«Движения вод Мирового океана. Стихийные явления в Мировом океане. Способы изучения и наблюдения за загрязнением вод Мирового океана» — тема урока № 4 по географии в 6 классе, предусмотренная Федеральной рабочей программой основного общего образования. На уроке школьники узнают, почему вода в океане постоянно движется, чем волны отличаются от течений и приливов, как возникают цунами и штормовые нагоны, а также какими приборами учёные обнаруживают загрязнение морской воды.
Мировой океан никогда не бывает совершенно неподвижным. Даже при безветрии частицы воды перемещаются под действием силы тяжести, различий температуры и солёности, притяжения Луны и Солнца. Ветер создаёт волны и участвует в формировании поверхностных течений. Землетрясения на дне могут породить цунами. Вместе с водой перемещаются тепло, соли, кислород, питательные вещества, организмы и загрязняющие примеси.
Почему движутся воды Мирового океана
Движение океанской воды вызывают внешние и внутренние силы. К внешним причинам относятся ветер, атмосферное давление, притяжение Луны и Солнца. Внутри океана действуют различия плотности воды, возникающие из-за неодинаковой температуры и солёности. На движение также влияют очертания материков, рельеф дна и вращение Земли.
Основные виды движения вод Мирового океана:
- волны — колебательные движения водной поверхности;
- приливы и отливы — периодические изменения уровня воды;
- океанические течения — устойчивое перемещение больших масс воды в определённом направлении;
- вертикальные движения — подъём глубинной воды и опускание поверхностной;
- цунами — длинные волны, чаще всего связанные с подводными землетрясениями.
Эти движения отличаются причиной, скоростью, продолжительностью и масштабом. Ветер может за несколько часов создать сильное волнение, прилив повторяется по закономерному ритму, а крупное течение существует десятилетиями и переносит воду через целый океан.
Ветровые волны
Большинство волн на поверхности моря создаёт ветер. Воздушный поток трётся о воду и передаёт ей энергию. Сначала появляется мелкая рябь, затем волны становятся длиннее и выше. Чем сильнее ветер, чем дольше он дует и чем больше открытое водное пространство перед ним, тем крупнее может стать волнение.
У волны различают гребень, подошву, высоту и длину. Гребень — самая высокая часть, подошва — самая низкая. Высоту измеряют по вертикали от подошвы до гребня, а длину — по горизонтали между соседними гребнями.
При прохождении обычной волны вода главным образом совершает колебательные движения. Частицы описывают близкие к круговым траектории, а вперёд передаётся энергия. Это можно заметить по поплавку: он поднимается и опускается, но при небольшом волнении не уносится вместе с каждым гребнем на большое расстояние.
На мелководье нижняя часть волны начинает взаимодействовать с дном. Скорость уменьшается, длина сокращается, а высота растёт. Гребень становится крутым, опрокидывается и образует прибой. Прибой разрушает горные породы, переносит песок и изменяет берег.
Шторм и зыбь
Шторм — сильное и продолжительное волнение, связанное с мощным ветром. Во время шторма движение судов затрудняется, а на побережье усиливаются размыв и затопление низких участков. Высоту волн оценивают приборами на буях, со спутников и с морских платформ.
После ослабления ветра волны не исчезают мгновенно. Длинные плавные волны могут уйти далеко от области своего возникновения. Такое волнение называют зыбью. Поэтому у берега иногда наблюдаются сильные волны при ясной и почти безветренной погоде: энергия пришла из далёкого штормового района.
Приливы и отливы
Прилив — периодический подъём уровня моря, а отлив — его последующее понижение. Главная причина этого явления — притяжение Луны. Солнце тоже воздействует на океан, однако Луна находится гораздо ближе к Земле, поэтому её приливообразующая сила сильнее.
На стороне Земли, обращённой к Луне, вода немного вытягивается в её направлении. С противоположной стороны возникает второе приливное возвышение. Земля вращается, и побережья проходят через области повышенного и пониженного уровня. Во многих местах за лунные сутки происходят два прилива и два отлива, но местные условия могут менять этот ритм.
Высота прилива зависит от формы берега, глубины моря и очертаний залива. В широком открытом море изменение уровня часто невелико. В узком заливе, сужающемся к вершине, вода накапливается, поэтому разница между приливом и отливом возрастает.
