Гидрология Байкала. Течения и водообмен

Вы здесь

Версия для печатиSend by emailСохранить в PDF

Озера — это водоемы с замедленным водообменом, занимающие около 1,5% поверхности суши, для которых характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном. Гидрогеологи считают, что всего на Земле около 5 млн. озер, общий запас воды в которых составляет 230 тыс. км3, из них пресной — 123 тыс. км3 .

В мировом масштабе запас питьевой воды озера Байкал, находящегося на территории России, составляет 1/5 часть и превышает объем воды пяти Великих озер Северной Америки, вместе взятых. Для того чтобы представить, насколько велик водный запас этого озера, достаточно сказать, что для заполнения котловины озера, самая глубокая точка которой лежит на 5—6 тысяч м ниже уровня океана, все реки мира должны были бы сливать сюда воду в течение 300 дней.1 

Горизонтальные течения. Ветер, перепады атмосферного давления и другие факторы вызывают течения во всей толще вод Байкала. Течения существуют и в заливах, обеспечивая обмен их вод с водами открытого озера. Самые сильные течения (80–90 см/с, максимально до 1 м/с) наблюдаются в конце лета и осенью в верхних слоях. С глубиной течения ослабевают до 2 см/с глубже 300–400 м. Зимой течения сохраняются, хотя из-за наличия льда их скорость заметно падает до 2 см/с и менее, кратковременно возрастая до 8–12 см/c. В основной по глубине части водной толщи зимой скорости невелики (около 2 см/c и менее). Однако в 50–200 м над дном эпизодически происходит усиление течений – зимой до 10 см/с, а весной (май) и осенью (октябрь–ноябрь) до десятков см/с. Возможными причинами повышения скорости являются нисходящие течения, сгонно-нагонные явления.

Внешний водообмен определяется отношением прихода воды с реками к объему водной массы Байкала. Из этого соотношения можно определить, что воды Северного Байкала замещаются водами притоков озера за 430, воды Среднего Байкала – за 230, а Южного – за 100 лет. Для всего озера это время составляет 370 лет. Эти значения свидетельствуют об очень медленном замещении вод Байкала речными и об очень высокой инерционности физико-химических свойств вод озера.

Внутренний горизонтальный водообмен в Байкале под влиянием в основном ветровых и дрейфовых течений происходит достаточно быстро. Средний перенос вод в Байкале и отдельных котловинах осуществляется против часовой стрелки (циклоническая циркуляция) со скоростью около 1 см/с зимой и 2 см/с и более в безледный период. В каждой из котловин обнаруживаются и вторичные циклонические циркуляции. Под влиянием этого переноса в верхних слоях частицы воды могут, по крайней мере, один раз в год переместиться вдоль всего периметра южной и средней и 80% периметра северной котловины озера. Из наблюдений и расчетов следует, что водообмен между южной и средней котловинами равен 90–130 км3, между средней и северной котловинами – 240±50 км3 в год.

Вертикальный водообмен приводит к постоянному обновлению глубинных вод озера, поступлению в них кислорода и вовлечению в процессы создания первичной продукции заключенных в этих водах запасов биогенных элементов. Основными физическими механизмами обновления глубинных вод являются различные виды температурной конвекции, опускание вод у берегов под влиянием течений и вблизи весенних термобаров со средней скоростью от 0,01 до 0,2–0,4 см/c. В центре горизонтальных циклонических вихрей происходит динамический подъем глубинных вод со скоростью от 10–4 до 10–2см/с (явление апвеллинга). Такой подъем нередко наблюдается летом и вблизи берегов. Применение химических индикаторов возраста вод (фреоны, величина гелий/тритиевого соотношения) показало, что под действием всех процессов обмена воды Байкала глубже 300 м обновляются ежегодно на 10–12%.

Источник: Байкал: природа и люди : энциклопедический справочник / Байкальский институт природопользования СО РАН ; [отв. ред. чл.-корр. А. К. Тулохонов] – Улан-Удэ : ЭКОС : Издательство БНЦ СО РАН, 2009. С. 69-70.

Течения. Наблюдения за течениями на Байкале проводятся с помощью морских вертушек, различного рода поплавков, по дрейфу льдов как по непосредственным наблюдениям, так и с использованием аэрои космических снимков. Для изучения направления и скоростей течений применялась также бутылочная почта. В начале 60-х гг. прошлого столетия было отправлено в дрейф несколько тысяч бутылок с вложенными в них открытками, в которых содержалось обращение, чтобы нашедшие бутылку записали место и дату ее вылова и отправили открытку по указанному адресу. Возвращено было 10 % открыток. Следует отметить, что бутылки, выпущенные в Южной котловине Байкала, были выловлены в Северной на расстоянии 400 км.

Главными причинами, определяющими движение воды в Байкале, являются приток и отток речных вод и ветровая деятельность. Из постоянных стоковых течений следует выделить Селенгинское, Ангаро-Кичерское и Баргузинское. Селенгинское течение состоит из 2 ветвей. Основная юго-западная ветвь широким потоком от дельты Селенги направлена к западному берегу и прослеживается в районе Б. Котов и вблизи истоков Ангары2. Селенгинские речные воды, перемешанные с водами озера, хорошо различаются по уменьшенной прозрачности и измененной цветности воды, по наличию в планктоне организмов, свойственных лишь Селенге и селенгинскому мелководью, а также по химическим показателям.

Ангаро-Кичерское течение от устьев рек В. Ангары и Кичеры направляется сначала на запад, а затем поворачивает на юг.

