Температура та соленость
План занятия
Влияние глубин на судоходство.
Температура та соленость.
Влияние ветра на судоходство. Волнение.
Течение, приливы.
Осадки.
Биологические факторы.
Литература:
1. Брилиант Л.А. «География морского судоходства» - М.: Транспорт, 1983. ст. 7-17.
2. Мартыненко В.И., Цимбал М.М. «География морского судоходства» - О.: Феникс, 2006. ст. 25-50.
В век технического прогресса человек отошел от природы. Но как бы не хотелось человеку, не он, а внешняя среда им управляет, человек подстраивается под природу. Она влияет на человека, на его деятельность. Особенно это влияние заметно где идет процесс тесного «общения » с внешней средой. Одним из этих видов деятельности, где можно видеть столкновение интересов человека и природы, является мореплаванье.
Изучение условий плавания в Мировом океане или его районах сводится к рассмотрению физико-гидрологических процессов, протекающих в воздушной и водной средах, и степени их воздействия на судно. В основе методов изучения лежит непременное условие рассматривать все элементы, характеризующие эти явления, в комплексе.
Метеорологические элементы характеризуют процессы, протекающие в воздушной среде. К ним относятся: температура и влажность воздуха, туманы и осадки, атмосферное давление, ветер, циклоны и антициклоны, тропические циклоны.
Влияние глубин на судоходство.
Знание рельефа дна необходимо не только с точки зрения безопасности мореплавания. При плавании по мелководью судну приходится преодолевать трение воды, увлекаемой корпусом судна, о дно. С появлением гигантских судов, особенно танкеров, глубины, становятся более важной проблемой и для портов, определяя их судьбы и перспективы развития. Порты, глубины которых не позволяют принимать современные суда с большой осадкой, вынуждены проводить дорогостоящие дноуглубительные работы, и там, где они оказываются невозможными или нерентабельными, порт может полностью или частично утратить свое значение.
Отсчет глубин производится от среднего уровня океана. Теоретически средний уровень всех частей Мирового океана должен быть одинаков, но практически наблюдаются значительные колебания, так как вода никогда не бывает неподвижной.
Географическое распределение глубин рассматривается с учетом возможного колебания уровня воды в районе плавания, которое происходит под влиянием приливно-отливных и сгонно-нагонных явлений. Используя приливы, суда имеют возможность заходить в порты по мелководным фарватерам на барах рек. Изменения уровня воды, связанные с кратковременным влиянием сгонных или нагонных ветров, в отдельных районах достигают 4 м.
Влияние мелководья.
· При плавании в районах мелководья ухудшается управляемость судна.
· Торможение на мелководье тем ощутимее, чем выше скорость судна.
· На малых глубинах, особенно если рельеф дна не ровный, увеличивается рыскливость и снижается скорость.
· При движении судна на мелководье с большой скоростью изменяется характер волнообразования. Одна волна движется впереди форштевня, вторая — за кормой. Носовая волна увеличивает сопротивление движению судна — уменьшает скорость. Волна у кормы создает впадину. Судно проседает, что равносильно увеличению осадки и дифферента на корму, ухудшается управляемость. Это также ведет к уменьшению скорости.
· Если запас воды под килем небольшой, при проседании судна возможно касание грунта днищем. Поэтому при выходе на мелководье рекомендуется снижать скорость.
· Потеря скорости на мелководье достигает 25% и более.
Характерные признаки выхода судна на мелководье: увеличение вибрации судна, особенно в кормовой части, и появление крупной и крутой волны за кормой.
Температура та соленость.
Температура воды в Мировом океане, постепенно понижается от экватора к полюсам, но это явление наблюдается только в поверхностном слое воды. В глубинах океана (начиная с глубины 3000 м и до дна) температура неизменно составляет около 2° С и не зависит ни от широты, ни от времени года.
Среднегодовая температура поверхностного слоя океана, выведенная на основе многолетних наблюдений—17,4° С, что на 3°С выше, чем среднегодовая температура воздуха на уровне моря.