Положение Луны и Солнца тоже имеет значение:
- в новолуние и полнолуние их действие усиливается, поэтому возникают особенно высокие приливы и низкие отливы;
- в первую и последнюю четверть направления сил различаются, и размах колебаний становится меньше;
- сильный береговой ветер и низкое атмосферное давление могут дополнительно поднять уровень воды;
- ветер с суши и высокое давление иногда ослабляют ожидаемый прилив.
Приливы учитывают при входе судов в мелководные гавани, строительстве портов, прокладке подводных коммуникаций и рыболовстве. В некоторых районах энергию приливного движения используют на электростанциях.
Океанические течения
Океаническое течение — направленное перемещение огромных масс воды. На картах течения показывают стрелками. Красным цветом обычно обозначают тёплые течения, синим — холодные. Тёплым считается течение, вода которого теплее окружающей, а холодным — течение с более низкой температурой.
Поверхностные течения возникают главным образом под действием постоянных ветров. Пассаты перемещают воду в тропических широтах с востока на запад, а западные ветры умеренных широт — в противоположную сторону. Материки изменяют направление потоков, и в океанах формируются крупные круговые системы.
В Северном полушарии вращение Земли отклоняет движущуюся воду вправо, в Южном — влево. Это проявление силы Кориолиса. Она не запускает течение сама, но меняет его направление.
В глубинах действует термохалинная циркуляция. Её название связано с температурой и солёностью. Холодная или более солёная вода плотнее и опускается, а менее плотная поднимается. Так образуется медленная система глубинного обмена между океанами.
Примеры крупных течений
| Течение | Какое оно | Где проходит | Значение |
|---|---|---|---|
| Гольфстрим | Тёплое | Северная Атлантика | Переносит тепло от тропиков к умеренным широтам |
| Лабрадорское | Холодное | У северо-восточных берегов Северной Америки | Несёт холодную воду и айсберги к югу |
| Перуанское | Холодное | У западных берегов Южной Америки | Способствует подъёму богатой питательными веществами воды |
| Куросио | Тёплое | У восточных берегов Азии | Переносит тёплую воду на север |
| Антарктическое циркумполярное | Холодное | Вокруг Антарктиды | Соединяет воды трёх крупнейших океанов |
Течения влияют на температуру и влажность воздуха над побережьями, распределение осадков, образование туманов и морских льдов. В районах встречи тёплых и холодных вод часто много рыбы, потому что перемешивание и подъём глубинной воды приносят к поверхности питательные соли.
Вертикальные движения воды
Вода движется не только вдоль поверхности, но и вверх или вниз. Апвеллинг — подъём холодной глубинной воды. Он часто возникает у берегов, когда ветер отгоняет поверхностный слой от суши. На освободившееся место поднимается вода, богатая растворёнными минеральными веществами.
В освещённом слое эти вещества используют микроскопические водоросли. Ими питаются мелкие животные, а далее энергия передаётся рыбам, птицам и морским млекопитающим. Поэтому районы устойчивого апвеллинга имеют большое промысловое значение.
Даунвеллинг — опускание поверхностной воды. Он происходит там, где потоки сходятся или где вода охлаждается и становится плотнее. Вертикальный обмен переносит кислород в глубины и связывает поверхностную часть океана с его нижними слоями.
Как движения воды связаны между собой
В природе разные виды движения действуют одновременно. На поверхность течения накладываются ветровые волны, прилив меняет уровень у берега, а шторм усиливает прибой. В проливах приливная волна может создавать быстрый поток. В местах встречи течений возникают завихрения и резкие границы водных масс.
| Движение | Главная причина | Что перемещается | Продолжительность |
|---|---|---|---|
| Ветровая волна | Ветер | Главным образом энергия колебаний | От секунд до нескольких суток |
| Прилив | Притяжение Луны и Солнца | Большие массы воды и уровень моря | Повторяется регулярно |
| Течение | Ветер и различия плотности | Масса воды, тепло и вещества | От месяцев до многих лет |
| Цунами | Резкое смещение воды | Энергия очень длинных волн | От минут до нескольких часов |
Стихийные явления в Мировом океане
Стихийным называют опасное природное явление, которое может причинить большой ущерб людям, хозяйству и природе. В океане к таким явлениям относятся цунами, тропические циклоны, сильные штормы, штормовые нагоны, морские смерчи и опасные ледовые условия.