Баргузинское течение от устья р. Баргузин направляется вдоль берегов одноименного залива сначала на север, а затем вдоль побережья п-ва Св. Нос на юго-запад. Покидая залив, оно вдоль восточного берега устремляется на север.

Помимо этих постоянных течений в Байкале существуют и временные потоки водных масс различных направлений, вызванные сильными ветрами. Проявляются они в поверхностных слоях воды и на глубине 15–20 м быстро затухают (рис. 3.5).

 

В общей сложной системе течений вырисовывается следующая закономерность: вдоль западного берега потоки воды движутся на юг, а вдоль восточного – на север, т. е. общая циркуляция водных масс направлена против часовой стрелки, и все три котловины охвачены этой циркуляцией. Роль течений в Байкале очень велика – они обеспечивают не только горизонтальный обмен водных масс внутри и между котловинами озера, но и в связи со сложностью рельефа байкальского дна играют большую роль и в вертикальном перемешивании воды, особенно в районе перемычек между котловинами.

Распределение скоростей течений по глубине может быть проиллюстрировано следующими данными наблюдений: 10 м – 142–96 см/с, 50 м – 56 см/с, 250 м – 30 см/с, 675 м – 12 см/с, 1000 м – 8 см/с, 1200 м – 6 см/с3.

Волнение. Волны на Байкале, как и в других крупных водоемах, возникают под воздействием ветра, от перепада атмосферного давления на различных участках акватории и иных причин. Высота волн зависит от скорости ветра, длительности его действия и разгона – расстояния, на котором ветер продолжает воздействовать на бегущую волну. Волны, вызванные продолжительными ветрами (култук, верховик, баргузин) после прекращения ветра затухают в течение полусуток, а местными ветрами – через 2–3 часа.

В течение года наблюдаются два максимума волнения – первый сразу после вскрытия и очищения озера ото льда (май–июнь), а второй – в осенний период. Июнь–июль – наиболее спокойная часть навигационного периода. Почти в 80 % этого времени отмечается штиль и слабое волнение (высота волн менее 0,5 м). Подавляющее число летних штормов наблюдается во второй половине августа и сентябре, при этом высота волн достигает в Среднем Байкале 4,0–4,5 м. Октябрь–декабрь – наиболее штормовой и наиболее опасный по волнению отрезок времени. Волнение наблюдается почти непрерывно и развивается быстро. В этот период отмечаются самые высокие волны (более 5 м)4.

Каждый из основных байкальских ветров имеет свои особенности воздействия на волнение.

Верховик образует значительное волнение в открытой части Среднего и Южного Байкала, в Чивыркуйском заливе и Малом Море. Култук формирует сильное волнение в средней и особенно северной части озера, образуя сильный прибой у восточных берегов о. Ольхон, у наветренных берегов Ушканьих островов, в Баргузинском заливе, у Нижнеангарска, а также на южном побережье от Мысовой до Посольска. Горные ветры вызывают наибольшее волнение у юго-восточной части побережья, в Малом Море – у наветренных берегов о. Ольхон.

Шелонник – единственный ветер, развивающий волнение у западного побережья, особенно на участке от Маритуя до Ольхонских ворот.

Для Байкала характерно образование сложного волнения, так называемой толчеи, возникающей при столкновении двух противоположных по направлению волнений.

Байкальские волны обладают огромной разрушительной силой. Вдоль Кругобайкальской железной дороги волнами неоднократно разрушались мощные железобетонные берегоукрепительные сооружения. На отдельных участках берегов, где происходит абразия ледниковых отложений, волны перемещали глыбы весом 4–6 т.

Прозрачность вод. Для определения прозрачности воды в озерах, водохранилищах, морях пользуются белым металлическим диском диаметром 30 см (диск Секки). Диск опускают с судна с помощью лебедки в воду до тех пор, пока он не скроется из виду. Эта глубина считается величиной «условной прозрачности». В настоящее время широко используются электронные прозрачномеры, которые позволяют фиксировать и записывать прозрачность на различных глубинах.

Наблюдения над прозрачностью Байкала ведутся с начала прошлого столетия и продолжаются в настоящее время. Условная прозрачность воды зависит от коэффициента отражения белого диска, характера освещенности, оптических характеристик воды и т. д. Результаты наблюдений показали, что прозрачность байкальских вод имеет временную и пространственную изменчивость. В глубоководных районах озера, по данным П. П. Шерстянкина, в годовом ходе прозрачности наблюдается два максимума (июнь-июль и декабрь-январь) и два минимума (март-апрель и август-сентябрь). Максимумы связаны с интенсивным вертикальным перемешиванием поверхностных вод с прозрачными глубинными в периоды весенней и осенней гомотермии, а минимумы вызваны интенсивным развитием в верхних слоях фитопланктона и устойчивой плотностной стратификацией, которая образуется летом и зимой (рис. 3.6). На мелководьях и заливах годовой ход прозрачности сглаживается4.

Самая высокая прозрачность отмечается в районах наибольших глубин и достигает 40 м, причем с глубиной прозрачность возрастает. По величине максимальной прозрачности Байкалу принадлежит ведущее место среди всех озер мира. Более прозрачными являются моря.

Рис. 3.6. Годовой ход условной прозрачности. Линии: верхняя – максимальная, средняя – средняя, нижняя – минимальная.4

Эталоном самой высокой прозрачности считались воды Саргассова моря (65 м), однако появились газетные публикации, что самая высокая прозрачность обнаружена в Южной Атлантике у берегов Антарктиды в холодных водах моря Уэдделла, где диск Секки исчез из виду на глубине более 80 м.

