§ 42. Волны в Океане (учебник)
Приходилось ли вам наблюдать волны на поверхности моря (озера, водохранилища)? Расскажите о своих впечатлениях.
Возникновение волн. Воды Мирового океана постоянно двигаются. На берег то набегают, то откатываются волны. Вода в волнах не перемещается в горизонтальном направлении. В этом легко убедиться, наблюдая за поплавком на воде. С приближением волны он поднимается на ее гребень, а затем опускается на ее подошву (рис.). При этом поплавок не приближается к берегу и не удаляется от него. Он только качается на волнах: вверх-вниз. Это свидетельствует о том, что вода в волнах осуществляет вертикальные движения, которые называют колебательными. Движение воды в волнах можно сравнить с пшеничным полем, которое волнуется от ветра. При этом сама пшеница, как и поле, никуда не перемещается.
У пологого берега волна «чувствует» дно. От трения об него движение ее нижней части тормозится. А гребень волны продолжает движение, наклоняется вперед и опрокидывается. Возникает прибой. На берег набегает пенистый водяной вал. Навстречу ему с берега стекает вода предыдущей волны.
Главной причиной возникновения волн является ветер. Он словно вдавливает водную поверхность и выводит ее из равновесия. Даже слабый ветер создает волны. Обычно высота волн не превышает 4 м. Наивысшие волны более 20 м порождаются штормовыми ветрами. Крупнейшая из ветровых волн высотой 34 м (это высота 10-этажного дома) была замечена в центральной части Тихого океана в 1933 г. Когда ветер слабеет, высокие волны меняются рябью — низким волнением. Чем сильнее и длительный ветер и больший водное пространство, тем выше волны. С глубиной волнение уменьшается и становится не заметным.
Волны выполняют разрушительную и созидательную работу. В одних местах они с силой бьют о берег, разрушая горные породы, которыми он составлен. На берегах Черного моря сила удара волны может достигать 25 т на 1 м 2 . Не всякая постройка выдержит такой натиск. При этом вода поднимается вверх на высоту до 60 м. При шторма волны способны перемещать камни весом в несколько тонн. Чтобы защитить берега и портовые сооружения от разрушения, строят специальные волноломы с железобетонных плит. Творческая работа волн — откладывание измельченных частиц и создание песчаных и галечных пляжей. Кроме того, волны перемешивают воду, способствуют обогащению ее кислородом и теплом. Это способствует жизнедеятельности организмов в Океане.
Рис. Разрушительная работа волн
Рис. Ветровые волны
Цунами. Вы уже знаете, что иногда причиной образования волн становятся подводные землетрясения и извержения вулканов. Они вызывают огромные волны — цунами, которые распространяются во все стороны от места возникновения и охватывают всю толщу воды от дна до поверхности. Цунами катятся через весь океан со скоростью реактивного самолета — более 700 км / ч. Эти волны такие мощные, что достигая берегов, отражаются от них и трогаются в обратном направлении.
Высота цунами в открытом океане невелика — до 1 м при длине волны 200 км. Поэтому среди водных просторов большого волнения нет и цунами нельзя не заметить. Все меняется с ее приближением к берегу. Перед цунами море, обнажая дно, отходит от берегов на сотни метров, будто для разбега. А потом стремительно накатывается волна. Зажата берегами в узкой гавани, она вырастает до 20-30 м. Вот почему дословно японское слово «цунами» переводится как «волна в гавани «. Стена воды цунами всей тяжестью обрушивается на побережье. Она переворачивает судна, разрушает здания, а отступая, несет в океан все, что попадается на ее пути. Чаще цунами случаются на западном побережье Тихого океана. Предотвратить ее невозможно. Можно только заранее предупредить о приближении цунами.
Приливы и отливы. Издавна было замечено, что каждые 6 ч уровень воды в Мировом океане то поднимается, то опускается. Вода то наступает на берег и продвигается далеко на сушу, то отступает от него, обнажая дно. Поднятие уровня воды в Океане называется притоком, а ее спад — оттоком. На побережьях морей ширина приточной полосы достигает иногда нескольких километров. В приток там можно плавать на лодке и ловить рыбу. В отлив — гулять дном и собирать ракушки, водоросли, морских животных.
