Мұхит суының қозғалысы

Мұхит суының қозғалысы

Мүхит суларының бүкіл массасы үздіксіз қозғалыста болады. Бүл судың түрақты араласуын жылудың, тұздың және газдын, бөлінуін қамтамасыз етеді. Судың түйіршіктері әдетте байланысты келетін, тербеліс және сондай-ақ ілгерілемелі қозғалыстар жасайды, бірақ бүлардың біреуі басымырақ болады. Мәселен, толқу – көбіне судьщ тербеліс қозғалыстары, ағыс – ілгерілемелі қозғалысы.

Судың толқуы – деңгейлік беттің тепе-тендігінің бүзылуьшың және осы тепе-теңдікті қалпына келтіруге салмақ күштерінің ұмтылуының нәтижесі. Мүхит бетінің толқуының басты себебі – жел. Сондай-ақ, толқулар атмосфера қысымы-нын, шүғыл өзгерісінен де тууы мүмкін. Жер сілкіну, вулкандардың атқылауы, толысу түзетін күштер мұхит суының бар-лық қабаттарында толқулар тудырады.Өздерін тудырған күштердің тікелей ықпалымен болатын толқындар мэжбүр (байланысты) толқындар; өздерін тудырған күш әрекетін тоқтатқаннан кейін, біраз уақыт созылып жалғасатъін толқындар – еркін толқындар делінеді.

Толқын элементтері. Толқынның көлденёй. кесіндісінде оның формасы көрінеді. Тынық су беті деңгейінен жоғары толқынның ең биік бөлігі – толқьшның қыры болады. Тынық су бетінің деңгейінен темен жатқан толқын бөлігі – қолаты (ойысы), оның ең тереңделген бөлігі – толқын табаны. Қыр мен табаны арасында – толқын беткейі.Толқын ұзындығы, биіктігі, тіктігі, кезеңдігі жәие жылдам-дығы арқылы сипатталады. Толқынның ұзындығы (X) кершілес екі толқынның қырларыңың немесе табандарыньщ ара-, сындағы горизонталь аралық. Толқынньщ биіктігі (Н) – оның табаны үстіндегі көтерілген қыры. Тіктігі (а) – толқын биіктігінің оның үзындығының жартысына қатынасы–'Н:-.Толқын кезеңі (t) – толқынның әр нүктесі оның ұзындығына тең аралыққа орын ауыстыратын уақыт аралығы. Жылдамдық (V):– толқынның қыры (немесе оның профилінің кез келген нүктесі) белгілі бір уақыт мөлшерінде (секундта) жүріп өтетін аралығы.Толқындар қысқа (бүлардың таралу орнындағы тереңдік-тен аз ұзындық) және үзын (тереңдіктен асып түсетін ұзындық) болып бөлінеді. Қысқаға – жел толқьшдары, ұзынға – сейсмикалық және көтерілу-қайту толқындары жатады.Толқынның көрінетін. қозғалысы – судың бөлшектерінің шамалы ілгерілемелі қозғалысымен қосарланған оның формасыиың қозғалысы. Мұны су қоймасынын. толқыған бетінде жүріп жүрген затты желсіз ауа райында бақылап отырып көруге болады. Ол бірде көтеріледі, бірде темен түседі; көтеріліп толқынның қозғалыс бағытында біраз орын алмастырады, тө-мен түсіп кері бағытта орын ауыстырады. Мұның осылай болатын себебі, толқын қозғалғанда бөлшектер шенберге жақын орбитамен қозғалады. Орбитанын, жоғарғы бөлігінде (толқын қырында) бола отырып, бөлшектер алға, төменгі бөлігінде (та-банында) бола отырып – кейін қозғалады. Жел тудырған толқын қозғалысын толық қарастырайық.