Самая низкая прозрачность на Байкале (до 1 м) зафиксирована в нескольких километрах от дельты Селенги. Это связано с большой мутностью речных вод особенно в периоды половодий и паводков.

В целом же, высокая прозрачность Байкала связана с малым содержанием в его воде взвешенных и растворенных веществ, а также за счет существования некоторого Механизма Самоочищения и Самосохранения (МСС) байкальских вод. Самое распространенное биологическое объяснение этого механизма заключается в том, что микроорганизмы, особенно зоопланктон и, в частности, рачки эпишура в процессе жизнедеятельности профильтровывают через себя в 10–15 раз больше воды, чем годовое ее поступление из всех притоков Байкала.

Другая точка зрения гидрофизическая. Не отвергая биологическое объяснение, считается, что высокая прозрачность вызвана интенсивным вертикальным водообменом, т. е. вентиляцией придонных вод поверхностными за счет фронтов океанического типа, своеобразных подводных водопадов, которые с большой скоростью, от 70 м в сутки в период ледостава и до сотни метров в сутки в период открытой воды, устремляют поверхностные водные массы, содержащие муть, взвешенные вещества и антропогенные загрязнения в придонные области, где эти вещества оседают на дно5.

Источник: Байкаловедение : учеб. пособие / Н. С. Беркин, А. А. Макаров, О. Т. Русинек. – Иркутск : Изд-во Ирк. гос. ун-та, 2009. С. 110-115.

Волны, течения, водообмен Байкала в вопросах и ответах.

298. Отчего возникают волны?

Волны в озере возникают от воздействия ветра па воду, от перепада атмосферного давления на разных участках котловины, от землетрясений, от приливов, от подводных, вулканических извержений, от движущихся судов и других внешних сил.

299. Кто впервые измерил максимальную высоту волн на Байкале?

В 1871 г. Б. И. Дыбовский и В. А. Годлевский определили максимальную высоту волн от горизонта льда, она оказалась равной 4 м. Свои наблюдения авторы проводили у берега. Наибольшая высота инструментально измеренных волн в открытом Байкале также достигает 4 м.

300. Чем определяется максимальная высота волн?

Она зависит от скорости ветра, длительности его действия и разгона — расстояния, на котором ветер продолжает действовать па бегущую волну. В морях обычно принято считать, что высота волн, выраженная в метpax, составляет не более половины скорости ветра, выраженной в узлах, хотя отдельные волны могут быть и выше. В глубоких пресноводных озерах эта зависимость почти такая же.

301. Как зависит максимальная высота волн от разгона?

До определенных пределов чем больше разгон, тем выше волны. Если разгон превышает 1000 миль, высота волн не будет заметно увеличиваться. Максимальную высоту штормовых волн в море рассчитывают по формуле H = 0,45√F, где Н — высота волн в метрах, F — разгон воли в милях. Эта формула с несколько меньшим коэффициентом применима для расчета примерной высоты штормовых волн и в пресных глубоких водоемах (H = 0,3√F).

302. Как перемещаются волны?

Когда смотришь на волны, то кажется, что массы воды движутся поступательно, иногда со значительной скоростью. На самом деле частицы воды совершают круговое движение. Перемещается форма волны, сами же частицы смещаются лишь незначительно. В этом легко убедиться, наблюдая за поведением поплавка на волне. Хорошей имитацией воли может служить колебание хлебного поля при ветре.

303. Почему труднее оценить высоту волн с движущегося судна?

Даже опытному наблюдателю трудно определить на глаз высоту волны с движущегося судна из-за отсутствия фиксированного уровня отсчета. При этом высоту волны легко переоценить, так как при ее подходе нос судна погружается в воду. Чаще всего ошибаются в сторону завышения высоты волн, так как при этом подсознательно к амплитуде волн дополняют и амплитуду килевого качания корабля.

304. Можно ли предсказать высоту волнения?

Прогнозы высоты волнения регулярно выпускаются специальными гидрометеорологическими службами морского, транспортного и торгового флота, а также службой штормового предупреждения. Если имеется достаточная информация о ветре, то есть о длительности его действия, направлении, скорости и разгоне, то можно предсказать высоту волн, зыби и состояние поверхности моря на сутки и более вперед.

305. Почему опрокидываются гребни волн?

Основание волны тормозится, так как встречается сопротивление частиц воды, движущихся навстречу волне. Гребень же, то есть вершина, не имея сопротивления, движется практически быстрее основания; кроме того, на него действуют завихрения воздуха, поэтому он наклоняется в сторону движения и в конце концов опрокидывается.

306. Почему волны прибоя обычно почти параллельны берегу?

Волны подходят к берегу под различными углами в зависимости от направления ветра. Но когда они достигают мелководья, то ближний к берегу край волны тормозится о дно сильнее, чем край дальний, догоняет его, и волна постепенно разворачивается параллельно берегу.

307. Только ли кинетической энергией волн вызывается повреждение волноломов?

Когда в береговые расщелины ударяет большая волна, она действует как пневматический молот, так как при этом захватывается и сжимается до большого давления некоторый объем воздуха. По мнению специалистов, это давление может достигать 60—80 т/м2 и производить впечатление взрыва.

308. Воздействуют ли волны на дно глубокого озера?

