă care se formează în Marea Baltică are o salinitate scăzută, care este cauzată de un exces semnificativ de scurgere și precipitații peste evaporare. Vara, această masă de apă se încălzește suficient și, prin urmare, are o densitate foarte scăzută. Din sursa sa de formare, curge prin strâmtorii înguste dintre Suedia și Danemarca, unde este amestecat intens cu straturile de apă subiacente care intră în strâmtori dinspre ocean. Înainte de amestecare, temperatura sa vara este aproape de 16°C, iar salinitatea este mai mică de 8% 0 . Dar până când ajunge în strâmtoarea Skagerrak, salinitatea sa a crescut la aproximativ 20% o. Datorită densității sale scăzute, rămâne la suprafață și se transformă rapid ca urmare a interacțiunii cu atmosfera. Prin urmare, această masă de apă nu are un efect vizibil asupra zonelor oceanice deschise.

În Marea Mediterană, evaporarea depășește afluxul de apă dulce sub formă de precipitații și scurgere a râului și, prin urmare, salinitatea acolo crește. În nord-vestul Mediteranei, răcirea iernii (în principal din cauza vântului numit mistral) poate duce la convecție care acoperă întreaga coloană de apă până la adâncimi de peste 2000 m, rezultând o masă de apă extrem de omogenă, cu o salinitate de peste 38,4% și un temperatura de aproximativ 12,8°C. Când această masă de apă părăsește Marea Mediterană prin strâmtoarea Gibraltar, ea suferă o amestecare intensă, iar stratul cel mai puțin amestecat, sau miezul, de apă mediteraneană din partea adiacentă a Atlanticului are o salinitate de 36,5% 0 și o temperatură de 11. °C. Acest strat este foarte dens și, prin urmare, se scufundă la adâncimi de ordinul a 1000 m. La acest nivel, se răspândește prin amestecare continuă, dar miezul său poate fi încă recunoscut printre alte mase de apă din cea mai mare parte a Oceanului Atlantic.

În oceanul deschis, masele centrale de apă se formează la latitudini de aproximativ 25° până la 40° și apoi se scufundă de-a lungul izopicelor înclinate și ocupă partea superioară a termoclinului principal. În Atlanticul de Nord, această masă de apă se caracterizează printr-o curbă T-S cu o valoare inițială de 19°C și 36,7% și o valoare finală de 8°C și 35,1%. La latitudini mai mari se formează mase de apă intermediare, care se caracterizează prin salinitate scăzută și temperatură scăzută. Cea mai răspândită este masa de apă intermediară din Antarctica. Are o temperatură de 2° până la 7°C și o salinitate de 34,1 până la 34,6% 0, iar după plonjarea la aproximativ 50°S. SH. pana la adancimi de 800-1000 m se intinde in directie nord. Cele mai adânci mase de apă se formează la latitudini mari, unde apa se răcește la temperaturi foarte scăzute iarna, adesea până la punctul de îngheț, astfel încât salinitatea este determinată de procesul de îngheț. Masa de apă din fundul Antarcticii are o temperatură de - 0,4 ° C și o salinitate de 34,66% 0 și se răspândește spre nord la adâncimi de peste 3000 m. - Pervazul Groenlandei trece printr-o transformare notabilă, răspândindu-se spre sud și suprapunând fundul Antarcticii masa de apă în părțile ecuatoriale și sudice ale Oceanului Atlantic.

Conceptul de mase de apă a jucat un rol important în descrierea proceselor de circulație în oceane. Curenții din adâncurile oceanelor sunt atât foarte lenți, cât și foarte schimbători pentru a fi studiați prin observație directă. Dar analiza T-S ajută la identificarea nucleelor ​​maselor de apă și la determinarea direcției de propagare a acestora. Cu toate acestea, pentru a stabili viteza cu care se mișcă, sunt necesare alte date, cum ar fi viteza de amestecare și viteza de modificare a proprietăților neconservative. Dar de obicei nu sunt disponibile.