Установлено также, что максимальная температура воды в северном полушарии — в августе, а минимальная — в феврале. Для южного полушария годовой, ход температуры имеет противоположный характер. При этом часть Мирового океана, расположенная к югу от экватора, несколько холоднее северной.
Другими словами, температура поверхностных вод для одинаковых широт бывает, как правило, выше в северном полушарии, чем в южном. В течение суток наибольшая температура на поверхности моря отмечается между 13 и 14 ч, а наименьшая — между 4 и 8 ч.
Амплитуда колебания температуры воды, составляющая около 40°С, значительно меньше, чем разность крайних температур воздуха, которая достигает 133°. Благодаря большой теплоемкости воды Мировой океан служит гигантским аккумулятором солнечного тепла. Он смягчает климат Земли, сглаживает разницу между летней и зимней, дневной и ночной температурами.
Географическое распределение температур нагляднее всего изучается по месячным картам изотерм средних, максимальных и минимальных температур, которые издаются метеорологической службой.
Слишком высокая и слишком низкая температуры отрицательно сказываются на судоходстве.
При высокой температуре:
· портятся некоторые виды грузов, главным образом органического происхождения;
· ухудшает бытовые условия пассажиров и экипажа, что вынуждает оборудовать жилые помещения специальными устройствами для вентиляции и охлаждения;
· снижают мощность главных двигателей, например дизелей, для которых важен вес заряда воздуха, всасываемого в цилиндры;
· вызывают нагревание корпуса и создают сложные условия для хранения перевозимого груза;
· высокая влажность воздуха преобладает в районах с теплым климатом и в сочетании с высокой температурой, при определенных условиях, может привести к конденсации влаги в трюмах и порче грузов.
Но несравненно более сложные задачи ставят низкие температуры, с которыми приходится сталкиваться при плавании в высоких широтах. Влияние низкой температуры на суда заключается в том, что функцией от ее распределения является размещение ледового покрова. Льды служат главным и наиболее труднопреодолимым препятствием для судоходства, всецело зависят от температуры поверхностных вод Мирового океана. Важную роль при этом играет форма ледовых образований.
Известно, что вода замерзает, если её охладить до 0° С. Но для того, чтобы замерзла морская вода, её температура должна опуститься по крайней мере до — 4° С. Объясняется это тем, что морская вода солённая — растворённые в ней соли снижают её температуру замерзания, причём чем выше их концентрация, тем ниже температура.
Что же происходит с солёной водой при замерзании? На её поверхности образуется морской лёд, имеющий, как и любой другой лёд, кристаллическую структуру. Его кристаллы вытянуты вертикально в направлении потоков тепла, поднимающихся из воды в атмосферу. А между кристаллами располагаются пустоты, заполненные незамёрзшей жидкостью. Эта жидкость — рассол, в котором концентрируются соли из замерзающей воды; в самих же кристаллах лёд оказывается пресным. Пузырьки рассола делают морской лёд менее прозрачным, чем пресноводный, но более пластичным и мягким. Постепенно воды в рассоле становится всё меньше, а концентрация солей в нём увеличивается, и пузырьки с рассолом смещаются к нижней границе льда. В результате рассол вытекает изо льда в не замёрзшую воду, так что со временем лёд становится всё более пресным.
У поверхности морская вода практически не бывает неподвижной. Волнение на море препятствует замерзанию. Поэтому, прежде чем замёрзнуть, морская вода должна сильно переохладиться. Когда её температура опускается на несколько градусов ниже точки замерзания, на поверхности воды образуется тонкий слой льда, кристаллы которого быстро смерзаются в губчатые массы ледяного сала(названные так потому, что имеют вид застывшего сала). Ветер и волны сбивают его в сгустки диаметром от 30 см до 3 м. От частых столкновений друг с другом эти сгустки становятся округлыми, а их края приподнимаются. Морской лёд, состоящий из таких округлых льдинок, называют блинчатым. В дальнейшем поля ледяного сала и блинчатого льда смерзаются, утолщаются и переходят в нилас— тонкую корку молодого льда толщиной до 10 см, легко изгибающуюся на волне. Когда волнение усиливается, эта корка обычно раскалывается на множество угловатых обломков, похожих на битое стекло. Так возникает лёд, который моряки именуют склянкой. Нилас легко режет деревянные корпуса шлюпок и баркасов, поэтому его также называют лёд-резун. При утолщении ниласа образуется молодой лёд. А уже из него получается сначала однолетний, затем двухлетний и, наконец, многолетний лёд.