С глубиной волновые движения быстро затухают и не оказывают воздействия на дно глубоководных районов. Считается, что на глубине, равной половине длины волны, волнение практически отсутствует. Вместе с тем волны оказывают значительное воздействие на дно, где глубина меньше половины их длины. Ученый А. Н. Уолтон- Бостон писал: «Волна встает па дыбы, как только почувствует, так сказать, почву под ногами — дно, а затем летит кувырком, разбиваясь на прибрежной отмели или рифах».

309. Над какой глубиной происходит опрокидывание волн (забурунивание)?

У берегов оно начинается там, где глубины оказываются близкими к половине длины волн наката. В открытом Байкале забурунивание зависит от силы ветра. При скорости его в 7—8 м/с на вершинах волн начинают образовываться барашки, а при более сильном ветре (10—12 м/с и более) барашки и забурунивание происходит почти на всех волнах.

310. Как образуются ветровые волны?

При скорости ветра менее 1 м/с на спокойной поверхности водоема образуются волны ряби, или так называемые капиллярные волны. При усилении ветра до 4—5 м/с, они возрастают и превращаются в гравитационные волны — более крупные и заметные колебания водных частиц. Когда скорость ветра достигает 7—8 м/с, на вершинах волн начинают образовываться барашки.

311. Что происходит с волнами после того, как стихает ветер?

Они становятся более плавными и пологими, уменьшается их высота. Изменения эти происходят постепенно, и волны, становящиеся зыбью, продолжают свое движение, пока не достигнут берега. При этом они могут проделать путь в тысячи миль.

312. В течение какого срока после прекращения ветра происходит затухание волнения на Байкале?

Это зависит от того, каким ветром оно вызвано. Волнение, вызванное продолжительными ветрами (култук, баргузин, верховик), после прекращения ветра затухает в течение полусуток. Волнение, вызванное местными (долинными) бризовыми ветрами, затухает через 2—3 часа после их прекращения. Однако на Байкале такого четкого расчленения ветров почти не бывает, особенно в осенне-зимнее время. В этот период ветры, сменяя друг друга, могут дуть в течение недели и более,

313. Почему при одинаковой скорости ветра на поверхности моря образуется больше барашков, чем на поверхности пресноводного озера?

Исследования, проведенные Е. С. Монаханом из Вудс-Холского океанографического института, показали, что это объясняется присутствием соли в морской воде. Барашки состоят из множества пузырьков воздуха, образующихся при опрокидывании вершин волн. В соленой воде образуются более мелкие пузырьки, чем в пресной, она имеет несколько большую вязкость, и поэтому здесь пузырьки сохраняются дольше.

314. Можно ли кататься на прибойной волне на лодке?

Довольно часто небольшие лодки могут двигаться вместе с прибойной волной в море, где волны более пологие и длинные.

В Байкале подобные эксперименты с весельными лодками обычно кончаются неприятностями, так как лодки заливает набегающими и опрокидывающимися гребнями волн. На быстроходных моторных лодках, которые имеют скорость, равную или близкую скорости наката волн, это удается делать сравнительно легко, но только опытным водителям.

315. Какова энергия волн, обрушивающихся на берег?

Энергия волны равна одной восьмой произведения длины волны на квадрат ее высоты и вес единицы объема

воды E= W*L*H2/8, где W — вес 1 кубического фута воды (64 фунта).

В разных районах Байкала она различна и колеблется в пересчете на метрическую систему от 5—6 млн. т/м на 1 пог. м берега до 20 млн. т/м и более в год. Кинетическая энергия волн огромна. Три удара о берег волны

высотой 1м на одну милю побережья, с периодом 40 с, развивают мощность более 35 тыс. л. с, или около 19 л. с. на 1 м берега. Вдоль Кругобайкальской железной дороги волнами неоднократно разрушались мощные (до 3 м) железобетонные берегоукрепительные сооружения.

Известна гигантская разрушительная сила морских волн. На побережье Шотландии, например, волны выломали из пирса и передвинули сцементированный каменный блок весом 1350 т. Через 5 лет был снесен поставленный взамен прежнего пирса блок весом 2800 т. Сила прибоя при ударе волн в этом месте побережья оказалась 29 т/м2. На побережье Орегона волны забросили обломок скалы весом 60 кг на крышу маяка, расположённую на высоте 28 м от уровня моря.

316. Какого размера гальку могут перемещать волны?

Береговые валы на Байкале высотой до 3 м часто сложены мелкими валунами до 20—25 см в поперечнике — например, морской берег полуострова Святой Нос, юго-западный берег мыса Понгонье и др. Следовательно, волны могут не только перемещать, но и поднимать такие валуны на высоту до 3 м. На отдельных участках берегов, где происходит абразия ледниковых отложений, волны перемещают глыбы до 2—3 м3 — район к востоку от устья р. Переемной, губа Понгонье и др.

317. Что такое прибойные биения?

Иногда волны зыби, возникающие в различных штормовых районах моря, но имеющие приблизительно одинаковую длину, достигают берега одновременно. При этом их гребни могут накладываться друг на друга и образовывать волну большой высоты. Если же волны складываются так, гребень одной волны совпадает с ложбиной другой, то они гасят друг друга. Медленное повышение и понижение уровня, наблюдаемое на мелководье за счет периодического взаимного усиления и ослабления волн различных систем, называется прибойным биением. На Байкале приходилось наблюдать в районе Танхоя и так называемую квадратную волну, или перекрестное волнение. Оно происходит также на мелководье. Два взаимоперпендикулярные направления волн четко пересекают друг друга, образуя своими гребнями квадрат.

318. Что такое внутренние волны?

