Влияние ветра. Связь между ветром и поверхностными течениями настолько проста и легко заметна, что среди моряков ветер давно признавался важной причиной течений. Первый, кто указал в науке на ветер как на главную причину течений, был В. Франклин в своих рассуждениях о причинах, вызывающих Гольфстрим (1770 г.). Затем А. Гумбольдт (1816 г.), излагая свой взгляд на причины течений, указал на ветер как на первую причину их. Первостепенное значение ветра как причины течений, таким образом, давно признавалось многими, но оно получило сильную поддержку после математической обработки вопроса, произведенной Цёпнрицем (1878 г.).
Теория Цёпприца. Цёпприц разобрал вопрос о постепенной передаче движения от поверхностного слоя воды, приведенного в движение ветром, к следующему, от последнего к лежащему под ним и т. д. Цёпприц показал, что в случае бесконечно долгого времени действия движущей силы (|Ветра), движение будет передаваться ,в глубину таким образом, что скорости в слоях будут убывать пропорционально глубинам независимо от величины внутреннего трения. Если же силы действуют ограниченное время, и вся система движущихся частиц не пришла в стационарное состояние, то скорости на разных глубинах будут зависеть от величины трения. Цёпприц заимствовал для своей гипотезы коэффициент трения из опытов над истечением жидкостей, в том числе и морской воды, и, вставив его в свои формулы, получил вывод следующего рода. Если поверхностный слой идет со скоростью v, то на глубину 10 м 0,1 v передастся через 0,41 года, на 100 м — через 41 год; на 500 м — через 2050 лет, а на глубину около 4000 м через 10 000 лет передается приблизительно 0,037 v, т. е. 3,7%. Таким образом, по Цёпприцу, должны были бы существовать в океане на значительных глубинах течения заметных скоростей. Этой теории было сделано возражение, указывающее, что количество движения, существующее в пассатных ветрах, во много меньше соответствующей величины в экваториальном течении. Однако тут надо принять во внимание продолжительность и непрерывность действия пассатов; очевидно, что ветру в этом случае после достижения течением установившегося состояния нужно только восполнять потерю движения от внутреннего трения, и потому ветер в совокупности за большой промежуток времени может сообщить (воде то количество движения, какое в ней наблюдается, и произвести существующее течение. Другое более важное возражение указывает, что принятая в теории величина трения совершенно не соответствует действительной, потому что при движении одного слоя воды по другому непременно должны образовываться водоворотики, которые поглощают громадное количество энергий. Следовательно, вычисление величины и характера распространения скорости с глубиною построено неверно. Наконец, самый важный недостаток теории Цёпприца был замечен недавно Нансеном, а именно в ней совершенно упущено влияние отклонения, происходящего от вращения Земли на оси. Теория Цёпприца (господствовавшая около 30 лет) обратила внимание на важные особенности ветровой (дрейфовой) гипотезы течений, и ее главная заслуга в том, что она впервые выразила влияние ветра численно, и, как всегда в таких случаях бывает, недостатки гипотезы послужили источником для дальнейшего изучения, результатом чего явилась новая, более совершенная ветровая теория, принадлежащая шведскому ученому В. Экману, в которой принята во внимание уклоняющая сила от вращения Земли на оси.
Теория Экмана. Если предположить океан безбрежным и бесконечной глубины, а ветер над ним действующим непрерывно, настолько долгое время, что в воде, приведенной им в движение, установилось стационарное состояние, то при этих условиях получаются следующие выводы. Прежде всего необходимо указать, что поверхностный слой воды приводится в движение ветром вследствие двух причин: во-первых — трения, а во-вторых — давления «а наветренные стороны волн, потому что вследствие ветра возникает не только течение, но и волнение (сравн. стр. 262—263 и 266). Обе эти причины могут быть в совокуп ности названы тангенциальным трением. Согласно ветровой (дрейфовой) теории Экмана, движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии. При этом направление поверхностного течения уклоняется от направления производящего его ветра на 45° для всех широт одинаково. Влияние уклоняющей силы от вращения Земли на оси сказывается не только в уклонении течения на поверхности от ветра на 45°, но и в дальнейшем непрерывном повороте направления течения при передаче движения в глубину от слоя к слою. Таким образам, с передачей течения от поверхности в глубину не только быстро (в геометрической прогрессии) убывает скорость, но и направление течения постоянно поворачивает в северном полушарии вправо, а в южном — влево.
