Влияние вращения Земли на течения. Вывод закона уклоняющей силы, происходящей от вращения Земли на оси и влияющей на все движущиеся по Земле частицы. Пусть на поверхности Земли проведено два близких друг к другу меридиана Ра и РЬ и параллель широты ср. В точках а и b пересечений параллели с меридианами проведены касательные Р'а и Р'Ь к меридианам; очевидно, они пересекутся на продолжении земной оси в той же точке Р'. В точках а и b проведем плоскости ху и sz, касательные к земной поверхности, следовательно, линии Р'а и Р'Ь будут лежать в этих плоскостях. Согласно определению понятия о горизонте, каждая из проведенных плоскостей есть горизонт для точек земной поверхности а и Ь. Вследствие суточного вращения Земли на оси, все точки ее поверхности равномерно переносятся с запада на восток. Следовательно, если в какой-либо момент некоторая точка земной поверхности совпадает с точкой а, то после поворота Земли на угол р (соответствующий углу а между касательными Р'а и Р'Ь) точка а перейдет в точку Ь, а плоскость горизонта ху переместится в положение плоскости sz, причем по отношению к своему первоначальному положению плоскость горизонта ху повернется на некоторый угол влево около вертикальной линии, проходящей через данную точку на земной поверхности. Поворот горизонта совершается непрерывно вместе с вращением Земли на оси, и когда Земля повернется на угол а, то и горизонт ху повернется в своей плоскости около вертикали данной точки как раз настолько, что касательная Р'а совпадает с касательной Р'Ь. Чтобы выяснить указанный поворот плоскости горизонта около вертикали избранной точки, изобразим два последовательных положения плоскости горизонта ху в более крупном масштабе, где даны касательные Р'а и Р'Ь и обе плоскости горизонта для точек а и Ь. Изберем где-либо в небольшом расстоянии от а другую точку на поверхности Земли; по малости ее удаления от а ее можно считать лежащей тоже в плоскости горизонта ху. Пусть это будет точка т на меридиане аР. Повернем плоскость -горизонта ху около линии аР' так, чтобы она совпала с плоскостью треугольника аР'Ь, при этом линия am будет продолжать совпадать с линией аР'. Если теперь в плоскости треугольника аР'Ь передвинуть направо горизонт ху так, чтобы линия am оставалась все время параллельной аР', пока точка а не совместится с точкой 6, то плоскость горизонта ху займет новое положение ху'. При этом линия am, или в новом положении линия Ьт', составит с касательной ЬР' угол а. Чтобы плоскость х'у' совпала с плоскостью горизонта sz, ее надо повернуть около линии ЬР'; при этом повороте линия Ьт сохранит в пространстве свое положение, и угол а не изменится, а плоскость х'у' займет в пространстве то самое положение, какое горизонт занимает по отношению к земле в точке Ь. По совпадении этих плоскостей точка т' окажется вправо от направления меридиана ЬР' на угол а. Между тем точка т принадлежит земной поверхности и находилась в покое на меридиане, пока Земля повернулась на угол р. следовательно, угол а появился только вследствие поворота плоскости горизонта около вертикальной линии в точке Ь влево от направления ту на угол а. Отсюда видно, что уклоняющая сила, происходящая вследствие вращения Земли на оси, выражается удвоенным произведением угловой скорости вращения Земли на скорость движения частицы и на синус широты. Иначе говоря, величина уклоняющей силы зависит от двух условии: величины скорости движения частицы и широты места. При той же скорости движения уклоняющая сила увеличивается с широтой и достигает наибольшей величины на полюсах, а на экваторе обращается в нуль. Из всего предшествующего рассуждения и из чертежей видно, что в северном полушарии уклоняющая сила действует всегда перпендикулярно вправо, т. е. заставляет двигающуюся частицу уклоняться от своего первоначального направления вправо. Прилагая такие же рассуждения к южному полушарию, получим, что там та же причина будет уклонять частицу перпендикулярно влево от ее первоначального направления движения. При выводе выражения уклоняющей силы от вращения Земли на оси было взято произвольное направление движения частицы от точки а к точке, следовательно, и вывод не зависит от азимута направления движения частицы. По какому бы направлению она ни двигалась — по меридиану к северу или к югу, по параллели к востоку или западу, или по какому иному направлению, всегда перпендикулярно к направлению движения частицы будет приложена уклоняющая сила вращения Земли.
Причины океанических течений. Движение вод в океанах только что начинает изучаться, даже относительно поверхностных течений известно еще очень немного, а глубинные и придонные и вовсе еще не изучались. Между тем несомненно, что поверхностное и глубоководное движение воды в океанах образует одну сложную систему, которая даже и в своей части, совпадающей с океанической поверхностью, недостаточно исследована. Неудивительно потому, что это сложнейшее океанографическое явление, не менее сложное, нежели подобные же движения в воздушном океане, не имеет еще стройной теории, охватывающей все причины, обуславливающие движение вод в океане. Причины, могущие возбудить движение вод в океане и создать наблюдаемую систему океанических течений, можно подразделить на три группы. Причины космического характера, разность плотностей и ветры. Согласно современному взгляду, космические причины, вращение-Земли и приливы, не могут возбудить ничего подобного наблюдаемым в поверхностных слоях течениям, и потому эти причины здесь и не рассматриваются. Второй группой причин, возбуждающих течения, являются все те условия, которые производят разность плотностей в морской воде, а именно неравномерное распределение температуры и солености.