Это волны, возникающие между слоями жидкости различной плотности. Если теплая вода лежит на более холодной и, следовательно, более плотной, то между ними образуется граница раздела, аналогичная границе между водной поверхностью и атмосферой. Поскольку разница в плотности слоев воды значительно меньше разности плотности воздуха и воды, высота внутренних волн соответственно превосходит высоту поверхностных волн и может достигать сотен метров.

Для изучения внутренних волн на мелководных участках используют эстакады. В глубоководных районах их исследуют с помощью приборов, устанавливаемых на буйковых станциях или опускаемых с судна. Лучший метод исследований внутренних волн — установка группы буйковых станций с приборами, помещенными на различиях горизонтах. Внутренние волны способствуют перемешиванию воды в Байкале.

319. Что такое сейши?

Сейши, или как их иногда называют внутренние волны — это стоячие колебания воды, возникающие под действием внешних сил — резкого изменения атмосферного давления, ветра, сейсмических явлений и др. При сейшах происходит колебательное движение всей массы воды, причем всегда существует одна или несколько линий, в которых уровень не меняется; они называются узлами сейши, или узловыми линиями. Сейши могут быть одноузловыми, двухузловыми и т. д. Период сейши в замкнутом водоеме определяют по формуле: Т = 21/(n+1)√q*d, где 1 — длина водоема, √q*d — скорость длинной волны, n — порядковый номер волны.

Сейши характеризуются по периоду колебания, по их амплитуде. Например, наиболее часто встречаются на Байкале сейши, впервые выявленные Г. Ю. Верещагиным, которые имеют период в 4 ч 54 мин, то есть через каждый такой промежуток уровень воды принимает свое исходное положение. Периодичность сейш зависит от размера и формы котловины водоема, его глубины и рельефа дна. В южной части Байкала, например, хорошо прослежена одноузловая сейша с периодом в 4 ч 38,4 мин и амплитудой в районе пос. Култук около 14 см. В северной части озера амплитуда ее на 40% меньше. Прослежена также сейша с периодом 2 ч 33 мин, 1 ч и др. Узел первой сейши находится в 280 км от Култука, других сейш — в 130 км, 360 км и 540 км от этого же пункта. Сейши бывают во все времена года, в том числе и зимой. Они имеют сезонный ход амплитуд с двумя максимумами: в январе—феврале и в июне; с двумя минимумами— в конце марта—апреле и в сентябре—октябре. Причины, вызывающие сейши зимой, практически одни и те же, с той лишь разницей, что ледовый покров препятствует интенсивному ветровому перемешиванию поверхностных горизонтов воды.

320. Что такое мертвая вода?

В районах речного стока слой теплой пресной воды иногда лежит на более плотной водной массе — либо более холодной, либо соленой. В тех случаях, когда толщина этого верхнего слоя примерно равна осадке судна, винт на малом ходу возбуждает внутренние волны. При этом энергия, которая в обычных условиях расходуется на продвижение судна вперед, тратится па поддержание внутренних волн, и судно почти перестает двигаться. Явление «мертвой воды» исчезает уже при небольшом увеличении скорости. На Байкале чаще, чем в других местах, мертвая вода бывает па Селенгинском мелководье, обычно в июне, когда температура воды в Байкале еще достаточно низкая, а вода в Селенге уже успевает хорошо прогреться. При этом речная вода растекается по Байкалу и па протяжении от 1 до 7 км возникают, слои мертвой воды. Такое явление возможно и в открытом озере. Летом в штилевую погоду, когда температура воды в Байкале ниже +4°, а вода Селенги достигает +10, +15°C, острова теплой воды реки мигрируют на поверхности на довольно значительные расстояния, иногда достигая истока Ангары.

321. Что такое цунами?

Этим японским словом называют морские волны сейсмического происхождения. Волны цунами вызываются подводными землетрясениями, извержениями подводных вулканов и подводными оползнями. Они возникают в основном в глубоководных впадинах на окраине Тихого океана. На Байкале подводные землетрясения бывают довольно часто. Так, в августе 1959 г. произошло подводное землетрясение в районе средней котловины озера. Сила землетрясения в эпицентре, который был расположен под водой в 10—20 км от восточного берега Байкала, севернее дельты Селенги, достигала 9,5—10 баллов (по 12-балльной шкале). Это землетрясение относится к разрушительным, и его ощущали, например, в Иркутске, более чем в 200 км от эпицентра. Многие кирпичные дома дали трещины. В океане такое землетрясение, как правило, рождает цунами. Однако на Байкале волн цунами при этих землетрясениях не было отмечено. Правда, и службы цунами на Байкале нет. Но энергия воли бывает достаточной для рождения воли цунами. И если возникнет ситуация, при которой появятся цунами, высота их может достигать нескольких метров, в зависимости от района и рельефа прибрежного дна.

322. Что такое приливы?

Непрерывные периодические подъемы и опускания уровня моря, происходящие у побережий или в открытом море. У большинства побережий один прилив сменяется другим через 12 ч 25 мин, но в некоторых мостах период приливных колебаний уровня может быть большим, например на побережье Мексиканского залива он составляет 24 ч 50 мин. Подъемы и опускания уровня моря у побережий создаются очень длинными волнами: полной воде соответствует гребень волны, малой воде — подошва волны. Самые большие поднятия уровня воды в Байкале, вызванные приливами, достигают 3,2 см. Чаще всего суточные колебания уровня от приливов и отливов имеют амплитуду 2—З см. Впервые вопросом о приливах на Байкале, по поручению Т. П. Кравца, занимался А. П. Екимов. Для этого были использованы мареограммы (лимниграммы) колебания уровня воды в Байкале. Такие данные за ряд лет были накоплены в магнитно-метеорологической обсерватории. Но их оказалось недостаточно. Было решено провести исследования с помощью экспериментальной физической модели озера, которая и была построена в уменьшенном масштабе (по горизонтали 1:600 000, по вертикали 1:11000). Длина модели по тальвегу была 120 см, средняя глубина — 6 см. Первые результаты были изложены в 1926 г. в трудах Иркутской магнитной и метеорологической обсерватории. Расширение исследований по распределению амплитуд приливной волны в разных точках акватории Байкала было выполнено И. А. Парфиановичем.