Влияние берегов и рельеф дна. Влияние берегов (понимая под этим не одну только береговую линию, но и вертикальное развитие берега в глубину) оказывает и непосредственное влияние на характер течений на поверхности и на глубинах. Например, архипелаги островов должны иметь большое значение при движении масс воды через их проливы. Опыт показывает, что, если струи течения встречают на своем пути преграду, то каждая струя разделяется на два потока, поворачивающих на 180° и текущих обратно. Если таких потоков было два, то между ними образуется противотечение, и трубы, из коих вытекает вода. Крюммель производил опыты с бассейнами, напоминающими очертания океанов. При помощи вставленных в плоский бассейн двух .перегородок получается подобие тропической части Атлантического океана. Толстые стрелки показывают направление воздушных струй, которые равномерно' двигались над поверхностью воды, где заранее -были распределены поплавки одинакового с водою удельного веса. Тонкие стрелки показывают направления движения поплавков. На чертеже видно, как поток течения, возбужденного нижней (на чертеже) струей воздуха, встретив выдающийся мыс, разделяется на две части: одна внизу образует замкнутый водоворот, другая же отчасти переходит вдоль берега в верхнюю половину бассейна, где присоединяется к водовороту, образовавшемуся направо от верхней стрелки ветра. Между стрелками ветров получается два других водоворота, соприкасающиеся части которых, заключенные в пунктирный треугольник, образуют подобие Экваториального противотечения, тогда как части водоворотов, лежащие около больших стрелок ветров, играют роль Экваториальных течений Северного и Южного, а часть последнего, идущая вдоль берега вверх, есть подобие Гвианского течения. Встреча Южным Экваториальным течением выдающего к востоку м. Рок-Пойнт Южной Америки заставляет это течение разделиться по-полам, и как между двумя Экваториальными течениями образуется Противотечение, стремящееся пополнить в восточной части океана убыль, происшедшую вследствие уноса воды к западу обоими Экваториальными течениями, показывая, что это противотечение есть настоящее компенсационное (вознаграждающее) течение. Подобно очертанию берегов и рельеф дна может оказывать влияние на течения и совместно с существующим уже течением образовать вновь на глубинах поднимающийся (вверх вдоль по уклону дна поток воды. На поверхности идет дрейфовое течение, образованное ветром (или какою другою причиною), вследствие существования подъема дна поверхностное течение обусловливает образование двух потоков воды снизу вверх вдоль обоих склонов подводной возвышенности. Особенно сильным оказывается подводное течение на подветренной стороне подъема дна, где поверхностное течение прямо всасывает воду из более глубоких слоев. Подобные явления наблюдаются и в природе над банками в океане и морях, например их наблюдали: в Карибском море Гумбольдт, Дю-Пти-Туар (франц. военного флота кап. 2 ранга) в Тихом океане. С. О. Макаров в прол. Лаперуза. В устьях рек, впадающих в моря, наблюдаются такие же явления. Речная вода, будучи легче морской, образует даже и прн перемешивании с морскою водою более легкий слой, обладающий определенным движением от берега. Масса такого поверхностного течения к тому же больше, нежели масса одной речной воды (по справедливому замечанию адмирала С. О. Макарова), вследствие смешения речной воды с морской. Образовавшееся таким путем течение всасывает из нижних слоев более холодную веду в море или океане и обуславливает понижение температуры в при поверхностных слоях на таких глубинах, где в некотором удалении от впадения реки температура гораздо выше. Такое явление наблюдал Экман у Гетеборга в Каттегате и С О Макаров на Витязе у Ла-Платы в открытом океане в 60 морских милях от устья реки. Температура на глубине 25 м оказалась всего 7 ,6, а на поверхности она была 19°,4. Между тем на соседних станциях на той же глубине встречали температуры 11—12°. Совершенно такое же влияние речного течения на поднятие в оолее олизкие к поверхности слои более соленой и плотной глубинной воды наблюдалось С. О. Макаровым и на Кронштадтских рейдах и в гаванях порта именно после продолжительных восточных ветров, увеличивающих скорость течения поверхностной пресной воды из р. Невы и вследствие того уменьшающих толщину поверхностного слоя.