Само природное явление становится бедствием не всегда. Далёкий шторм в ненаселённом районе может не причинить вреда. Но такое же волнение рядом с портом или густонаселённым побережьем представляет серьёзную опасность. Последствия зависят от силы процесса, точности прогноза, готовности служб и поведения людей.
Цунами
Цунами — серия длинных морских волн, возникающих при быстром смещении большой массы воды. Чаще всего причиной становится сильное подводное землетрясение, при котором участок дна резко поднимается или опускается. Реже цунами вызывают подводные оползни, вулканические извержения или падение крупного космического тела.
В открытом океане волна цунами имеет огромную длину и сравнительно небольшую высоту. Судно может пройти над ней и почти не заметить. Скорость распространения зависит от глубины и в глубоком океане способна достигать скорости пассажирского самолёта. У берега глубина уменьшается, волна замедляется, сокращается по длине и растёт по высоте.
Цунами не обязательно выглядит как одна высокая волна с загибающимся гребнем. Часто оно проявляется быстрым подъёмом уровня и мощным потоком, который затапливает сушу. Перед первой волной море иногда необычно отступает, обнажая дно. Это важный естественный сигнал опасности. Первая волна может оказаться не самой сильной, поэтому возвращаться к берегу до официального сообщения нельзя.
Тропические циклоны и штормовые нагоны
Тропический циклон — мощный атмосферный вихрь, который образуется над очень тёплой океанской водой. В разных районах его называют ураганом, тайфуном или циклоном. Сильный ветер создаёт высокие волны, ливни вызывают наводнения, а низкое давление и ветер поднимают воду у берега.
Штормовой нагон — повышение уровня моря под действием ветра и низкого атмосферного давления. Если нагон совпадает с высоким приливом, затопление усиливается. Особенно опасны низкие берега, устья рек и заливы, сужающиеся в сторону суши.
Для наблюдений используют метеорологические спутники, радиолокаторы, автоматические буи, уровнемеры и данные судов. Прогнозы помогают заранее закрывать порты, менять маршруты кораблей и организовывать эвакуацию прибрежных районов.
Морские смерчи, туманы и ледовые явления
Морской смерч представляет собой вращающийся столб воздуха над водой. Он опасен для небольших судов и объектов у берега. Густой туман резко снижает видимость и повышает риск столкновений. В полярных широтах суда встречают дрейфующий лёд и айсберги. Сжатие льда способно зажать судно, а невидимая подводная часть айсберга представляет особую угрозу.
Как предупреждают об опасных явлениях
Предупреждение начинается с постоянных наблюдений. Сейсмические станции регистрируют землетрясения, глубоководные датчики замечают изменение давления при прохождении цунами, спутники следят за облачностью и температурой поверхности, а береговые уровнемеры фиксируют колебания моря.
Полученные данные поступают в центры обработки. Компьютерные модели рассчитывают возможное направление движения волн, высоту на разных участках берега и время прибытия. После проверки информация передаётся экстренным службам, портам, судам и населению.
При предупреждении о цунами необходимо уйти от берега на возвышенность или по указанному маршруту эвакуации. Нельзя идти к отступившему морю, чтобы рассматривать обнажившееся дно. Во время сильного шторма опасно находиться на пирсах, волнорезах и скалах у прибоя.
Загрязнение вод Мирового океана
Загрязнение океана — поступление веществ, организмов или энергии в количестве, которое ухудшает качество воды, нарушает жизнь экосистем и мешает безопасному использованию морских ресурсов. Загрязняющие примеси поступают с речным стоком, из городов и предприятий, с судов, буровых платформ, сельскохозяйственных территорий и из атмосферы.
Основные группы загрязнений:
- нефть и нефтепродукты;
- пластиковые отходы и микропластик;
- соединения азота и фосфора;
- тяжёлые металлы и стойкие органические вещества;
- сточные воды и болезнетворные микроорганизмы;
- тепловое загрязнение от сброса нагретой воды;
- подводный шум от судов, строительства и промышленных работ.