Позднее, уже в 30-х годах, при разработке проекта Иркутской ГЭС на Ангаре, по просьбе Лимнологической станции АН СССР, ученые Т. П. Кравец и А. С. Топорец провели исследование распространения сейш на Ангаре. В результате была разработана теория распространения сейшевых волн по реке.

323. Отчего возникают приливы?

Причина приливов — взаимодействие Солнца, Луны и Земли. Наибольшее воздействие на приливы оказывает Луна. Когда Солнце, Земля и Луна располагаются вдоль одной прямой (что соответствует полнолунию или новолунию), действие Луны и Солнца взаимно усиливается и возникают особенно высокие сизигийные приливы. Когда Солнце и Луна наблюдаются с Земли под прямым углом (при этом Луна находится в первой или третьей четверти), действие Луны и Солнца частично гасят друг друга, амплитуда прилива уменьшается. Такой прилив называют квадратурным. На Байкале сизигийный прилив достигает высоты 3,2 см, а квадратурный — около 2 см. Впервые связь приливов с Луной установил Аристотель. В 350 г. до н. э. он писал: «Говорят еще, что многие отливы и приливы в море всегда изменяются вместе с Луной и в некоторые определенные дни». Вскоре после начала новой эры римский ученый Плиний установил точное соответствие между фазами Луны и приливами.

324. Сколько длятся приливные сутки?

Приливными, или лунными, сутками называется время оборота Земли относительно Луны, иначе говоря, интервал между двумя последовательными прохождениями Луны через местный меридиан. Длительность средних приливных суток составляет примерно 28,84 солнечных часа.

325. Каким образом получают сведения о поверхностных течениях?

На Байкале исследования поверхностных течений начались с организацией на озере Лимнологической станции АН СССР. Исследования проводятся систематически с помощью специальных вертушек, различного рода поплавков и бутылочной почты, а также по дрейфу льдов как но прямым наблюдениям, так и по аэрофотоснимкам и снимкам с космоса. Сведения о морских поверхностных течениях получены от торговых судов, плававших по всем морям и океанам. В XX в. крупные морские страны организовали исследования течений специально оборудованными судами.

326. Что такое дрейфовые течения?

Течения, вызванные главным образом ветром. Проявляются они в поверхностных слоях воды и с глубиной быстро затухают; в Байкале прослеживаются до глубины 15 — 20 м. В навигацию такие течения вызывают смещение судов — их дрейф.

327. Что такое геострофические течения?

Стационарные течения, сохраняющие свои основные черты (положение, направление, скорость) в течение длительного времени. Они вызваны воздействием внешних факторов и отклоняющих сил вращения планеты. В Байкале эти течения охватывают как все озеро, так и отдельные котловипы и действуют в течение всего года. В океанах к геострофическим течениям относят крупнейшие системы течений — Гольфстрим, Куросио, Перуанское и др. Эти течения переносят огромные массы воды, оказывают большое влияние на погоду, осадкообразование и др. В Байкале, главным образом, за счет этих течений водообмен между средней и южной котловинами достигает 80—90 км3 в год.

Измерения, проведенные специальными вертушками, показали, что максимальные значения скоростей течений изменяются с глубиной следующим образом: на глубине 10 м — 96-142 см/с; 50 м — 56 см/с; 250 м — 30 см/с; 675 м — 12 см/с; 1000 м — 8 см/с; 1200 м — 6 см/с. Под слоем температурного скачка около подводного Академического хребта, на глубине 50 м, скорость достигала 146 см/с. Исследованиями установлено, что все три котловины озера (южная, средняя, северная) охвачены циркуляционными течениями — циклоническими макроциркуляциями. Внутри них существуют более мелкие циркуляции, размеры и направление движения воды в них менее устойчивы.

328. Какова роль течений в жизни Байкала?

Градиентные циркуляционные течения обеспечивают горизонтальное перемешивание воды внутри котловины и обмен водных масс между котловинами озера. Но в связи со сложностью рельефа байкальского дна циркуляционные течения играют большую роль и в вертикальном перемешивании воды. Самые сильные циркуляционные течения наблюдаются на перемычках между котловинами, в период штормов — на прибрежных мелководьях.

329. Чем вызываются циркуляции вод в Байкале?

Ветром, приливами и отклоняющей силой вращения Земли, притоком воды из рек и стоком в Ангару, неравномерностью распределения атмосферного давления. На характер и скорость циркуляции влияют также глубины водоема, топография дна и очертания береговой линии. В котловине Байкала в осенне-зимний период преобладают продольные ветры (верховик, баргузин, култук), они усиливают межкотловинный перенос водных масс и общебайкальскую циркуляцию. Поперечные ветры (горная, шелонник) усиливают внутрикотловинную циркуляцию.

330. Зачем нужны сведения о глубинных течениях?