Обзор всех указанных выше причин течений. Указанные выше причины, возбуждающие передвижение воды в океане, сводятся к трем условиям: влиянию разностей давления атмосферы, влиянию разностей плотности морской воды и влиянию ветра. Влияние вращения Земли на оси и влияние берегов могут только видоизменять характер уже существующих течений, но сами по себе два последние обстоятельства никаких движений воды возбудить не могут. Влияние разностей давления атмосферы никаких значительных течений возбудить не может. Остаются две следующие причины: разности плотностей морской воды и ветер. Разности плотностей в океане всегда существуют, а следовательно, всегда стремятся привести частицы воды в движение. При этом разности плотностей действуют не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, возбуждая конвекционные течения.
Ветер, согласно современным взглядам, не только обуславливает возникновение поверхностных течений, но также служит причиной происхождения течений и на разных глубинах до самого дна. Таким образом, значение ветра, как возбудителя течений, в последнее время расширилось и стало более всеобщим. Материал, которым располагает океанография, по распределению плотностей в разных местах и на разных глубинах в океанах еще очень мал и недостаточно точен; но на основании его уже можно сделать попытку определить численно (по способу Бьеркнеса) те скорости течений, какие разность плотностей может возбудить в поверхностных слоях океанов. На основании меридионального разреза через Северное Экваториальное течение Атлантического океана было определено, что существующая между 10 и 20° с. ш. разность плотностей могла бы произвести течение со скоростью 5—6 морских миль в 24 часа. Между тем наблюдаемая в этом месте средняя суточная скорость Экваториального течения около 15—17 морских миль. Если вычислить скорость того же Экваториального течения, соответствующую только влиянию ветра (принимая скорость NE пассата в 6,5 м в секунду), то получится суточная скорость течения в 11 морских миль. Сложив эту величину с 5—6 морскими милями суточной скорости, обусловленной разностью плотности, получим наблюдаемые 16—17 морских миль в сутки. Приведенный пример показывает, что ветер, по-видимому, оказывается более важной причиной возбуждения течений на «поверхности океана, нежели разность плотностей. Подобный же пример для Балтийского моря еще более убедителен, он показывает, что даже и там, где на малых расстояниях разности плотностей очень велики, все-таки влияние ветра имеет большее значение для возникновения течений. Наконец, самое существование смены муссонных течений, а также некоторое передвижение и изменение течений тропической полосы во всех океанах в зиму и лето того же полушария показывают еще раз большое значение ветров для существующей системы течений. Перемещение метеорологического экватора с временами года, конечно, сказывается на распределении температуры воды, а следовательно, и на распределении плотности воды, но эти изменения очень невелики; изменения же в системе ветров, вызываемых перемещением метеорологического экватора, очень значительны. Таким образом, из этих трех причин течений надо признать, что ветер представляет одну из важнейших. На это указывают многие обстоятельства; несомненно, что если бы ветер не существовал, то возникшие в океанах системы течений очень значительно отличались бы от существующих. Тут будет уместно указать, что в океане существует много течений с водами совершенно различных плотностей, идущих рядом, и, несмотря на то, между ними, однако, вовсе не образуется обмена воды. Наконец, все течения идут по ложу, образованному водами океана, всегда обладающими совершенно иными физическими свойствами, нежели воды самих течений; однако и при этих условиях течения продолжают существовать и двигаться, не смешивая немедленно своих вод с соседними. Конечно, такое смешение вод их происходит, но оно совершается очень медленно и в значительной мере обуславливается образованием водоворотов при движении одного слоя воды по другому.
Заключение о причинах морских течений. Причины океанических течений, или, лучше сказать, силы, возбуждающие течения, могут быть разделены на две части: первичные — обуславливающие появление течений, и вторичные — производящие различные видоизменения в них.
Первичные условия, служащие источником энергии течений, суть: ветер, разность плотностей и разность давлений атмосферы.