Течения способны переносить примеси на тысячи километров. Часть веществ растворяется, часть оседает на дно, часть накапливается в организмах. Избыток питательных веществ вызывает бурное развитие водорослей. После их отмирания микроорганизмы расходуют кислород, и в придонном слое могут появиться зоны с его недостатком.
Зачем наблюдать за загрязнением постоянно
Один анализ показывает состояние воды только в определённом месте и в определённое время. Однако прилив, ветер или течение быстро меняют распределение примесей. Поэтому специалисты создают сеть наблюдений и многократно повторяют измерения по одинаковым правилам.
Мониторинг — система регулярных наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Его задача состоит не только в обнаружении загрязнения. Нужно установить источник, проследить распространение, оценить опасность для организмов и людей, проверить результат очистных мер.
Для сравнения результатов выбирают контрольные точки: у устьев рек, портов, пляжей, промышленных районов и в условно чистых водах. Пробы берут на разных глубинах и в разные сезоны. Все сведения снабжают координатами, временем отбора и описанием погоды.
Способы изучения загрязнения океана
Отбор проб воды и донных отложений
Пробу воды берут специальным батометром. Прибор опускают на нужную глубину, закрывают ёмкость и поднимают на судно. В лаборатории определяют солёность, кислотность, содержание кислорода, нефтепродуктов, металлов, соединений азота и фосфора, а также число некоторых микроорганизмов.
Донные отложения исследуют потому, что в них накапливаются многие загрязняющие вещества. Для отбора используют трубки и грунтозахваты. Анализ слоёв осадка помогает узнать не только современное состояние, но и историю поступления примесей.
Автоматические датчики и буи
Автоматические станции измеряют температуру, солёность, мутность, кислотность, концентрацию кислорода и хлорофилла. Данные передаются по спутниковой или радиосвязи. Такой буй может работать длительное время и замечать резкие изменения между рейсами исследовательских судов.
Плавающие приборы перемещаются вместе с течениями, а подводные аппараты выполняют заданный маршрут. Глубинные поплавки периодически погружаются, затем всплывают и отправляют результаты. Это позволяет изучать большие пространства, где постоянная работа судна слишком дорога.
Спутниковые наблюдения
Спутник быстро осматривает огромную площадь. По снимкам обнаруживают нефтяные плёнки, большие скопления плавающих водорослей, мутные шлейфы у речных устьев и некоторые скопления мусора. Приборы также измеряют температуру поверхности, цвет воды и уровень моря.
Спутник не заменяет лабораторию. Он видит главным образом поверхность и не всегда может точно определить химический состав примеси. Поэтому подозрительный участок проверяют с судна, лодки, беспилотного аппарата или береговой станции.
Биологические методы
Состояние воды оценивают по живым организмам. Некоторые виды чувствительны к недостатку кислорода или токсичным веществам, другие выдерживают загрязнение. Изменение состава планктона, донных животных и водорослей служит сигналом нарушения среды.
Учёные анализируют ткани моллюсков и рыб, потому что некоторые вещества постепенно накапливаются в организме. Такие наблюдения показывают воздействие загрязнения за длительный период, тогда как отдельная проба воды отражает лишь момент отбора.
Дроны и береговые наблюдения
Беспилотные летательные аппараты снимают небольшие участки берега с высокой детализацией. По снимкам считают мусор, определяют площадь загрязнённой полосы, находят источники стока и контролируют труднодоступные бухты. Береговые группы проводят маршрутные обследования, фотографируют находки и отмечают координаты.
Для надёжного вывода разные методы объединяют. Спутник находит крупную аномалию, дрон уточняет её границы, судно берёт пробы, лаборатория определяет состав, а модель рассчитывает дальнейший перенос течениями.