При низких температурах происходит:
· обмерзание надводной части судна из-за водяных брызг образующихся при ветре. На надводной части судна они могут вызывать обледенение, толщина такого обледенения может доходить до 70 см, снижение скорости и уменьшение остойчивости, при других неблагоприятных условиях привести к опрокидыванию судна. Обледенение судов чаще наблюдается в северной части Атлантического и Тихого океанов, а также в некоторых внутренних морях: Гренландском, Норвежском, Баренцевом, Северном, Охотском.
· Судну приходится тратить значительную часть мощности на преодоление сопротивления трущихся о борта и громоздящихся перед форштевнем льдин. При толщине ледового покрова в 15—20 см судно среднего тоннажа двигается с большим трудом, когда же лед становится толще 40 см, исключается возможность плавания обычных морских судов, не имеющих ледового класса и специальных ледовых подкреплений.
· При выборе пути через ледовую зону основным фактором, влияющим на судно, становится лед, который увеличивает сопротивление движению судна, снижает скорость его движения.
· Плавающие льдины, острые края которых могут пробить борт или обломать лопасти винта.
· Образование льда играет важную роль в работе портов. Это не только определяет навигационный период работы многих из них, но ставит вопрос о целесообразности самого их существования.
Ледовые условия характеризуются границей распространения льда, толщиной и сплоченностью и продолжительностью ледового периода. За крайнюю границу распространения морских льдов принято считать линию, за пределами которой льды встречаются редко. Сплоченность дрейфующих льдов обычно определяют по десятибалльной шкале. Десятью баллами оценивается сплошной лед, а нулевым баллом - чистая вода. Сплоченность, например, в 7 баллов означает, что льдами покрыто 70 % видимой акватории.
Под ледопроходимостыопонимается скорость движения судна во льдах по генеральному курсу, допустимая с точки зрения прочности корпуса и достижимая с помощью его силовой установки. Ледовые условия изучают по атласам льдов, бюллетеням ледовой обстановки и картам ледовых прогнозов.
Опытным путем установлено, что при сплоченности льдов до 3 баллов плавание для всех судов осуществляется почти без потери скорости. При сплоченности 4-6 баллов суда ледового класса теряют до 50 % скорости по сравнению с плаванием на чистой воде. При сплоченности выше 7 баллов потери скорости настолько увеличиваются, что плавание судов без ледокола становится невозможным.
Замерзаемость морских акваторий наблюдается с 45° северной и 50° южной широты, но благодаря теплым прибрежным течениям эти границы могут быть заметно отодвинуты в разных частях мира. Ледовая ситуация усугубляется в устьевых и озерных портах, так как пресная вода более подвержена замерзанию, чем морская. Ледовый покров образуется в морях Северного Ледовитого океана, а также в отдельных местах ряда северных районов Тихого океана, у берегов Антарктиды.
В водах океана, окружающего Антарктиду, зимой морские льды господствуют в зоне шириной от 500 до 2000 км. Летом же остаётся лишь полоска разреженных льдов, которая примыкает к берегам ледяного материка. Она разрывается вблизи Антарктического полуострова и в районе моря Росса; лишь в море Уэдделла сохраняется большой массив летнего льда. Так что многолетних морских льдов в Антарктике почти нет. Площадь антарктических морских льдов в течение года колеблется от 20 млн. км2 зимой до 5 млн. км2 летом.