а) Ветер действует двояким образом, во-первых, непосредственно трением и посредственно — толчками на подветренную сторону волн. Оба эти влияния в совокупности могут быть названы тангенциальным трением. Как выше было указано, согласно существующему материалу по этому вопросу, ветер признается главнейшим условием образования существующей в океанах системы течений.
б) Разность плотностей представляет другое обстоятельство, постоянно возбуждающее образование течений. Разность плотностей в морской воде на тех же самых уровенных поверхностях разных глубин обуславливает ,и разность давлений на них. Разность плотностей происходит от многих условий, постоянно действующих в океане, а именно: температуры воды, ее солености, испарения, атмосферных осадков, таяния льдов.
в) Разности атмосферного давления производят также разности давлений в массе вод океана и тем самым возбуждают течения.
Ко вторичным условиям, влияющим на возбуждаемые первичными причинами движения воды, относится целый ряд обстоятельств, существующих в природе. Прежде всего важное условие непрерывности движений водных масс, так как всякое малейшее передвижение какой-либо водной частицы влечет за собой движение и соседних частиц (вода почти несжимаема). Это обстоятельство в совокупности с влиянием формы и очертаний берегов и подводного рельефа и их расположения относительно ветра и. течения вносит ряд изменений в последние и обуславливает появление компенсационных (вознаграждающих) течений. В свою очередь внутреннее трение (не молекулярное) и уклоняющая сила от вращения Земли на оси вносят глубокие видоизменения во все поступательные движения воды, от каких бы причин они не возникали. Из вышесказанного вовсе не следует, однако, что ветер есть всегда главнейшая причина всех течений; в каждом отдельном случае необходимо разобрать все условия и придать каждому условию соответственное значение, для того чтобы найти главную причину течения. Однако совместное рассмотрение обзорной карты течений и карт воздушных течений над двумя океанами для двух крайних времен года, помещенных далее, приводит к неизбежному выводу о большом сходстве средних движений водного и воздушного океанов. Все это еще раз подтверждает большое значение ветров, как одной из причин течений.
Общая схема течений океанов. Причины, обуславливающие возникновение океанических течений, одинаковы для всех трех главных частей Мирового океана, а потому и системы течений, наблюдаемые в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах, в общем сходны между собой, существующие же различия объясняются местными условиями. Следовательно, можно составить общую схему течений океана, которая в главных, важнейших, чертах будет справедлива для каждого океана. Предположим, что океан занимает по экватору 90°, и берега его образованы двумя меридианами. В тропической полосе по обе стороны экватора с востока на запад идут два Экваториальных течения, между которыми в обратном направлении, на восток, идет Экваториальное противотечение. В полосах океана, лежащих между экватором и параллелями 50° с. и ю. ш., образуется по круговороту. Экваториальные течения, подойдя к западным берегам, отчасти дают начало противотечению между ними, а главным образом заворачивают к северу и к югу и идут вдоль берегов до 50-й параллели, где, постепенно уклоняясь к востоку, в этом направлении вторично пересекают океан и, подойдя к его восточным берегам, главным образом заворачивают к экватору и текут вдоль берегов, пока не замкнут круговорота, слившись с Экваториальными течениями. Другая часть поперечных течений 50-х параллелей у восточных берегов поворачивает к полярным областям и образует круговороты меньшего размера. Местные особенности каждого из океанов вносят изменения в эту схему, тем самым указывая на значение влияния очертаний берегов на течения. Особенно значительные видоизменения получает эта схема в южном полушарии, где к югу от 55° ш. никаких берегов меридионального направления не существует. Также и в северной половине Индийского океана и азиатско-австралийской части Тихого океана местные причины (периодическая смена ветров) совершенно изменяют характер течений.