Какие показатели качества воды измеряют
| Показатель | Что показывает | Почему важен |
|---|---|---|
| Температура | Степень нагрева воды | Влияет на растворимость газов и жизнь организмов |
| Солёность | Содержание растворённых солей | Помогает различать водные массы и источники пресной воды |
| Растворённый кислород | Количество кислорода в воде | Низкие значения опасны для рыб и донных животных |
| Мутность | Количество взвешенных частиц | Высокая мутность уменьшает проникновение света |
| Кислотность | Значение pH | Резкие изменения нарушают жизненные процессы организмов |
| Хлорофилл | Количество микроскопических водорослей | Помогает замечать массовое развитие фитопланктона |
| Нефтепродукты | Присутствие углеводородов | Указывает на нефтяное загрязнение |
Как течения распространяют загрязнение
После попадания примеси в море её путь зависит от течения, ветра, волн и плотности вещества. Лёгкая нефтяная плёнка остаётся у поверхности и перемещается ветром и поверхностным потоком. Растворённое вещество смешивается с водой. Тяжёлые частицы могут осесть на дно, но шторм способен снова поднять их.
Для прогноза строят компьютерные модели. В них вводят координаты источника, скорость ветра, направление течения, температуру и свойства загрязнителя. Расчёт показывает вероятную траекторию пятна и помогает решить, где поставить заграждения, взять пробы или защитить участок берега.
В океанических круговоротах плавающий мусор может задерживаться надолго. Это не означает существование сплошного острова из пластика. Обычно отходы распределены на большой площади, а значительная часть представлена мелкими частицами, которые трудно заметить с борта судна.
Почему знания о движении воды важны для мониторинга
Наблюдать только в месте сброса недостаточно. Прилив может переносить загрязнение то в залив, то в открытое море. Течение уносит примесь вдоль берега, шторм перемешивает её по глубине, а апвеллинг способен поднять вещества из придонного слоя.
Поэтому перед экспедицией специалисты изучают карты течений, прогноз волнения и таблицы приливов. Пробы берут выше и ниже по направлению потока, у поверхности и на глубине. Повторные измерения проводят после изменения ветра, приливной фазы или прохождения шторма.
Что необходимо запомнить
- Воды Мирового океана постоянно движутся.
- Ветер создаёт поверхностные волны и участвует в формировании течений.
- Приливы и отливы связаны прежде всего с притяжением Луны.
- Течения переносят воду, тепло, питательные вещества и загрязняющие примеси.
- Цунами чаще всего возникает при резком смещении морского дна во время землетрясения.
- Тропические циклоны опасны сильным ветром, волнами, ливнями и штормовым нагоном.
- Мониторинг океана основан на регулярных измерениях и сравнении данных.
- Для наблюдений применяют пробы, датчики, буи, спутники, дроны и биологические методы.
Вопросы и ответы
Перемещается ли вода вместе с обычной волной?
Частицы воды в основном колеблются и описывают близкие к круговым траектории. На большое расстояние распространяется энергия волны. У берега движение меняется, волна разрушается и возникает прибойный поток.
Чем течение отличается от волны?
Течение устойчиво переносит массу воды в определённом направлении. Волна представляет собой колебание, при котором вперёд главным образом передаётся энергия.
Почему приливы происходят регулярно?
Они связаны с взаимным положением Земли, Луны и Солнца, а также с вращением Земли. Поэтому изменение уровня имеет астрономический ритм, хотя местная форма берега меняет время и высоту прилива.
Любое подводное землетрясение вызывает цунами?
Нет. Для опасного цунами обычно требуется сильное землетрясение с заметным вертикальным смещением дна, которое быстро переместит большой объём воды.
Можно ли увидеть загрязнение океана со спутника?
Некоторые загрязнения видны: крупная нефтяная плёнка, мутный речной шлейф или массовое развитие водорослей. Точный состав подтверждают пробами и лабораторным анализом.
Почему одной пробы воды недостаточно?
Вода постоянно перемещается, поэтому концентрация примеси меняется со временем и глубиной. Для достоверной оценки нужны повторные пробы из нескольких точек и сведения о течениях, ветре и приливах.
Итоги урока
Движения вод связывают все части Мирового океана. Волны передают энергию, приливы ритмично изменяют уровень, течения переносят огромные массы воды, а вертикальный обмен соединяет поверхность с глубинами. Те же процессы влияют на распространение загрязняющих веществ.
Наблюдения за океаном помогают заранее предупреждать о цунами, штормах и нагонах, безопаснее организовывать судоходство и оценивать состояние морской среды. Совместная работа спутников, буёв, судов, лабораторий и береговых станций даёт наиболее полную картину происходящего.