Curgeri laminare și turbulente

Mișcările din atmosferă și din ocean pot fi clasificate în diferite moduri. Una dintre ele este împărțirea mișcării în laminare și turbulente. Într-un flux laminar, particulele de fluid se mișcă într-o manieră ordonată, liniile de curgere sunt paralele. Fluxul turbulent este haotic, iar traiectoriile particulelor individuale se intersectează. Într-un fluid de densitate uniformă, trecerea de la laminar la turbulent are loc atunci când viteza atinge o anumită valoare critică proporțională cu vâscozitatea și invers proporțională cu densitatea și distanța până la limita curgerii. În ocean și atmosferă, curenții sunt în majoritatea cazurilor turbulenți. În acest caz, vâscozitatea efectivă, sau frecarea turbulentă, în astfel de fluxuri este de obicei cu câteva ordine de mărime mai mare decât vâscozitatea moleculară și depinde de natura turbulenței și de intensitatea acesteia. În natură, există două cazuri de flux laminar. Unul este fluxul într-un strat foarte subțire adiacent unei granițe netede, celălalt este mișcarea în straturi de stabilitate verticală semnificativă (cum ar fi stratul de inversare din atmosferă și termoclinul din ocean), unde fluctuațiile verticale ale vitezei sunt mici. Forfecarea verticală a vitezei în astfel de cazuri este mult mai mare decât în ​​fluxurile turbulente.

Scale de mișcare

O altă modalitate de clasificare a mișcărilor din atmosferă și ocean se bazează pe separarea lor în funcție de scări spațiale și temporale, precum și pe separarea componentelor mișcării periodice și neperiodice.

Cele mai mari scări spațiu-timp corespund unor sisteme staționare precum alizeele din atmosferă sau Gulf Stream din ocean. Deși mișcarea în ele suferă fluctuații, aceste sisteme pot fi considerate elemente de circulație mai mult sau mai puțin constante, având o scară spațială de ordinul a câteva mii de kilometri.

Următorul loc este ocupat de procesele cu ciclicitate sezonieră. Printre aceștia, trebuie să remarcăm în special musonii și curenții care rezultă - și totodată schimbându-și direcția - din Oceanul Indian. Scara spațială a acestor procese este, de asemenea, de ordinul a câteva mii de kilometri, dar ele se disting printr-o periodicitate pronunțată.

Procesele cu o scară de timp de câteva zile sau săptămâni sunt, de regulă, neregulate și au scale spațiale de până la o mie de kilometri. Acestea includ variații ale vântului asociate cu transportul diferitelor mase de aer și care provoacă schimbări ale vremii în zone precum Insulele Britanice, precum și similare și adesea asociate cu primele fluctuații ale curenților oceanici.

Luând în considerare mișcările cu o scară de timp de la câteva ore la una sau două zile, întâlnim o mare varietate de procese, dintre care unele sunt în mod clar periodice. Aceasta poate fi o periodicitate zilnică asociată cu cursul zilnic al radiației solare (este tipic, de exemplu, pentru o briză - un vânt care suflă de la mare la uscat în timpul zilei și de la pământ la mare noaptea); poate fi periodicitate diurnă și semidiurnă, caracteristică mareelor; aceasta poate fi o periodicitate asociată cu mișcarea ciclonilor și a altor perturbări atmosferice. Scara spațială a acestui tip de mișcare este de la 50 km (pentru brize) la 2000 km (pentru depresiunile barice la latitudini medii).

Scalele de timp, măsurate în secunde, mai rar în minute, corespund mișcărilor regulate - valuri. Valurile de vânt sunt cele mai răspândite pe suprafața oceanului, având o scară spațială de aproximativ 100 m. Valurile mai lungi, cum ar fi valurile sub vânt, se întâlnesc și în ocean și în atmosferă. Mișcările neregulate cu astfel de scale de timp corespund fluctuațiilor turbulente, care se manifestă, de exemplu, sub formă de rafale de vânt.