Третья причина возникновения поверхностных (а следовательно, отчасти и подводных) течений есть ветер.

Влияние разности плотностей. Разность плотностей многими признавалась как важнейшая причина океанических течений, этот взгляд получил распространение в особенности после океанографических исследований экспедиции Challenger. В это время сперва Карпентер, а потом Моя высказали предположение, что разность плотностей есть одна из главных причин течений. В последнее время скандинавские ученые: Нансен, Бьеркнес, Сандштрём, Петтерсон, снова возобновили интерес к явлению разности плотностей, как причине течений. Различие плотностей в морской воде есть результат одновременного действия многих причин, всегда существующих в природе и потому непрерывно изменяющих плотности частиц морской воды в разных местах. Каждое изменение температуры воды сопровождается и изменением ее плотности, причем, чем температура ниже, тем плотность больше.
Изменение солености также влечет за собой перемену плотности, но, перемены температуры более значительно влияют на изменение плотности. Испарение и замерзание тоже увеличивают плотность, тогда как выпадение осадков уменьшает ее. Так как соленость на поверхности зависит от испарения, выпадения осадков и таяния льдов — явлений, происходящих непрерывно,— то и соленость на поверхности постоянно изменяется, а вместе с ней и плотность. Карта распределения плотности в среднем за год показывает, что этот элемент неравномерно распределен по поверхности океана, а разрез Атлантического океана по меридиану подтверждает, что в океанах и на глубинах плотности распределены неравномерно. Линии равных плотностей (изопикны) опускаются к тропическому поясу в глубины океана, а с удалением от экватора они выходят на поверхность. Все это указывает, что, если бы никаких иных причин, возбуждающих течения в океане, не существовало бы, а было бы только неравномерное распределение плотностей, то воды океана непременно пришли бы в движение; однако возникшая таким путем система течений и по характеру и по скоростям была бы совершенно иная, нежели сейчас наблюдаемая, потому что другие не менее важные причины, также возбуждающие течения, отсутствовали бы. Например, в пассатных полосах испаряется слой воды в несколько метров толщины, и около 2 м этой испарившейся воды выпадает в штилевой экваториальной полосе. Отсюда распресненная вода (при существующей системе течений) уносится к востоку Экваториальным противотечением. Остальная же масса водяных паров антипассатом переносится в умеренные пояса, где и выпадает. Таким образом происходит постоянная убыль воды в тропиках, которая должна возмещаться притоком из умеренных широт. Однако одна эта причина не в состоянии создать наблюдаемую в океанах систему течений.
Точно так же льды в приполярных w полярных широтах частью распресняют воду, делают легче, частью же охлаждают ее, увеличивают плотность и заставляют опускаться вниз, обусловливая таким путем охлаждение глубоких слоев океана, а следовательно, дают толчок к движению и поверхностных вод от умеренных широт к полярным. Однако одна эта причина не может создать всей существующей сложной системы течений. Таким образом, несомненно, что разность плотностей, постоянно поддерживаемая многими причина;ми во всей массе вод Мирового океана, должна содействовать образованию движения вод как на поверхности, так и на глубинах.норвежский ученый В. Бьеркнес изложил свои взгляды на причины, могущие возбудить движение в какой-либо среде, безразлично жидкости или газе. Причины эти заключаются единственно в неоднородности самой среды, что в природе всегда и наблюдается. Идеи Бьеркнеса потому именно и замечательны, что он разбирает движение в случаях, взятых из природы, а не какую-либо идеальную среду, совершенно однородную, как это обычно делается. Так как Бьеркнес берет среду не однородную, то основанием его рассуждений должно быть обстоятельное изучение распределения плотностей в рассматриваемой среде. Знание распределения плотностей дает представление о внутреннем строении среды, а последнее позволяет судить и о характере возникающих в ней движений частиц. Сущность идеи Бьеркнеса вычисления скоростей течений на основании распределения плотностей. Предположим, что в какой-либо массе вод температура и соленость распределены совершенно равномерно, тогда и плотность везде будет одинакова, и, следовательно, избранная масса воды будет однородна. В таких условиях на одинаковых глубинах давления будут одни и те же и будут зависеть только от числа слоев, находящихся над каждым слоем (в первом приближении с каждыми 10 м глубины давление увеличивается на одну атмосферу). Если в такой однородной среде провести поверхности равного давления, или, как их иначе называют, изобарические, то они совпадут с уровенными поверхностями. Если теперь сделать вертикальное сечение этой массы воды, то на нем изобарические поверхности изобразятся системой параллельных и горизонтальных линий. В случае же, если в избранной массе воды температура н соленость распределены неравномерно, то и зависящая от этих условий плотность воды на одинаковых глубинах будет различная.