Теория Цёпприца. Цёпприц разобрал вопрос о постепенной передаче движения от поверхностного слоя воды, приведенного в движение ветром, к следующему, от последнего к лежащему под ним и т. д. Цёпприц показал, что в случае бесконечно долгого времени действия движущей силы (|Ветра), движение будет передаваться ,в глубину таким образом, что скорости в слоях будут убывать пропорционально глубинам независимо от величины внутреннего трения. Если же силы действуют ограниченное время, и вся система движущихся частиц не пришла в стационарное состояние, то скорости на разных глубинах будут зависеть от величины трения. Цёпприц заимствовал для своей гипотезы коэффициент трения из опытов над истечением жидкостей, в том числе и морской воды, и, вставив его в свои формулы, получил вывод следующего рода. Если поверхностный слой идет со скоростью v, то на глубину 10 м 0,1 v передастся через 0,41 года, на 100 м — через 41 год; на 500 м — через 2050 лет, а на глубину около 4000 м через 10 000 лет передается приблизительно 0,037 v, т. е. 3,7%. Таким образом, по Цёпприцу, должны были бы существовать в океане на значительных глубинах течения заметных скоростей. Этой теории было сделано возражение, указывающее, что количество движения, существующее в пассатных ветрах, во много меньше соответствующей величины в экваториальном течении. Однако тут надо принять во внимание продолжительность и непрерывность действия пассатов; очевидно, что ветру в этом случае после достижения течением установившегося состояния нужно только восполнять потерю движения от внутреннего трения, и потому ветер в совокупности за большой промежуток времени может сообщить (воде то количество движения, какое в ней наблюдается, и произвести существующее течение. Другое более важное возражение указывает, что принятая в теории величина трения совершенно не соответствует действительной, потому что при движении одного слоя воды по другому непременно должны образовываться водоворотики, которые поглощают громадное количество энергий. Следовательно, вычисление величины и характера распространения скорости с глубиною построено неверно. Наконец, самый важный недостаток теории Цёпприца был замечен недавно Нансеном, а именно в ней совершенно упущено влияние отклонения, происходящего от вращения Земли на оси. Теория Цёпприца (господствовавшая около 30 лет) обратила внимание на важные особенности ветровой (дрейфовой) гипотезы течений, и ее главная заслуга в том, что она впервые выразила влияние ветра численно, и, как всегда в таких случаях бывает, недостатки гипотезы послужили источником для дальнейшего изучения, результатом чего явилась новая, более совершенная ветровая теория, принадлежащая шведскому ученому В. Экману, в которой принята во внимание уклоняющая сила от вращения Земли на оси.
Теория Экмана. Если предположить океан безбрежным и бесконечной глубины, а ветер над ним действующим непрерывно, настолько долгое время, что в воде, приведенной им в движение, установилось стационарное состояние, то при этих условиях получаются следующие выводы. Прежде всего необходимо указать, что поверхностный слой воды приводится в движение ветром вследствие двух причин: во-первых — трения, а во-вторых — давления «а наветренные стороны волн, потому что вследствие ветра возникает не только течение, но и волнение (сравн. стр. 262—263 и 266). Обе эти причины могут быть в совокуп ности названы тангенциальным трением. Согласно ветровой (дрейфовой) теории Экмана, движение от поверхностного слоя передается вниз от слоя к слою, убывая в геометрической прогрессии. При этом направление поверхностного течения уклоняется от направления производящего его ветра на 45° для всех широт одинаково. Влияние уклоняющей силы от вращения Земли на оси сказывается не только в уклонении течения на поверхности от ветра на 45°, но и в дальнейшем непрерывном повороте направления течения при передаче движения в глубину от слоя к слою. Таким образам, с передачей течения от поверхности в глубину не только быстро (в геометрической прогрессии) убывает скорость, но и направление течения постоянно поворачивает в северном полушарии вправо, а в южном — влево.