Mișcarea observată într-o regiune a oceanului sau a atmosferei poate fi caracterizată printr-o sumă vectorială de viteze, fiecare dintre acestea corespunzând unei anumite scări de mișcare. De exemplu, viteza măsurată la un moment dat în timp poate fi reprezentată ca unde și denotă fluctuații ale vitezei turbulente.

Pentru a caracteriza mișcarea, puteți folosi descrierea forțelor implicate în crearea acesteia. Această abordare, combinată cu metoda de scalare, va fi folosită în capitolele ulterioare pentru a descrie diferitele forme de mișcare. De asemenea, este convenabil aici să luăm în considerare diferitele forțe a căror acțiune poate provoca sau afecta mișcări orizontale în ocean și atmosferă.

Forțele pot fi împărțite în trei categorii: externe, interne și secundare. Sursele forțelor externe se află în afara mediului lichid. Atracția gravitațională a Soarelui și a Lunii, care provoacă mișcări ale mareelor, precum și forța de frecare a vântului, se încadrează în această categorie. Forțele interne sunt legate de distribuția masei sau a densității într-un mediu lichid. Distribuția neuniformă a densității se datorează încălzirii neuniforme a oceanului și a atmosferei și generează gradienți de presiune orizontale în interiorul mediului lichid. Prin secundar înțelegem forțele care acționează asupra lichidului numai atunci când acesta se află în stare de mișcare față de suprafața pământului. Cea mai evidentă este forța de frecare, întotdeauna îndreptată împotriva mișcării. Dacă diferite straturi de fluid se mișcă la viteze diferite, frecarea dintre aceste straturi din cauza vâscozității face ca straturile care se mișcă mai rapid să încetinească și straturile care se mișcă mai lente să accelereze. Dacă fluxul este direcționat de-a lungul suprafeței, atunci în stratul adiacent graniței, forța de frecare este direct opusă direcției curgerii. Deși frecarea joacă de obicei un rol minor în mișcările atmosferice și oceanice, ar atenua aceste mișcări dacă nu ar fi susținute de forțe externe. Astfel, mișcarea nu ar putea rămâne uniformă dacă nu ar exista alte forțe. Celelalte două forțe secundare sunt forțe fictive. Ele sunt legate de alegerea sistemului de coordonate în raport cu care se ia în considerare mișcarea. Acestea sunt forța Coriolis (despre care am vorbit deja) și forța centrifugă care apare atunci când corpul se mișcă în cerc.

Forța centrifugă

Un corp care se mișcă cu o viteză constantă într-un cerc își schimbă direcția de mișcare tot timpul și, prin urmare, experimentează o accelerație. Această accelerație este îndreptată către centrul instantaneu de curbură al traiectoriei și se numește accelerație centripetă. Prin urmare, pentru a rămâne pe cerc, corpul trebuie să experimenteze acțiunea unei forțe îndreptate spre centrul cercului. După cum se arată în manualele elementare de dinamică, mărimea acestei forțe este egală cu mu 2 /r sau mw 2 r, unde r este masa corpului, m este viteza corpului într-un cerc, r este raza. a cercului și w este viteza unghiulară de rotație a corpului (măsurată de obicei în radiani pe secundă). De exemplu, pentru un pasager care călătorește într-un tren pe o cale curbă, mișcarea pare să fie uniformă. El vede că se mișcă față de suprafață cu o viteză constantă. Cu toate acestea, pasagerul simte acțiunea unei forțe îndreptate din centrul cercului - forță centrifugă și el contracarează această forță aplecându-se spre centrul cercului. Apoi, forța centripetă se dovedește a fi egală cu componenta orizontală a reacției scaunului-suport sau a podelei trenului. Cu alte cuvinte, pentru a-și menține starea aparentă de mișcare uniformă, pasagerul are nevoie ca forța centripetă să fie egală ca mărime și opusă ca direcție forței centrifuge.