Приливы — Это тоже волны. Они вызваны гравитацией Луны и Солнца. Вместе им удается привлекать на свою сторону жидкую и подвижную воду Мирового океана на несколько метров, создавая приливную волну. В отличие от обычной, она всепланетный характер действия. Огромный водный простор Мирового океана то поднимается, то опускается, будто дышит.
Растягивая «Водную пружину» океанов Луна и в меньшей степени Солнце вызывают приливы и отливы как по расписанию — два раза в сутки. Приливы и отливы, как день и ночь, приходят на нашу планету с точностью хорошего часов. Время наступления и высота приливов не везде одинакова. В открытом океане их высота менее 1 м, поэтому там они не заметны. Высокие приливы до метров наблюдаются в узких заливах и проливах, устьях рек. Так, высота прилива в Черном море всего несколько сантиметров, а в узких заливах Охотского морядостигает 13 м. Самые же в Мировом океане приливы, достигающие 18 м, наблюдаются в заливе Фанди у восточного побережья Северной Америки.
Мореплавателями давно были составлены специальные таблицы, которые позволяли проводить корабли с учетом высокой или низкой волны. В наши дни таблицы заменили компьютеры. Приливные волны имеют огромную энергию, которую человек начал использовать для получения электроэнергии.
Рис. Отток в Северо море
Вопросе и задачи
1. Как образуются ветровые волны в океане?
2. Какую работу выполняют волны?
3. Какие силы вызывают приливы и отливы на Земле?
4. Через какое время цунами, возникшей у берегов Чили, может достичь Японии?
- ← § 41. Свойства вод Мирового океана
- § 43. Течения →
Урок в 6-м классе по географии «Волны в океане»
Оборудование: физическая карта полушарий, картины, фотографии, аудиокассеты с произведениями известных композиторов о море.
1. Организационный момент
2. Изучение нового материала
Учитель: Поднимите руки, кто из вас отдыхал когда-либо на море? Использовали ли вы при купании надувной круг или матрац? Как они ведут себя, если их опустить на воду? Они колышатся. Причина таких движений — волны.
Волна — это колебательное движение воды.
Историческая справка: Миф о Посейдоне.
Давным-давно, когда у людей не было научных знаний, они считали, что в море живёт царь Посейдон. В припадке ярости он приводил в волнение море, создавая волны. Чтобы предотвратить шторм, люди приносили ему в жертву осуждённого за преступления. Сейчас мы выясним, что же науке известно о волнах? Для этого на уроке мы проведём опыт:
В тарелке находится вода. Что нужно сделать, чтобы появились волны? (Подуть). Что можно сделать ещё? (Стукнуть). А ещё? (Покачать).
Какое природное явление может вызвать такие волны? (Землетрясения.)
Как называются такие волны? (Цунами.)
Волны ещё может вызвать движение морских судов. Это корабельные волны. И существует так называемая приливная волна, вызванная притяжением Луны и Солнца.
Ветровые волны
Ветер — одна из причин, вызывающих ветровые волны. Рассмотрим схему волны, которая находится у каждого учащегося на столе.
По рисунку объясните, что называется гребнем, подошвой, высотой и длиной волны.
Ветровые волны могут быть разной высоты. Обычно не превышают 3,5 метра. В очень сильный шторм — немногим более 15 м. Самые высокие волны — в южном полушарии. Длина волны – 250-400 м. У берега движение замедляется и возникает прибой. Гребень при этом как бы опрокидывается.
Послушайте, как изобразил волны в своём произведении композитор Н. Римский-Корсаков. Звучат отрывки из оперы «Садко». Ученикам предлагается представить и описать волны, показанные в данных отрывках.
Цунами
26 декабря 2004 года огромные волны обрушились на побережье Индийского океана. Что послужило причиной этой катастрофы? Где произошло землетрясение?