Бьеркнес вместо плотности пользуется обратными величинами — удельными объемами и через места в жидкости, где последние одинаковы, проводит поверхности, которые на взятом вертикальном сечении изобразятся кривыми, названными им изостерами. Таким образом, на вертикальном разрезе получится две системы линий, одни будут прямые, параллельные горизонту изобары, а другие изостеры будут их пересекать под разными углами. Чем равновесие в жидкости будет более нарушено, т. е. чем она будет далее от однородности, тем и плотности, а следовательно, и удельные объемы будут более различны на одинаковых глубинах. Потому там, где жидкость однороднее, и изостеры будут близки к изобарам; где же на близких расстояниях по горизонтальной поверхности изобар встречаются значительные разности в однородности строении жидкости, там изостеры будут круто подниматься или опускаться. Очевидно, что, чем удельные объемы воды больше, т. е. чем вода обладает меньшей плотностью, тем она более и более стремится подниматься. В экваториальной полосе в слое той же толщины разница в удельных объемах больше, и, следовательно, число параллелограммов тоже больше, чем в слое той же толщины в широтах 50—60°. Отсюда видно, что число параллелограммов в каком-либо слое определяет силу стремления частиц воды подниматься или опускаться, и, подсчитав их число, возможно будет определять величины скоростей движений частиц в океанах. Каждый параллелограмм есть последствие пересечения двух изобар и двух изостер меридионального плоскостью; следовательно, в пространстве (т. е. в океане в данном случае) пересечения изобарических и изостерических поверхностей будут давать множество четырехгранных трубок, которые Бьеркнес предложил называть соленоидами. Если мы проведем где-либо произвольную замкнутую кривую, то, подсчитав число соленоидов (параллелограммов), заключенных в ее площади, определим и силу, стремящуюся вывести частицы воды вдоль избранной кривой нз состояния покоя. На кривой, проведенной на чертеже в правой ее части (экваториальной), число соленоидов больше, чем в левой, потому и движение частиц стремится пойти по направлению стрелок. Внутреннее трение в жидкости будет препятствовать образованию движения воды, и тем сильнее, чем больше ускорения сил, заставляющие частицы двигаться, пока, наконец, не наступит момент, когда трение и возбуждающие движения силы не уравновесятся, тогда вся масса воды придет в установившееся состояние. Если причины, нарушающие однородность среды, будут продолжать так же равномерно действовать, то вся система движений частиц воды придет в установившееся состояние, и круговорот воды будет поддерживаться в неизменном виде. Чтобы пояснить вышесказанное, здесь приведен динамический разрез Нансена, идущий перпендикулярно берегу Норвегии от Согне-фьорда к Исландии. На нем изобары не проведены, к тому же вдоль них проставлены числа, выражающие удельные объемы (налево от вертикальных линий, обозначающих места станций) и числовые величины интеграла (направо), т. е. число соленоидов, заключающихся между поверхностью и данной глубиной (изобарой). Там, где последние числа быстрее увеличиваются с глубиной, и проведенные на чертеже изостеры круче наклонены к горизонту. Вверху направо изостеры не проведены, потому что они там шли бы одна рядом с другой. Составив несколько таких динамических разрезов, с них можно снять (или вычислить) для каждой станции то число соленоидов, какое приходится на той же самой изобаре (или глубине), и нанести эти числа на карту у каждой станции. Проведя согласные кривые через места с одинаковым числом соленоидов, получим динамическую карту для избранной толщины слоя (считая от поверхности), на которой, чем ближе расположены изолинии, тем, очевидно, число соленоидов от станции к станции больше; это именно там и случается, где на разрезе изостеры идут круче. Вдоль берега Норвегии изолинии скучены, потому что тут и Норвежское Атлантическое течение обладает наибольшими скоростями. С удалением же от берегов к западу скорости этого течения становятся меньше и меньше, и изолинии расположены все реже и реже. Из этого примера видно, что динамические карты способствуют пониманию движений воды, хотя и не дают еще пока возможности определить непосредственно их скорости. Конечно, все сделанные выводы предполагают, что все движения в избранном объеме воды находятся в установившемся состоянии. Новейшие наблюдения, однако, указывают, что в океане постоянно существуют разные возмущающие причины, как, например, внутренние волны больших периодов, вихревые движения, особая кратковременная пульсация скоростей течения. Все это заставляет думать, что вряд ли существует в массах вод океана вполне установившееся движение. С другой стороны, эти же причины приводят к выводу, что наблюдения, сделанные вдоль какого-либо разреза, хотя и в короткое время, но все-таки не одновременно, относятся к различным внутренним состояниям водной массы и потому дают неточные данные для вычислений. Таким образом, прием Бьеркнеса пока дает только качественные представления о течениях, а невозможность принять во внимание внутреннее трение, конечно,всегда дает слишком малые средние величины скоростей, вычисленные этим путем.