Caracteristicile distribuției caracteristicilor oceanologice pe zona mării și cu adâncime, amestec bine dezvoltat, afluxul apelor de suprafață din bazinele adiacente și izolarea apelor de adâncime de ele formează principalele caracteristici ale structurii hidrologice a mării. al Japoniei. Întreaga grosime a apelor sale este împărțită în două zone: suprafață (până la o adâncime medie de 200 m) și adâncime (de la 200 m până la fund). Apele zonei adânci se caracterizează prin proprietăți fizice relativ uniforme pe toată masa lor pe tot parcursul anului. Apa zonei de suprafață, sub influența factorilor climatici și hidrologici, își schimbă caracteristicile în timp și spațiu mult mai intens.

În Marea Japoniei se disting trei mase de apă: două în zona de suprafață - suprafața Pacificului, caracteristică părții de sud-est a mării, și suprafața Mării Japoniei, caracteristică părții de nord-vest a mării, și una în zona adâncă - masa de apă adâncă a Mării Japoniei. Prin originea lor, aceste mase de apa sunt rezultatul transformarii apelor Pacificului care intra in mare.

Masa de apă de suprafață din Pacific se formează în principal sub influența curentului Tsushima, are cel mai mare volum în sudul și sud-estul mării. Pe măsură ce vă deplasați spre nord, grosimea și aria sa de distribuție scad treptat și aproximativ în regiunea de 48 ° N. SH. din cauza unei scăderi accentuate a adâncimii, se întinde în ape puțin adânci. În timpul iernii, când curentul Tsushima slăbește, limita de nord a apelor Pacificului este situată la aproximativ 46-47 ° N. SH.

Apa de suprafață din Pacific se caracterizează prin temperaturi ridicate (aproximativ 15-20°) și salinitate (34,0-35,5‰). În masa de apă considerată se disting mai multe straturi, ale căror caracteristici hidrologice și grosimea se modifică pe parcursul anului. Stratul de suprafață, unde temperatura în timpul anului variază de la 10 la 25 °, iar salinitatea de la 33,5 la 34,5‰. Grosimea stratului de suprafață variază de la 10 la 100 m. Stratul intermediar superior, a cărui grosime variază de la 50 la 150 m pe tot parcursul anului, prezintă gradienți semnificativi de temperatură, salinitate și densitate. Stratul inferior are o grosime de 100 până la 150 m. În timpul anului, adâncimea de apariție, limitele distribuției sale, temperatura de la 4 la 12 °, salinitatea de la 34,0 la 34,2‰ se modifică. Strat intermediar inferior cu gradiente verticale foarte mici de temperatură, salinitate și densitate. Separă masa de apă de suprafață a Pacificului de adâncimea Mării Japoniei.

Pe măsură ce ne îndreptăm spre nord, apa Oceanului Pacific își schimbă treptat caracteristicile sub influența factorilor climatici și datorită amestecării sale cu apa adâncă subiacentă a Mării Japoniei. Ca urmare a răcirii și împrospătării apei Pacificului la latitudini 46-48 ° N. SH. se formează masa de apă de suprafață a Mării Japoniei. Se caracterizează prin temperaturi relativ scăzute (aproximativ 5-8° în medie) și salinitate (32,5-33,5‰). Toată grosimea acestei mase de apă este împărțită în trei straturi: de suprafață, intermediar și adânc. Ca și în Pacific, în apele de suprafață ale Mării Japoniei, cele mai mari modificări ale caracteristicilor hidrologice au loc în stratul de suprafață. Temperatura aici în timpul anului variază de la 0 la 21 °, salinitatea de la 32,0-34,0‰, iar grosimea stratului de la 10 la 150 m sau mai mult. În straturile intermediare și profunde, modificările sezoniere ale caracteristicilor hidrologice sunt nesemnificative. În timpul iernii, apa de suprafață a Mării Japoniei ocupă o suprafață mai mare decât vara, datorită afluxului intens al apelor Pacificului în mare în acest moment.