Для оценки масштабов перемешивания воды в пространстве и определения направления перемещения загрязнений, попадающих в водоем. В последние годы практикуется выброс и захоронение радиоактивных отходов в океаны. У ученых возникли опасения, что со временем эти отходы снова будут вынесены на поверхность и в прибрежные районы. Для того, чтобы быть уверенным в безопасности или опасности подобных захоронений, также нужно знать глубинные течения в океанах.

331. Что представляет собой разрывное течение?

Сточное течение вод в виде локализованных струй, прорывающихся сквозь прибой от берега в сторону водоема. Возникает оно у наветренных берегов, куда доходят особенно высокие волны. Разрывные течения на Байкале возникают также при встрече вдоль берегового потока с выступающими в озеро мысами или скалами, под влиянием которых течение изменяет направление и устремляется в разрез набегающей волне. Разрывные точения обладают достаточно большими скоростями и могут не только переносить обломочный материал из береговой зоны в озеро, но и размывать коренное дно.

332. До каких глубин распространяется ветровое перемешивание воды в Байкале?

До глубины 200—250 м. В этом поверхностном слое воды сосредоточено наибольшее количество живых организмов в Байкале.

333. Сколько времени должен действовать ветер, чтобы создать течение?

Для формирования направленного течения в водоеме продолжительность ветра не одинакова для разных водоемов. В мелководных озерах течение формируется за несколько часов. В морях и океанах, а также в Байкале ветер в зависимости от его силы должен действовать непрерывно от нескольких часов до полусуток, прежде чем установится ветровое течение. На его формирование оказывают влияние и другие факторы. Скорость установившегося течения при этом обычно составляет менее 2% от скорости ветра, на широте 60°— 1,4%. По исследованиям Виттинга, на Ладожском озере связь между скоростями ветра и течения выражается формулой: V = 0,48√W.

334. Почему различия в плотности воды порождают течения?

В районах теплых вод плотность ее меньше и уровень поверхности на какую-то величину (до 0,5 м) выше уровня района холодных и более плотных вод. Возникающий уклон поверхности порождает течения, направленные из области с низкой в область с высокой плотностью. Плотность морской воды растет с увеличением солености и уменьшением температуры воды. Такие различия порождают как горизонтальные, так и вертикальные движения воды, вызывающие изменения в поверхностных течениях. Подобные явления наблюдаются в Арктике и Антарктике: там охлаждающиеся воды высокой солености опускаются на глубину и распространяются вдоль дна на большие расстояния.

335. Что такое турбулентное перемешивание?

Неупорядоченное движение воды, в котором скорости и давления претерпевают хаотические изменения. Однако их распределение таково, что могут быть определены их статистические достоверные средние значения. Слабое турбулентное перемешивание происходит в Байкале.

336. Есть ли турбулентные движения воды в придонных слоях Байкала?

В придонных слоях вода в Байкале имеет температуру на 0,28—0,38° выше той, которая должна быть на данной глубине. А по измерениям Г. Ю. Верещагина, в районе Лиственичного в 1934 г. на глубине 1100 м температура была выше теоретической. Различие вызвано, вероятно, подогревом воды глубинным теплом Земли. Под воздействием этого энергетического источника в Байкале существует турбулентное вертикальное перемешивание. В придонных слоях имеется так называемое безразличное равновесие воды, которое при воздействии даже незначительных внешних сил приобретает некоторую упорядоченность и направленность. Особенно часто это может возникать при мутьевых потоках, способствуя распространению прибрежных донных отложений па большой площади дна озера.

337. Как часто происходит обмен воды в Байкале?

В среднем водообмен в озере происходит за 383 года. Но так как внутри котловины Байкала также наблюдается водообмен и перемешивание, при этом в каждую из котловин притоки приносят неодинаковое количество воды, то водообмен в них завершается за разные периоды.

338. Что такое сила Кориолиса?

Это сила инерции, или поворотное ускорение. Одним из ее проявлений является отклоняющая сила, возникающая за счет вращения Земли и действующая на любую движущуюся частицу. В результате этой силы движение воды в озере или в реках отклоняется вправо в северном полушарии и влево — в южном. Сила Кориолиса в Байкале поддерживает постоянную циркуляцию водных масс как во всем озере, так и внутри котловин.

339. Что такое спираль Экмана и прослеживается ли она на Байкале?

Это графическое выражение теории океанских течений, разработанной шведским ученым физиком Вальфридом Экманом. Согласно этой теории, ветер, постоянно дующий над безграничным однородным океаном бесконечной глубины, создает дрейфовое течение, направленное в поверхностном слое под углом 45° вправо от направления ветра (в северном полушарии). На больших глубинах течение все больше отклоняется вправо, так что на некоторой глубине (порядка 100 м) вода должна двигаться в сторону, противоположную направлению ветра. При этом скорость течения с глубиной уменьшается, так что кривая, описываемая концом вектора скорости, по мере увеличения глубины представляет собой спираль. Она и вошла в науку под названием спираль Экмана. Теория, разработанная Экманом, в одинаковой мере приложима и к Байкалу, где просторы обширные, а глубина для таких исследований считается бесконечной.

340. Что такое спираль Лангмюра и как она прослеживается на водоеме?

Спираль Лангмюра, или лангмюровые вихри — это спиралеобразные вихревые движения воды с горизонтальной осью. Они формируются в водоемах ветром. Размеры вихрей находятся в прямой зависимости от толщины поверхности изотермического слоя и силы ветра. Смежные вихри имеют противоположное направление вращения.

На поверхности воды в зоне контакта двух соседних вихрей в виде параллельных полос обычно скапливаются плавающие предметы, по которым можно визуально установить границы вихрей. Здесь же происходит скопление планктонных и нейстонных организмов.