Влияние берегов и рельеф дна. Влияние берегов (понимая под этим не одну только береговую линию, но и вертикальное развитие берега в глубину) оказывает и непосредственное влияние на характер течений на поверхности и на глубинах. Например, архипелаги островов должны иметь большое значение при движении масс воды через их проливы. Опыт показывает, что, если струи течения встречают на своем пути преграду, то каждая струя разделяется на два потока, поворачивающих на 180° и текущих обратно. Если таких потоков было два, то между ними образуется противотечение, и трубы, из коих вытекает вода. Крюммель производил опыты с бассейнами, напоминающими очертания океанов. При помощи вставленных в плоский бассейн двух .перегородок получается подобие тропической части Атлантического океана. Толстые стрелки показывают направление воздушных струй, которые равномерно' двигались над поверхностью воды, где заранее -были распределены поплавки одинакового с водою удельного веса. Тонкие стрелки показывают направления движения поплавков. На чертеже видно, как поток течения, возбужденного нижней (на чертеже) струей воздуха, встретив выдающийся мыс, разделяется на две части: одна внизу образует замкнутый водоворот, другая же отчасти переходит вдоль берега в верхнюю половину бассейна, где присоединяется к водовороту, образовавшемуся направо от верхней стрелки ветра. Между стрелками ветров получается два других водоворота, соприкасающиеся части которых, заключенные в пунктирный треугольник, образуют подобие Экваториального противотечения, тогда как части водоворотов, лежащие около больших стрелок ветров, играют роль Экваториальных течений Северного и Южного, а часть последнего, идущая вдоль берега вверх, есть подобие Гвианского течения. Встреча Южным Экваториальным течением выдающего к востоку м. Рок-Пойнт Южной Америки заставляет это течение разделиться по-полам, и как между двумя Экваториальными течениями образуется Противотечение, стремящееся пополнить в восточной части океана убыль, происшедшую вследствие уноса воды к западу обоими Экваториальными течениями, показывая, что это противотечение есть настоящее компенсационное (вознаграждающее) течение. Подобно очертанию берегов и рельеф дна может оказывать влияние на течения и совместно с существующим уже течением образовать вновь на глубинах поднимающийся (вверх вдоль по уклону дна поток воды. На поверхности идет дрейфовое течение, образованное ветром (или какою другою причиною), вследствие существования подъема дна поверхностное течение обусловливает образование двух потоков воды снизу вверх вдоль обоих склонов подводной возвышенности. Особенно сильным оказывается подводное течение на подветренной стороне подъема дна, где поверхностное течение прямо всасывает воду из более глубоких слоев. Подобные явления наблюдаются и в природе над банками в океане и морях, например их наблюдали: в Карибском море Гумбольдт, Дю-Пти-Туар (франц. военного флота кап. 2 ранга) в Тихом океане. С. О. Макаров в прол. Лаперуза. В устьях рек, впадающих в моря, наблюдаются такие же явления. Речная вода, будучи легче морской, образует даже и прн перемешивании с морскою водою более легкий слой, обладающий определенным движением от берега. Масса такого поверхностного течения к тому же больше, нежели масса одной речной воды (по справедливому замечанию адмирала С. О. Макарова), вследствие смешения речной воды с морской. Образовавшееся таким путем течение всасывает из нижних слоев более холодную веду в море или океане и обуславливает понижение температуры в при поверхностных слоях на таких глубинах, где в некотором удалении от впадения реки температура гораздо выше. Такое явление наблюдал Экман у Гетеборга в Каттегате и С О Макаров на Витязе у Ла-Платы в открытом океане в 60 морских милях от устья реки. Температура на глубине 25 м оказалась всего 7 ,6, а на поверхности она была 19°,4. Между тем на соседних станциях на той же глубине встречали температуры 11—12°. Совершенно такое же влияние речного течения на поднятие в оолее олизкие к поверхности слои более соленой и плотной глубинной воды наблюдалось С. О. Макаровым и на Кронштадтских рейдах и в гаванях порта именно после продолжительных восточных ветров, увеличивающих скорость течения поверхностной пресной воды из р. Невы и вследствие того уменьшающих толщину поверхностного слоя.
Влияние давления атмосферы. Как уже было указано выше, каждое изменение в давлении атмосферы отзывается изменением в положении уровня океана или моря (озера) и притом в отношении 1 - 13 при изменении давления атмосферы на 1 мм уровень воды изменяет свое положение на 13 мм. Изучение распределения атмосферного давления над океанами показывает, что там существуют области. где оно держится весь год или высоким или низким; например, в широтах около 30° с. и ю. давление всегда высокое, а около экватора — слабое. В Атлантическом океане около Исландии — всегда низкое; также Е больших широтах южного полушария (55—60° ю. ш.). Существование подобных областей с определенным характером давления должно вызывать образование океанических течений между указанными областями, причем направления течений будут еще видоизменяться под влиянием вращения Земли. В морях подобное влияние давления атмосферы на их различные части сказывается значительно на течениях в проливах, соединяющих их с океанами или другими .морями. Например, Гольфстрим в своем начале во Флоридском проливе, случается, обладает большей скоростью при северных, т. е. противных, ветрах и меньшей при южных, попутных. Такое несоответствие объясняется влиянием давления атмосферы; когда северные ветры дуют над Гольфстримом во Флоридском проливе, тогда над Мексиканским заливом бывает слабое давление атмосферы, отчего уровень в заливе повышается, уклон к Флоридскому проливу увеличивается, а это в свою очередь ускоряет вытекание воды из залива через Флоридский пролив к северу. Южные же ветры бывают во Флоридском проливе при условии существования над Мексиканским заливом высокого давления, почему тогда уровень в заливе понижается и уклон уровня во Флоридском проливе становится меньше, а следовательно, и скорость течения уменьшается, несмотря на попутные ветры.