Apa adâncă a Mării Japoniei se formează ca urmare a transformării apelor de suprafață care se scufundă la adâncimi datorită procesului de convecție de iarnă din cauza circulației ciclonice generale. Modificările caracteristicilor apei adânci ale Mării Japoniei de-a lungul verticalei sunt extrem de mici. Cea mai mare parte a acestor ape are o temperatură de 0,1-0,2 ° iarna, 0,3-0,5 ° vara; salinitatea pe parcursul anului este de 34,10-34,15‰.

Schema de amplasare a maselor de apă și tipurile de structură verticală a apelor pe o secțiune condiționată de-a lungul raftului părții de nord-vest a Mării Japoniei în februarie (sus) și august (jos).

MASE DE APĂ, volum de apă proporțional cu suprafața și adâncimea unui rezervor, cu o relativă uniformitate a caracteristicilor fizice, chimice și biologice, format în condiții fizice și geografice specifice (de obicei la suprafața oceanului, a mării), diferite de cele coloana de apă din jur. Caracteristicile maselor de apă dobândite în anumite zone ale oceanelor și mărilor sunt păstrate în afara zonei de formare. Masele de apă adiacente sunt separate una de cealaltă prin zone de fronturi ale Oceanului Mondial, zone de diviziune și zone de transformare, care pot fi urmărite de-a lungul gradienților orizontal și vertical crescând ai principalilor indicatori ai maselor de apă. Principalii factori în formarea maselor de apă sunt bilanțele de căldură și apă ale unei anumite zone, respectiv, principalii indicatori ai maselor de apă sunt temperatura, salinitatea și densitatea care depinde de acestea. Cele mai importante modele geografice - zonalitatea orizontală și verticală - se manifestă în ocean sub forma unei structuri specifice de ape, formată dintr-un set de mase de apă.

În structura verticală a Oceanului Mondial se disting mase de apă: suprafață - până la o adâncime de 150-200 m; subterană - până la 400-500 m; intermediar - până la 1000-1500 m, adânc - până la 2500-3500 m; fund - sub 3500 m. În fiecare dintre oceane există mase de apă caracteristice acestora, masele de apă de suprafață sunt denumite în funcție de zona climatică în care s-au format (de exemplu, Pacific subarctic, Pacific tropical și așa mai departe). Pentru zonele structurale subiacente ale oceanelor și mărilor, denumirea maselor de apă corespunde zonei lor geografice (masă de apă intermediară mediteraneană, adâncimea Atlanticului de Nord, adâncimea Mării Negre, fundul Antarctic etc.). Densitatea apei și caracteristicile circulației atmosferice determină adâncimea la care se scufundă masa de apă în regiunea formării acesteia. Adesea, atunci când se analizează o masă de apă, se iau în considerare indicatorii conținutului de oxigen dizolvat și alte elemente din aceasta, concentrația unui număr de izotopi, care fac posibilă urmărirea răspândirii masei de apă din zona de formarea acestuia, gradul de amestecare cu apele din jur și timpul petrecut în afara contactului cu atmosfera.

Caracteristicile maselor de apă nu rămân constante, ele sunt supuse fluctuațiilor sezoniere (în stratul superior) și pe termen lung în anumite limite și modificări în spațiu. Pe măsură ce se deplasează din zona de formare, masele de apă se transformă sub influența schimbărilor echilibrului de căldură și apă, a caracteristicilor circulației atmosferei și a oceanului și sunt amestecate cu apele din jur. Ca urmare, se disting mase de apă primare (formate sub influența directă a atmosferei, cu cele mai mari fluctuații ale caracteristicilor) și mase de apă secundare (formate prin amestecarea celor primare, se deosebesc prin cea mai mare uniformitate a caracteristicilor). În cadrul masei de apă se distinge un miez - un strat cu caracteristicile cel mai puțin transformate, păstrând caracteristicile distinctive inerente unei anumite mase de apă - minime sau maxime de salinitate și temperatură, conținutul unui număr de substanțe chimice.