Северный Ледовитый океан в значительной мере изолирован материками от влияния других океанов, поэтому условия для развития морских льдов в нём более благоприятные. Вот почему не только зимой, но и летом здесь сохраняется мощный ледяной панцирь. Зимой его площадь обычно достигает 18 млн. км2, летом она сокращается до 8—9 млн. км2. Границы этих льдов не всегда совпадают с климатическими зонами. Так, холодные течения, движущиеся вдоль восточных берегов Северной Америки, Гренландии и Евразии, затягивают льды далеко на юг. А тёплые течения у западных берегов тех же материков и Гренландии отодвигают границы льдов на север, в Баренцево море и северную часть Берингова моря.
По своему происхождению льды, встречающиеся в океане, подразделяются на морские, образующиеся при замерзании соленой воды, и айсберги, образующиеся из пресной воды. Морские льды менее прочные, их толщина не превышает обычно нескольких метров. Айсберги достигают порой гигантских размеров.
Морские льды делятся на припайные и дрейфующие. Припайные льды прикреплены к берегам и могут образовывать сплошные поля протяжённостью в сотни километров. Припай почти всегда образуется из однолетнего льда; многолетний припай известен только в некоторых заливах и проливах Северной Гренландии и Канадской Арктики. Встречается он и в Российской Арктике, например в проливах между островами архипелага Северная Земля. Из-за своей толщины и отсутствия разводьев (т. е. чистой воды между льдами) многолетний припай практически непроходим даже для самых современных и мощных ледоколов.
Дрейфующие морские льды движутся под влиянием ветров и морских течений. Они образуют основную массу плавучих льдов полярных морей и всегда представляют собой смесь ледяных полей разного возраста — однолетних, двулетних и многолетних. Старое название дрейфующих льдов, прежде всего многолетних. — полярный пак или паковые льды. Дрейфующее льды редко бывают сплошными — даже зимой они изобилуют разводьями и полыньями. Капитаны-полярники говорят: «Там, где есть движение льда, всегда найдёшь открытую воду».
Корабли могут также стать пленниками дрейфующих льдов. Очень тяжёлым для навигации во льдах был 1937 г. Почти весь советский флот, работавший в Западной Арктике, не смог к зиме вернуться на свои базы. А три ледокольных судна были увлечены дрейфующим льдом в Центральную Арктику. Только через год ледоколу «Ермак» удалось освободить от ледового плена суда «Малыгин» и «Садко»; третье ледокольное судно, «Георгий Седов», дрейфовало в Арктике 812 суток.
Поскольку паковый лёд представляет собой смесь ледяных полей разного возраста, он. как правило, имеет большую толщину. За несколько лет толщина ледяного пласта может возрасти до 4—5 м и более. Особенно велика она там, где лёд сжимается, а ледяные поля сталкиваются, надвигаются друг на друга и дробятся. При этом они образуют гряды ледяных глыб, называемые торосами. В таких местах слой льда может достигать 20 м — именно такая толщина торошённого льда была отмечена в проливе Фрама.
Значительную опасность для судоходства представляют айсберги.
Айсберг (от голл. ijs — «лёд», berg — «гора») – массивный отколовшийся от ледника кусок льда различной формы, выступающий над уровнем моря более чем на 5 м, который может быть на плаву или сидящим на мели. Имеются сведения об айсбергах длиной до 100 км, шириной до 10 км, возвышающихся над водой почти на 90 м. Толщина такого айсберга доходит до 1 км, так как надводная часть составляет только десятую часть всей его величины. В подобной ледяной горе заключается количество воды, равное годовому стоку нескольких рек, подобных Волге. В1956 году был замечен айсберг, что превышал Бельгию по размерам площади. Но самый большой айсберг был выявлен возле берегов Гренландии: он возвышался над водою на 160 м как 60-этажный хмарочос.
Наиболее опасными зонами Мирового океана по наличию айсбергов являются южные сектора океанов и Северная Атлантика, особенно район Ньюфаундлендской банки. Айсберги образуются у берегов Гренландии и спускаются к югу мимо полуострова Лабрадор. За год возникает примерно 15000-16000 айсбергов. В этом районе установлена международная служба наблюдения за льдом - Международный ледовый патруль.