Обзор всех указанных выше причин течений. Указанные выше причины, возбуждающие передвижение воды в океане, сводятся к трем условиям: влиянию разностей давления атмосферы, влиянию разностей плотности морской воды и влиянию ветра. Влияние вращения Земли на оси и влияние берегов могут только видоизменять характер уже существующих течений, но сами по себе два последние обстоятельства никаких движений воды возбудить не могут. Влияние разностей давления атмосферы никаких значительных течений возбудить не может. Остаются две следующие причины: разности плотностей морской воды и ветер. Разности плотностей в океане всегда существуют, а следовательно, всегда стремятся привести частицы воды в движение. При этом разности плотностей действуют не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном, возбуждая конвекционные течения.
Ветер, согласно современным взглядам, не только обуславливает возникновение поверхностных течений, но также служит причиной происхождения течений и на разных глубинах до самого дна. Таким образом, значение ветра, как возбудителя течений, в последнее время расширилось и стало более всеобщим. Материал, которым располагает океанография, по распределению плотностей в разных местах и на разных глубинах в океанах еще очень мал и недостаточно точен; но на основании его уже можно сделать попытку определить численно (по способу Бьеркнеса) те скорости течений, какие разность плотностей может возбудить в поверхностных слоях океанов. На основании меридионального разреза через Северное Экваториальное течение Атлантического океана было определено, что существующая между 10 и 20° с. ш. разность плотностей могла бы произвести течение со скоростью 5—6 морских миль в 24 часа. Между тем наблюдаемая в этом месте средняя суточная скорость Экваториального течения около 15—17 морских миль. Если вычислить скорость того же Экваториального течения, соответствующую только влиянию ветра (принимая скорость NE пассата в 6,5 м в секунду), то получится суточная скорость течения в 11 морских миль. Сложив эту величину с 5—6 морскими милями суточной скорости, обусловленной разностью плотности, получим наблюдаемые 16—17 морских миль в сутки. Приведенный пример показывает, что ветер, по-видимому, оказывается более важной причиной возбуждения течений на «поверхности океана, нежели разность плотностей. Подобный же пример для Балтийского моря еще более убедителен, он показывает, что даже и там, где на малых расстояниях разности плотностей очень велики, все-таки влияние ветра имеет большее значение для возникновения течений. Наконец, самое существование смены муссонных течений, а также некоторое передвижение и изменение течений тропической полосы во всех океанах в зиму и лето того же полушария показывают еще раз большое значение ветров для существующей системы течений. Перемещение метеорологического экватора с временами года, конечно, сказывается на распределении температуры воды, а следовательно, и на распределении плотности воды, но эти изменения очень невелики; изменения же в системе ветров, вызываемых перемещением метеорологического экватора, очень значительны. Таким образом, из этих трех причин течений надо признать, что ветер представляет одну из важнейших. На это указывают многие обстоятельства; несомненно, что если бы ветер не существовал, то возникшие в океанах системы течений очень значительно отличались бы от существующих. Тут будет уместно указать, что в океане существует много течений с водами совершенно различных плотностей, идущих рядом, и, несмотря на то, между ними, однако, вовсе не образуется обмена воды. Наконец, все течения идут по ложу, образованному водами океана, всегда обладающими совершенно иными физическими свойствами, нежели воды самих течений; однако и при этих условиях течения продолжают существовать и двигаться, не смешивая немедленно своих вод с соседними. Конечно, такое смешение вод их происходит, но оно совершается очень медленно и в значительной мере обуславливается образованием водоворотов при движении одного слоя воды по другому.
