III) Причины течений и их отклонений. Вопрос о причинах течений принадлежит к самым неразработанным вопросам океанографии; исследования различных ученых в этом направлении не привели пока к цельной теории и в результате сводятся лишь на самые общия указания, на целые ряды факторов, относительная важность которых неодинаково всеми признается. Мы укажем на главнейшие из таких факторов: 1) Приливы и отливы. Одно из лучших объяснений по этому вопросу сводится к тому, что ось водяного эллипсоида, образующегося от притяжения луны, вследствие трения вод, всегда составляет векторый угол с направлением на светило, отчего и рождается сила, которая заставляет воды двигаться к W-ту. Пользуясь теорией Эри о движении приливных волн, Герц вычислил даже, как должна быть велика эта сила и скорость течений. Оказалось, что если принять во внимание наблюдаемые высоты приливов в океанах, то течение всего выходит около 11/2, миль в сутки. Следовательно, течение от приливов почти в 20 раз меньше скорости экваториальных течений, а потому эта причина не может считаться главнейшей причиной океанских течений. 2) Разность плотностей воды. – Это различие может происходить от разности температур и разности соленостей. Если два бассейна, соединенные между собой каналом, содержат воду различной плотности, то в бассейне с более плотной водой некоторый слой на глубине будет находиться под большим давлением, чем соответственный слой в другом бассейне. От этой разности давлении произойдет в означенном слое движение воды от места с большим давлением к месту с меньшим давлением, что, в свою очередь, произведет неравенство уровней обоих бассейнов, а именно уровень будет выше в бассейне с более легкой водой. Вследствие этого неравенства уровней произойдет движение вод на поверхности. Если причины, поддерживающие неравенство плотностей, непрерывны и постоянны, то и означенное движение вод как на поверхности, так и на глубине должно не прекращаться. Подобный явления могут легко быть обнаружены простым кабинетным опытом, они же подтверждаются и наблюдениями в проливах, соединяющих моря различных соленостей и температур, каковы, напр., Зунд, Гибралтар, Босфор, Баб-эль-Мандебский. Однако, непосредственное применение этих опытных данных к объяснению течений в океанах встречает не малое затруднение. Нельзя, конечно, отрицать что разность температур и соленостей имеет влияние на систему океанских течений, но только едва ли это влияние играет главную роль в системе океанских течений. Известно, что в океанах существует на больших глубинах весьма медленное движение вод от полюсов к экватору и что движение это единственно может быть объяснено неравенством давлений на глубинах и, всего вероятнее, неравенством плотности, и что это движение должно произвести и поверхностное течение от экватора к полюсу. Известно также, что в близповерхностном слое океанских вод разность в плотности в тропиках и в полярных морях гораздо больше, чем на глубинах. а потому и движение воды в этом слое должно быть сильнее; но достаточна ли эта разность, чтобы ею одной можно бы было объяснить происхождение течений – это еще вопрос. Кроль вычислил, что скорость течения при разности температурь в 300 ничтожна. Наибольшая разность в удельном весе вод в океане имеет место преимущественно в меридиональном направлении, а потому этою разностью и можно было бы еще объяснить систему меридиональных течений. Но неизвестно, какое значение эта разность имеет для экваториальных течений. Можно сказать вообще, что разность температур и соленостей производит течения, но что это не есть главнейшая причина системы океанских течений. 3) Ветер. – Способность ветров производить М. течения давно уже признавалась всеми, но полагали, что этим путем в морях могут происходить только временные и слабые поверхностные течения, или так называемый дрейфовые. Франклин первый указал на пассаты, как на главную причину экваториальных течений. Последователь его, Реннель, разделил все течения на два класса: дрейфовые он приписывал непосредственному действию ветра на поверхность моря, а другие, собственно течения, по его мнению, происходят от накопления водяных масс в данном месте вследствие дрейфовых течений. Затем уже в наше время главным поборником идеи происхождения системы океанских течений от ветров является Цеприц. Чтобы доказать, что в системе океанских течений ветры играют первенствующую роль, надо было указать, что этой причины совершенно достаточно для объяснения направления и скорости всех главных М. течений. Свои доказательства Цеприц основывает не на образовании разности уровней под действием ветра или так сказать накоплении М. вод у подветренных берегов, но он исходит из понятия о силе сцепления между частицами на поверхности моря и самым нижним слоем воздуха и показывает, как постоянный ветер по силе и по направлению в течение многих столетий, приведя сначала в движение поверхностный слой вод, мало помалу распространил свое действие и на более глубокие слои вод. Движущийся над поверхностью моря воздух замедляется вследствие трения о водную поверхность, но вместе с тем это трение служит причиной того, что спокойная вода приходить сама в движение или же движение текучей воды замедляется или ускоряется, смотря по тому, будет ли скорость движущейся над ней массы воздуха меньше или больше скорости текучей воды. Таким образом означенное трение представляет некоторую силу. Величину этой силы уже Ньютон принимал пропорциональной