341. Как прослеживают перемещение водных масс?

Пресные воды, где солевой состав незначителен, прослеживают по сочетанию цвета и температуры. Например, воды Селенги можно обнаружить в Байкале иногда за сотню километров от места их впадения в озеро.

342. Можно ли проследить за движением водных масс и выявить границы течений по содержанию кислорода и других химических элементов?

Изучение распространения поверхностных речных вод в Байкале проводили по распределению трития. Исследование распространения промышленных стоков Байкальского целлюлозного завода изучали по распространению радиоактивного изотопа золота. То же можно осуществить и по другим химическим элементам. Распространение различных типов вод можно проводить и по исследованию содержания кислорода. Этот метод чаще применяют океанологи. По мере опускания водной массы ниже зоны фотосинтеза, в которой вырабатывается кислород, его содержание в воде постепенно уменьшается за счет расхода на дыхание животных и на окисление органических веществ. Чем медленнее опускается водная масса, тем значительнее становится дефицит кислорода. Измерение содержания кислорода на больших пространствах позволяет океанологам проследить границы течения.

343. Как определяют возраст воды?

Прямых определений возраста воды в Байкале пока что мало. В последнее время, наряду с изотопом С14, исследуют концентрацию трития в воде. Как известно, тритий рождается в атмосфере и с атмосферными осадками попадает в реки и водоемы. Период полураспада трития 12,46 года. По концентрации этого вещества и устанавливают возраст и распределение в озере речной воды. Косвенные исследования и определение по С14 позволяют высказать предположение, что максимальный возраст воды в озере около 400 лет. Но в каждой котловине он разный: в южной котловине 66 лет, в средней — 132 года и в северной — 225 лет.

344. Что такое стагнация?

Это застойное состояние водоема, когда в водной толще отсутствует энергичная вертикальная циркуляция и вода стратифицируется (расслаивается). Стратификация может быть по плотности, температуре, солености. При сформировавшемся слое скачка температуры в Байкале перемешивание воды происходит главным образом в верхних ее горизонтах, расположенных под этим слоем.

345. Что такое апвеллинг?

Это восходящие течения воды, возникающие при подходе глубинных течений к берегу (мелководью). Эти течения приносят к поверхности глубинные воды, богатые биогенными элементами, обеспечивая бурное развитие жизни в этих районах. На Байкале подъем к поверхности глубинных вод, богатых биогенными элементами, наблюдается у подветренных берегов при сгонно-нагонных ветровых течениях. Особенно четко прослеживается апвеллинг вдоль западных и северо-западных берегов Байкала.

346. Что такое даунвеллинг и где его можно наблюдать на Байкале?

В отличие от апвеллинга, характеризующего подъем глубинных вод к поверхности, даунвеллинг — это нисходящий поток водных масс, возникающий па границе раздела теплых и холодных вод. В океанах даунвеллинг (погружение холодных вод на большие глубины, где в придонных слоях они растекаются на большие расстояния и доходят до низких широт) наблюдается, например, в прибрежных районах Антарктиды. Даупвеллинг на Байкале особенно интенсивен на наветренных берегах, в период, когда температура поверхностных слоев воды близка к температуре наибольшей плотности.

Источник: Изучение Байкала // Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах — Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1987 г. С. 133-147.

Читайте в Иркипедии

Термины

  1. Батиметрия и морфометрия озера Байкал
  2. Подводный рельеф
  3. Батиметрия и морфометрия озера Байкал
  4. Температурный режим
  5. Гидрохимия
  6. Биоразнообразие и биота
  7. Микробный мир
  8. Таксономическое и экологическое разнообразие микроорганизмов озера Байкал

Другие ресурсы

  1. Байкал: жизнь в толще вод // Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах
  2. Байкал: волны, течения, водообмен // Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах
  3. Байкал: тайны подводного мира
  4. Байкальская вода // Карнышев А.Д. Байкал таинственный, многоликий и разноязыкий
  5. Библиография по теме "Озеро Байкал: среда обитания, биота и экосистема"

Литература

  1. В.В. Блинов Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа // Диссертация
  2. М.М. Айнбунд Течения и внутренний водообмен в озере Байкал // Гидрометеоиздат, 1988.

Ссылки

Водообмен

Примечания

  1. Чем знаменит Байкал? // Вокруг света
  2. Сокольников В. М. Течения и водообмен в Байкале / В. М. Сокольников // Элементы гидрометеорологического режима озера Байкал : Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР.– М. ; Л. : Наука, 1964. – Т. 5 (XXV). – С. 5–21.
  3. Проблемы Байкала. – Новосибирск : Наука, 1978. – 295 с.
  4. Байкал : атлас. – М. : СО РАН, 1993. – 160 с.
  5. Шерстянкин П. П. Почему глубинная вода в Байкале чистая // Ис- ток : водохозяйственная газета. – 2000. – № 2 (16).

Выходные данные материала:

Жанр материала: Термин (понятие) | Автор(ы): Составление Иркипедии. Авторы указаны | Источник(и): Источники указаны | Дата публикации оригинала (хрестоматии): 2014 | Дата последней редакции в Иркипедии: 27 марта 2015

Примечание: "Авторский коллектив" означает совокупность всех сотрудников и нештатных авторов Иркипедии, которые создавали статью и вносили в неё правки и дополнения по мере необходимости.

Материал размещен в рубриках:

Тематический указатель: Байкал | Иркипедия | Физическая география и геология Байкала
Загрузка...