Плита опустилась на 37м. Как будут расходиться волны от очага землетрясения? (По кругу).
Такие волны называются цунами. Скорость распространения волн – 700-800км в час. Высота более 10м, длина такой волны – 100-200км. В океане такие волны мало заметны. За короткое время до прихода цунами жители наблюдают отступание воды от берега. Как можно объяснить такое явление?
Сообщение учащегося о цунами
Приливы и отливы
Физик Исаак Ньютон сформулировал закон, по которому все тела притягиваются друг к другу в зависимости от массы тела. Причиной приливно-отливных движений являются силы взаимного притяжения между Землёй, Луной и Солнцем. Приливы бывают во всех морях. Полный цикл происходит дважды в сутки. Ученик читает стихотворение И. Бунина «Отлив в Индийском океане»:
Отлив в Индийском океане.
В кипящей пене валуны;
Волна, блистая, заходила –
Её уж тянет, тянет сила
Всходящей за морем луны.Во тьме кокосовых лесов
Горят стволы, дробятся тени –
Луна глядит — и в блеске, в пене
Спешит волна на тайный зов.И будет час: луна в зенит
Войдёт и станет надо мною,
Леса затопит белизною
И мёртвый обнажит гранит,И мир застынет — на весу,
И выйду я один — и буду
Глядеть на каменного Будду,
Сидящего в пустом лесу.
Самые высокие в мире приливы наблюдаются у берегов Северной Америки в заливе Фанди Атлантического океана, а в России — в Пенжинской губе Охотского моря. Прилив наступает постепенно. (Звучит отрывок из произведения К. Дебюсси «Игра волн»).
3. Закрепление
1. Что такое волна?
2. Какие вы знаете виды волн?
3. Что такое гребень?
4. Как образуются цунами?
5. Как образуются приливы и отливы?
6. Вставьте недостающие слова в тексте (у каждого учащегося на столе лежит карточка с заданиями).
– Воды Мирового Океана находятся в постоянном… (движении).
– Различают два вида движения: волнение и течение. Волнение – это волны. Главная причина волн – … (ветер).
– Колебательные движения водной поверхности – … (ветровые волны).
– Помимо ветровых волн, есть ещё цунами, причиной их образования являются – … (землетрясения и извержения вулканов).
– Третий вид волнения вод – … (приливно-отливные волны). Причины образования – притяжение … (Земли Луной и Солнцем).
4. Домашнее задание: §26, правила, географические объекты.
Урок заканчивается под музыку А. Рыбникова «Морская тема».
Тема «Волны в океане»
Физические карты Мирового океана, полушарий, России, глобус, схемы, картины.
Термины и понятия
Циркуляция вод океана — единая взаимосвязанная система непрерывного движения вод Мирового океана, включающая волнение, приливы и отливы, морские течения, сгонно-нагонные явления, вертикальные движения вод. Все эти движения обусловлены внешними по отношению к Мировому океану причинами: ветрами, притяжением Луны и Солнца и т.д., и тесно связаны с общей циркуляцией атмосферы. Благодаря циркуляции вод океана происходит постоянный обмен и перемешивание океанических вод.
Волнение — сложные колебательные движения поверхностного слоя воды в любом водоеме или водотоке с образованием водяных валов — волн. Волнение наиболее четко выражено на больших водных поверхностях — крупных озерах и в особенности в морях и океанах; может быть вызвано непостоянными (ветер, землетрясение и др.) или постоянными (приливы и отливы) причинами.
Прибой — изменение формы морских или озерных волн у берегов. Нижние слои воды, участвующие в волновом движении, тормозятся на мелководье, гребни волн, набегающих на берег, запрокидываются в сторону берега, волны становятся круче и выше, пенятся.
Цунами (от японского «высокие волны в гавани») — волны, возникающие на поверхности океана в результате сильных подводных землетрясений.