разности параллельных скоростей и пропорциональной протяжению соприкасающихся поверхностей; впоследствии было указано, что эта сила не зависит от давления внутри текучей жидкости. Представим себе теперь, что данная поверхность жидкости движется в данном направлении, то, при разборе влиянии ветров, постоянных по силе и направлению, на передвижение в том же направлении означенной поверхности жидкости; следует принять во внимание, будет ли данный объем ограниченный или беспредельный. В последнем случае скорость движения жидкости как на поверхности, так и с глубиной, должна постоянно возрастать до тех пор, пока не достигнет скорости одинаковой с ветром. Иначе будет, если поверхность бесконечна, а глубина конечна – в этом случае дно тормозит движение ближайших к нему слоев, а, следовательно, влияет и на верхний слой, почему последний и не будет в состоянии достигнуть скорости движущегося ветра. Исследования показывают, что распределение скоростей в самой воде не будет зависеть от продолжительности действия ветра, также как и от величины внутреннего трения, а потому, если в начале скорости изменялись пропорционально глубине, то и с течением времени закон изменения их будет тот же. Другое дело, если вода в начале в покое и под действием ветра приобретает некоторую скорость. Цеприц исследовал случай, когда поверхность жидкости сохраняет одну и туже скорость (v0) и он пришел к закону, сравнительно простому, а именно: 1) некоторая скорость между О и v0 сообщится в разное время на разные глубины, так, что отношение последних (глубин) равно отношению корней квадратных из времен (напр. на глубине 1 м и 5 м одна и таже скорость будет, по истечении времен, отношение которых 1:25); 2) перенос движения в глубокие слои тем медленнее, чем более внутреннее трение жидкости. Приняв коэффициент трения для М. воды по Мейеру 0,0144, Цеприц произвел ряд вычислений, которые дают, что при скорости на поверхности моря:
через 24 ч. на глубине 1 м будет скорость.......... 0,17
ерез 1 год на глубине 10 м будет скорость.......... 1/3
через 239 лет на глубине 100 м будет скорость......... 1/2
Если ветер изменяется по направлению и силе, то эти изменения переходят с поверхности на глубину по тому же самому закону. Очевидно, что ветер кратковременный имеет влияние только на поверхностный слой. Если скорость и направление поверхностных течений меняется периодически через более или менее значительные промежутки времени, как муссонные течения, то, после весьма долгого такого периодического состояния, скорость на каждой глубине будет периодической функцией от времени такого же периода, но с быстро уменьшающейся амплитудой в глубину и с опаздыванием момента maxim. и minim. скорости. Например; на глубине 10 м амплитуда годового колебания уменьшается на 1/13, а на глубине 100 м она почти незаметна. Цеприц исследовал также случаи движения жидкости под действием ветра в каналах, а также разобрал случай движения воды рядом в двух противоположных направлениях, при чем оказалось, что это течение может происходить без особых возмущений. Все эти теоретические выводы Цеприца несомненно доказывают, что ветры, более или менее постоянные по направлению и силе, сами по себе достаточны для произведения течений океанов в том же направлении, следовательно, для объяснения системы океанских течений достаточно принять во внимание направление и скорость господствующих ветров над океанами. Конечно, теоретические выводы Цеприца нельзя непосредственно применять к объяснению океанских течений, в особенности по отношению к скорости; они могут служить только руководящей нитью для дальнейших исследований в этом направлении. Возражения против теории Цеприца были представлены главным образом Феррелем и состояли в том, что количество движения в М. течениях больше, чем в проносящихся над ними воздушных течениях, а потому едва ли последние могут служить источником для движения первых. Но следует принять во внимание продолжительность действия ветров; нынешнее состояние океанов есть результат работы, которую ветры производят, быть может, огромное число столетий и что в настоящее время имеет место некоторое состояние равновесия М. течений, соответствующее средней скорости ветра, и коль скоро достигнуто это состояние равновесия, то нужна лишь работа для восстановления небольшой потери в скорости течений, происходящей от трения; это восстановление несомненно может быть производимо ветром и в короткий промежуток времени. Таким образом из всех вышеозначенных причин океанских течений мы должны пока признать первую и главнейшую – это ветры; в самом деле, направление главнейших морских течений совпадает в среднем с направлением главных воздушных течений и если есть отклонения, то причины их следует искать в местных условиях – влиянии берегов и затем во влиянии вращения земли около оси. Под влиянием последней течения в сев. полушарии отклоняются вправо, а в южн. влево, но так как величина отклонения пропорциональна, между прочим, скорости течений, а эти скорости вообще малы, то и отклонения течений, зависящие от вращения земли около оси, не должны быть велики. Гораздо большее значение в этом случай имеют очертания берегов. Встречая на пути берега, течения не только меняют свое направление, но и могут служить источником новых, так называемых производных течений; так, напр., подобным путем происходят, вероятно, акваторгальные противотечения так же, как и вообще все противотечения у берегов.