Заключение о причинах морских течений. Причины океанических течений, или, лучше сказать, силы, возбуждающие течения, могут быть разделены на две части: первичные — обуславливающие появление течений, и вторичные — производящие различные видоизменения в них.
Первичные условия, служащие источником энергии течений, суть: ветер, разность плотностей и разность давлений атмосферы.
а) Ветер действует двояким образом, во-первых, непосредственно трением и посредственно — толчками на подветренную сторону волн. Оба эти влияния в совокупности могут быть названы тангенциальным трением. Как выше было указано, согласно существующему материалу по этому вопросу, ветер признается главнейшим условием образования существующей в океанах системы течений.
б) Разность плотностей представляет другое обстоятельство, постоянно возбуждающее образование течений. Разность плотностей в морской воде на тех же самых уровенных поверхностях разных глубин обуславливает ,и разность давлений на них. Разность плотностей происходит от многих условий, постоянно действующих в океане, а именно: температуры воды, ее солености, испарения, атмосферных осадков, таяния льдов.
в) Разности атмосферного давления производят также разности давлений в массе вод океана и тем самым возбуждают течения.
Ко вторичным условиям, влияющим на возбуждаемые первичными причинами движения воды, относится целый ряд обстоятельств, существующих в природе. Прежде всего важное условие непрерывности движений водных масс, так как всякое малейшее передвижение какой-либо водной частицы влечет за собой движение и соседних частиц (вода почти несжимаема). Это обстоятельство в совокупности с влиянием формы и очертаний берегов и подводного рельефа и их расположения относительно ветра и. течения вносит ряд изменений в последние и обуславливает появление компенсационных (вознаграждающих) течений. В свою очередь внутреннее трение (не молекулярное) и уклоняющая сила от вращения Земли на оси вносят глубокие видоизменения во все поступательные движения воды, от каких бы причин они не возникали. Из вышесказанного вовсе не следует, однако, что ветер есть всегда главнейшая причина всех течений; в каждом отдельном случае необходимо разобрать все условия и придать каждому условию соответственное значение, для того чтобы найти главную причину течения. Однако совместное рассмотрение обзорной карты течений и карт воздушных течений над двумя океанами для двух крайних времен года, помещенных далее, приводит к неизбежному выводу о большом сходстве средних движений водного и воздушного океанов. Все это еще раз подтверждает большое значение ветров, как одной из причин течений.
Общая схема течений океанов. Причины, обуславливающие возникновение океанических течений, одинаковы для всех трех главных частей Мирового океана, а потому и системы течений, наблюдаемые в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах, в общем сходны между собой, существующие же различия объясняются местными условиями. Следовательно, можно составить общую схему течений океана, которая в главных, важнейших, чертах будет справедлива для каждого океана. Предположим, что океан занимает по экватору 90°, и берега его образованы двумя меридианами. В тропической полосе по обе стороны экватора с востока на запад идут два Экваториальных течения, между которыми в обратном направлении, на восток, идет Экваториальное противотечение. В полосах океана, лежащих между экватором и параллелями 50° с. и ю. ш., образуется по круговороту. Экваториальные течения, подойдя к западным берегам, отчасти дают начало противотечению между ними, а главным образом заворачивают к северу и к югу и идут вдоль берегов до 50-й параллели, где, постепенно уклоняясь к востоку, в этом направлении вторично пересекают океан и, подойдя к его восточным берегам, главным образом заворачивают к экватору и текут вдоль берегов, пока не замкнут круговорота, слившись с Экваториальными течениями. Другая часть поперечных течений 50-х параллелей у восточных берегов поворачивает к полярным областям и образует круговороты меньшего размера. Местные особенности каждого из океанов вносят изменения в эту схему, тем самым указывая на значение влияния очертаний берегов на течения. Особенно значительные видоизменения получает эта схема в южном полушарии, где к югу от 55° ш. никаких берегов меридионального направления не существует. Также и в северной половине Индийского океана и азиатско-австралийской части Тихого океана местные причины (периодическая смена ветров) совершенно изменяют характер течений.