Приливы и отливы — периодические колебания уровня океана (моря), вызываемые силами притяжения Луны и Солнца. В образовании приливов участвуют также центробежные силы, возникающие при обращении систем Земля — Луна и Земля — Солнце вокруг общих центров масс. Высший уровень воды во время прилива называют полной водой, низший уровень при отливе — малой водой.
Сгонно-нагонные явления — повышение или понижение уровня моря (или озера) под воздействием ветра, дующего со стороны водоема на сушу или наоборот, особенно заметны в условиях мелководья у берегов и плоского побережья. Примером сгонно-нагонных явлений служат наводнения в Санкт-Петербурге: повышается уровень воды в Финском заливе, и воды Невы, не имея выхода в залив, затопляют низменные берега.
Ученые, путешественники, экспедиции
ПИФЕЙ (Питеас) (IV в. до н.э.) — древнегреческий учёный, мореплаватель. Первым доказал, что морские приливы и отливы вызваны воздействием Луны.
Исаак НЬЮТОН (1643—1727) — английский физик и математик. На основе открытых им законов механики объяснил происхождение приливов.
Экспедиция на корабле «Челленджер» (в переводе с английского challenger — бросающий вызов). Первая комплексная экспедиция по изучению Мирового океана, проходила с 1872 г. по 1876 г. Организована по инициативе Британского адмиралтейства и Королевского общества (Британской академии наук). Пройдено 69 тыс. морских миль (более трех окружностей экватора). Пересечены с севера на юг и с запада на восток Атлантический и Тихий океаны, собраны обширные коллекции. Экспедиция положила начало исследованию планктона, выполнила множество картографических и других работ.
Географическая номенклатура
Фанди залив, Пенжинская губа.
Топонимика
Пенжинская губа. Название от реки Пенжина. Предположительно, это юкагиро-русская адаптация коряко-чукотского слова пэннын — пэнрын — пэншин «нападение, место нападения», она относилась не к самой реке, а к её водоразделу, по которому в прошлом вторгались иноплеменники. Залив открыт в 1651 г. землепроходцем Стадухиным, который распространил на него название Пенжинская губа.
Самостоятельные работы учащихся
Сравнение ветровых волн и цунами
Цель работы: закрепление представления о ветровых волнах в океане и цунами.
Оборудование: Атлас по географии 6-го класса, учебник географии, рабочая тетрадь.
Ход работы:
Задание 1. Заполните таблицу:
Сравнение цунами и ветровых волн
| Признак сравнения | Ветровые волны | Цунами |
| Причина возникновения | ||
| Повторяемость | ||
| Скорость движения | ||
| Влияние на побережье |
Задание 2. Ответьте на вопросы:
1. Чем отличаются цунами от ветровых волн по происхождению?
2. У каких волн — цунами или ветровых — больше высота волны? Почему?
3. У каких волн — цунами или ветровых — больше скорость движения?
4. Как влияет на побережья цунами?
5. Можно ли предсказать цунами?
6. На берега каких государств обрушиваются цунами?
Вопрос относительно высоты волны сложный. В открытом океане ветровые волны обычно выше, у побережья цунами достигают высоты, намного превышающей высоту ветровых волн (см. далее в тексте).
Рекорды Земли*
Самый высокий морской прилив наблюдается в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады) и составляет 19,6 м, что равно высоте шестиэтажного здания. Дважды в сутки наступает, а потом отходит назад масса воды весом в 100 млрд т.
Самая большая волна, когда-либо зафиксированная людьми, наблюдалась около Японского острова Исигаки в 1971 г. Волна имела высоту 85 метров.
В Тихом океане наблюдаются самые большие волны. Весной 1972 г. в шторм были зафиксированы волны высотой более 34 м. Они следовали одна за другой через каждые 20 секунд со скоростью 138 км/ч. Что же касается волн, вызванных землетрясениями, цунами, то они здесь значительно выше. Рекордной высоты достигла волна у японского острова Исигаки (архипелаг Рюкю) во время землетрясения 24 апреля 1971 г. — 85 м при скорости 700 км/ч.