La studierea maselor de apă, metoda curbelor temperatură-salinitate (curbele T, S), metoda miezului (studiul transformării extremelor de temperatură sau salinitate inerente masei de apă), metoda izopicnală (analiza caracteristicilor pe suprafețele de apă). densitate egală), se utilizează analiza statistică T, S. Circulația maselor de apă joacă un rol important în echilibrul energetic și hidric al sistemului climatic al Pământului, redistribuind energia termică și apa proaspătă (sau salină) între latitudini și diferite oceane.

Lit.: Sverdrup H. U., Johnson M. W., Fleming R. H. Oceanele. N.Y., 1942; Zubov N. N. Oceanologie dinamică. M.; L., 1947; Dobrovolsky A.D. Despre determinarea maselor de apă // Oceanologie. 1961. T. 1. Emisiune. unu; Stepanov V. N. Oceanosfera. M., 1983; Mamaev OI Analiza termohalină a apelor Oceanului Mondial. L., 1987; el este. Oceanografie fizică: selectat. lucrări. M., 2000; Mihailov V.N., Dobrovolsky A.D., Dobrolyubov S.A. Hidrologie. M., 2005.

condiţiile fizice şi geografice. Principalii factori de modelare mase de apa, sunt bilanțele de căldură și apă ale zonei date și, în consecință, principalii indicatori mase de apa- temperatura si salinitatea. Adesea în analiză mase de apa sunt de asemenea luați în considerare indicatorii conținutului de oxigen și alte elemente hidrochimice din acesta, care fac posibilă urmărirea distribuției mase de apa din regiunea formării şi transformării sale. Caracteristici mase de apa nu rămân constante, sunt supuse fluctuațiilor sezoniere și pe termen lung în anumite limite și modificări în spațiu. Pe măsură ce se răspândește din zona de formare mase de apa se transformă sub influenţa modificărilor condiţiilor bilanţului termic şi hidric şi se amestecă cu apele din jur. Distinge între primar și secundar mase de apa la primar mase de apa includ pe cele ale căror trăsături distinctive se formează sub influența directă a atmosferei și se caracterizează prin cele mai mari limite de schimbare într-un anumit volum de apă. La secundar mase de apa format ca urmare a amestecării de primare mase de apaşi caracterizate prin cea mai mare omogenitate a trăsăturilor lor. În structura verticală a Oceanului Mondial, există mase de apa: suprafata (primara) - pana la o adancime de 150-200 m; subterană (primar și secundar) - la o adâncime de 150-200 m până la 400-500 m; intermediar (primar și secundar) - la o adâncime de 400-500 m până la 1000-1500 m, adânc (secundar) - la o adâncime de 1000-1500 m până la 2500-3000 m; jos (secundar) - sub 3000 m. granițele dintre mase de apa sunt zone de fronturi ale Oceanului Mondial, zone de divizare și zone de transformare, care pot fi urmărite de-a lungul gradientului orizontal și vertical crescând al indicatorilor principali. mase de apa

Fiecare ocean are propria sa caracteristică mase de apa De exemplu, în Oceanul Atlantic există: mase de apa Gulf Stream, Northern Tropical, Southern Tropical, etc. Suprafață mase de apa mase de apa, Atlanticul de Nord, Atlanticul de Sud și alte intermediare mase de apa, Mediterana adâncă mase de apa si etc.; în Oceanul Pacific - nordul tropical, nordul central subtropical, sudul tropical și alte suprafețe mase de apa, subtropical de nord, subtropical de sud și alte subterane mase de apa, Pacific de Nord, Pacific de Sud și alte intermediare mase de apa, Pacific adânc mase de apa si etc.

Când studiezi mase de apa se utilizează metoda T, -kpiv și metoda izopicnală, care permit stabilirea uniformității temperaturii, a salinității și a altor indicatori pe curba distribuției lor verticale.

Lit.: Agerov VK, Despre principalele mase de apă din hidrosferă, M. - Sverdlovsk, 1944; Zubov N. N., Oceanologie dinamică, M. - L., 1947; Muromtsev A. M., Principalele caracteristici ale hidrologiei Oceanului Pacific, L., 1958; la fel, Caracteristicile de bază ale hidrologiei