Служба ледового патруля, используя все средства, определяет местоположения айсбергов и ледяных полей в северной части Атлантического океана и два раза в сутки по радио передает бюллетени о ледовой обстановке. Кроме того, данные о ледовой обстановке передают пункты, расположенные в Гренландии. Метеостанции Канады и ФРГ передают по факсимильным каналам ледовые карты Баффинова залива, пролива Святого Лаврентия, районов о. Ньюфаундленда, Лабрадора и Гренландии.
Гренландские айсберги часто представляют собой настоящие ледяные горы куполовидной или пирамидальной формы. Они могут возвышаться над водой на 70—100 м, хотя, как у всех айсбергов, это не более чем 20—30% их объёма, остальные же 70—80% скрыты под водой. Восточно-Гренландское и Лабрадорское течения выносят множество айсбергов в Атлантику вплоть до 40° северной широты, а иногда и южнее. Они нередко оказываются в районах, где проходят трансатлантические трассы, и создают серьёзную угрозу для судоходства. В результате столкновений с айсбергами погибло немало морских судов. Крупнейшей из таких катастроф стала гибель трансатлантического лайнера «Титаник» в 1912 г.
Апреля 1912 г. при столкновении с айсбергом у берегов Ньюфаундленда затонул крупнейший в то время трансатлантический пассажирский лайнер «Титаник», в результате чего погибло около 1500 человек пассажиров и экипажа. В том же году были разработаны маршруты, которых должны придерживаться суда, работающие на североатлантических трассах, и учреждена специальная служба ледового патруля. Эта организация, главная база которой находится на Ньюфаундленде, располагает специальными наблюдательными судами и дает извещения судам о размере, скорости и направлении движения обнаруженных айсбергов.
Электронное навигационное оборудование и радарные установки для обнаружения айсбергов, которыми снабжены суда, к сожалению, помогают не всегда. 29 января 1959 г. датское судно «Ганс Гедторф» вышло из гренландского порта Готхоб и взяло курс на Копенгаген. После того как корабль обогнул южную оконечность Гренландии, поступило сообщение, что в штормовом море он столкнулся с айсбергом и идёт ко дну... Прибывший через час к месту катастрофы германский траулер никаких следов судна и пассажиров не обнаружил — было уже поздно...
РАЗНОВИДНОСТИ АЙСБЕРГОВ
 |
Ещё больше айсбергов порождает Антарктический ледниковый покров. Отколовшись, они по 6—12 лет (17 лет) плавают в океане, тают, дробятся и постепенно уменьшаются. Самые знаменитые айсберги Антарктики — столовые, с плоскими вершинами и вертикальными стенками, в которых видны горизонтальные слои фирна, унаследованные от шельфовых ледников. Нередко столовые айсберги достигают колоссальных размеров. Встречаются гиганты, имеющие длину 80, 120 и даже 170 км и объём, составляющий около 3—5 тыс. км3 (в 1,5—2 раза превышающий годичный вынос льда со всего материка).
Среди гидрологических элементов важное значение имеет плотность морской воды, которая находится в зависимости от солености и температуры (с увеличением солености и уменьшением температуры плотность возрастает). Средняя соленость поверхностных слоев океанов равна 35%о (промилле) т. е. в 1 кг воды содержится 35 г соли. Морская вода представляет собой сложнейший раствор, в состав которого входят почти все известные в химии элементы. Больше всего в морской воде хлористого натрия (78%, соленый вкус); содержится также хлористый магний (придающие воде горьковатый привкус). Хотя магния содержится в воде примерно в 10 раз меньше, чем натрия, только тем его количеством, которое находится в 1 км3 воды, можно было бы удовлетворить мировую потребность в нем на несколько лет и калий, сернокислый магний. Из-за последних морская вода имеет характерный неприятный горько-соленный вкус, из-за чего ее нельзя использовать для питья. Соленость изменяется в широтном направлении. У полюсов она минимальная, а в районе тропиков — максимальная. Повышенная соленость в тропиках вызвана высокой температурой воды и воздуха в этой зоне и происходящим вследствие этого интенсивным испарением. Наблюдаются колебания солености и по вертикали.