Самые бурные широты — в Мировом океане — южные широты, так называемые «ревущие сороковые» (от 40° до 50°) и «неистовые пятидесятые» (от 50° до 60°).
Цифры и факты
Места самых высоких приливов
| Место | Государство | Высота подъема воды, м |
|---|---|---|
| Залив Фанди (полуостров Новая Шотландия) | Kанада | 19,6 |
| Устье реки Гальегос | Аргентина | 18,0 |
| Фробишер-Бей (Баффинова Земля) | Kанада | 17,4 |
| Устье реки Северн | Великобритания | 16,3 |
| Гранвиль (залив Сен-Мало) | Франция | 14,7 |
| Kинг, залив | Австралия | 14,4 |
| Сен-Мало (залив Сен-Мало) | Франция | 14,1 |
| Пенжинская губа | Россия | 13,2 |
| Kамбейский залив | Индия | 12,5 |
| Устье реки Kолорадо | Мексика | 12,1 |
Шкала степени волнения
| Высота волны, м | Балл степени волнения | Характеристика волнения |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Волнение отсутствует, штиль |
| До 0,25 | I | Слабое |
| 0,25 — 0,75 | II | Умеренное |
| 0,75 — 1,25 | III | Значительное |
| 1,25 — 2 | IV | Значительное |
| 2 — 3,5 | V | Сильное |
| 3,5 — 6,0 | VI | Сильное (крупное) |
| 6,0 — 8,5 | VII | Очень сильное (штормовое) |
| 8,5 — 11,0 | VIII | Очень сильное (жесткое) |
| 11,0 и более | IХ | Исключительное (ураган) |
* См.: Рекорды Земли. Неживая природа /пер. со словацкого. — Смоленск: Русич, 1998. — 192 с.
Интересное
Что такое волны цунами и при каких условиях они возникают?
Цунами — это волны в океане, вызываемые землетрясениями. Такие волны распространяются с большой скоростью (от 500 до 1000 км/ч). Цунами имеют высоту волны в области возникновения от 0,1 до 5 м, а длину — от 150 до 300 км, поэтому в открытом океане могут быть незаметны и не очень опасны для судов. Но на мелководье они превращаются в высокие водяные стены до 10 — 50 м и более, разрушающие всё на своем пути. Особенно опасны волны цунами для маленьких невысоких коралловых островов в океане, через которые они могут перекатываться, сметая с их поверхности всё живое и строения. Высота волны цунами может быть очень значительной. Так, после знаменитого извержения вулкана Кракатау в 1883 г. возникла волна цунами высотой 35 м**. Подобная цунами по разрушительной силе волна возникает на побережье в тропиках при прохождении тропических циклонов, когда происходит подъем воды в центре такого циклона на 3—4 м, а у побережий высота набегающих волн возрастает в несколько раз.
Что такое след тайфуна в океане?
Тропические циклоны, среди которых видное место занимают тайфуны западной части Тихого океана, оставляют след не только на поверхности, но и в толще воды, до глубины примерно 0,5 км, причем сохраняется он в течение нескольких недель. След этот незаметен для человеческого глаза, но хорошо выражен в инструментальных измерениях состояния океанской воды, и прежде всего — её температуры. Вдоль пути следования тропического циклона происходит интенсивное испарение воды — тайфуны и ураганы черпают свою энергию с сильно нагретой поверхности океана. На процесс испарения затрачивается значительное количество тепла, которое затем отдается воздуху при конденсации поднимающегося вверх водяного пара в виде скрытой теплоты конденсации. Ветер и волны, поднятые тропическим циклоном, усиливают эффект охлаждения поверхностных вод, перемешивая более глубокие и холодные воды с поверхностными. По данным русских океанологов, наблюдавших тайфун Элла в Тихом океане, в полосе шириной несколько больше 100 км температура воды понизилась на 2°С, а по обе стороны от этой полосы — повысилась в среднем на 3°С.
Как возникают волны
Волны в океане — одно из самых завораживающих и красивых явлений природы. Сила, поднимающая и опускающая воду, а также ветер или колебания земной коры создают бесконечные массивы волн, которые могут быть маленькими и спокойными или огромными и неудержимыми.
Чтобы разобраться, как образуются волны, для начала узнаем, как они устроены.
Строение волны
Волны имеют гребень, подошву, высоту и длину. Гребень — это вершина волны, подошва — её нижняя точка, высота — расстояние между вершиной и подошвой, а длина — расстояние между двумя соседними гребнями или подошвами. Длина волны может варьировать от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров.
Величина волны
Волны имеют различную высоту, длину и скорость в зависимости от многих факторов, включая:
- интенсивность источника воздействия, например силы ветра или всплеска в воде;
- удалённость от источника воздействия;
- глубину водоёма;
- свойства водной среды, например плотность и вязкость.
Как движутся волны
Возникновение волн связано с порывами ветра: чем стабильнее дует ветер и чем больше площадь свободной поверхности воды, тем больше волны. Перепады давлений и сила тяжести заставляют частицы воды совершать вертикальные и горизонтальные колебания. Поскольку молекулы воды взаимодействуют, энергия колебаний может передаваться от частицы к частице, как по цепочке. При этом сложный характер колебаний приводит к тому, что в толще воды частицы совершают движения по круговым или эллиптическим траекториям, лишь незначительно смещаясь в сторону, либо против распространения волны.
Волновое движение передаётся от молекулы к молекуле на расстояние длины волны. При этом частицы воды движутся по круговым траекториям под влиянием волнения, но не перемещаются в направлении распространения волны.
В открытом океане волны могут передвигаться на большие расстояния без заметного затухания, но при приближении к берегу волны начинают «ощущать» дно и изменяют свою форму. В результате происходит подъём участков волн (гребни) и понижение между ними (подошвы), что приводит к формированию более высоких и крутых волн. Такие волны называют прибойными.
Также могут возникать свободные волны, которые распространяются на большие расстояния без существенных изменений формы и размера. Ещё бывают внутренние волны: они появляются на границе слоёв воды разной плотности и могут затрагивать дно. Кроме того, в океане встречаются цунами — мощные волны с очень большой длиной.
Что такое цунами
Цунами — особый вид океанских волн, которые образуются в результате движений морского дна. Их вызывают подводные землетрясения и обвалы, извержения вулканов и другие катаклизмы. Это волны огромной разрушительной силы, способные затопить берег и разрушить всё, что встретится им на пути.
Цунами могут пересекать океаны со скоростью 600–900 километров в час. Для сравнения: скорость реактивных самолётов обычно составляет около 1 200 километров в час. В глубоких водах эти волны могут быть ниже одного метра, но, приближаясь к суше, они замедляют свой бег и вырастают до 30–40 метров у крутых берегов. 90% всех зарегистрированных цунами отмечено в Тихом океане.
Легенда о воде и волнах: дракон Рюдзин
В японской мифологии есть дракон Рюдзин — бог моря и повелитель водной стихии. В легенде рассказывается о том, что он живёт на дне океана неподалёку от побережья Японии, у островов Рюкю (Нансей). Один удар хвоста Рюдзина вызывает огромные приливные волны, которые полностью смывают прибрежные деревни.
Когда Рюдзин открывает огромную зубастую пасть и вздыхает, в воде появляются гигантские водовороты. Голову благородного дракона венчают оленьи рога, его усы указывают на мудрость, а глаза видят в глубину до самого дна океана. Когда Рюдзин вытягивает ужасные когти, происходят наводнения. Движением лапы он может опрокинуть несколько судов.
Волны в океане — пример того, как природа может быть одновременно красивой и мощной. Они могут умиротворять — или вызывать страх и трепет. Изучение волн помогает понимать механизмы, лежащие в основе многих природных процессов и технических устройств, а также открывает новые возможности для развития науки и технологий.
Скоро перезвоним!
Или напишем на почту, если не получится дозвониться