Жел толқындары. Жел судың бетіне әсер етеді де оларды орбита бойынша қозғалуға мәжбүр етіп (сағат тілі бойынша) бөлшектерді тепе-теңдік куйден шығарады. Жел солдан оңға қарай соғады деп көз алдымызға келтірсек, сол жақта жатқан су белшектері бұлардан онға орналасқан бөлшектерден гөрі бұрын тербеле бастайды. Осының нәтижесінде әрбір бөлшектер өзініқ қозға-лысы үстінде өзінен оң жақта жатқан бөлшектен қальш қоя-ды және бұлардың бәрі әр түрлі фазаларда болады. 1 бөлшек орбитаның ең төменгі нүктесінде түратын болсын; осы кезде, 2 белшек өзінің қозғалысында 1 бөлшектен «ф» – бұрышын-дай қалып қояды, 3 бөлщек 2 бөлшектен сондай бүрыш қа-лып қояды т. с. с. Барлық бөлшектердің орнын бір мезетте жатық қисықпен қосып трохоида1 шығарып аламыз.Егерде бөлшектердің орнын, біраз уақыт өткеннен кейін қарайтын болсақ, бүлардың барлығы орбитада бірдей аралық-қа орын алмастырған болып шығады да V, 2', 3' және басқа орындарды алады. Суретте толқын формасы оңға – жел ба-ғытына қарай орын алмастырғаны көрінеді. Толқыннын, жел жақ беткейінде түрған бөлшектер төмен түскенде, ық жақ бет кейінде тұрған бөлшектер көтеріледі. Трохоида ілгерілемелі қозғалыс жоқ болғанда ғана туа алады. Алайда дөңгелек ор-битальды және ілгерілемелі қозғалыстары қосылуының салда-рында олар желдің жылдамдығы неғүрлым көп болса, толқын-нан неғұрлым тік болса, горизонталь бағытта керіліп жатқан зллипс орбитасы бойынша соғүрлым көп орын ауыстырады, Сондай-ақ эллипс орталығы да ілгерілемелі қозғалысқа ұшырайды. Осының нәтижесінде жел толқындарының профилі тро-хоидтан күщті айырықшаланады: олардың төбесі өткірленеді, табаны трохоидадағыдан гөрі неғүрлым доғал келеді.Толқынның қырына ықпал ете отырып, жел орбита бойынша орын ауыстыратын бөлшектердің қозғалысын тездете түзеді. Желдің толқынның табанына тигізетін ықпалы кері эффект береді. Осының нәтижесінде «толқынк бүйрасын» («ақ-желен,») жасай отырып қыр төңкеріліп қалъіп жатады.Желдің ықпалымен толқынның бір мезетте биіктігі де, үзын-дығы да өседі, сондай-ақ кезеңі мен жылдамдығы артады. Толқынның жылдамдығы неғұрлым көп болса, оның жел жақ беткейіне жел қысымы соғүрлым осал болады. Сондықтан да толқынның есу интенсивтігі оньвд жылдамдығының (с) жел жылдамдығына (W) қатынасымен анықталады. тту =0,4–0,5, яғни толқынның жылдамдығы жел жылдамдығынан 2 есе аз болғанда толқынның өсу жылдамдығы ең көп болады. Жел мен толқынньщ жылдамдығы теңелгенде (-^ =.і] толқын теория жүзінде ең көп биіктікке жетеді. Шындығына келгенде бұлар жел басылып енді олар жалды жасырмайтын болғанда мейлін-ше жоғары болады.Толқынның дамуына қарай олардың сыртқы түрі өзгереді. Әуелі олар параллель қатарларды түзеді, содан соң желдің жылдамдығы артуына қарай жеке жоталарға белінеді, яғни үзьшдығы мен биіктігі ғана емес, сондай-ақ енімен де сипат-талатын екі өлшемдіден үш елшемдіге айналады. Жел одан әрі күшейе түскенде Мұхиттың бетінде күрделенген үш өлшем-ді жаңадан параллель қатарлы ете биік толқындар пайда болады. Желдің бағыты мен жылдамдығы езгеретін әдіспен толқындардың күрделі комбинациялары түзіледі. Желдің жыл-дамдығы азайғанда толқын бірте-бірте тынышталады. Әуелі кішіректері содан соң ірі толқындар жиылады да сөйтіп өте үзын жадағай толқындар – аласа толщындар ғана қалады. Биіктігі не бары бірнеше метр (төрттен аспайды) болғанда бүл толқындардың үзындығы бірнеше жүз метр болады. Сондықтан да ашық Мүхитта көзге мүлде дерлік көрінбейді. Бі-рақ үлкен жылдамдықпен тарай отырып, олар өзінің пайда болған орнынан мыңдаған километр жердегі жағаға барып соғылады. Мүхитта әр уақытта бір жерде жел толқыны туатын болғандықтан мүхиттық соқпа толқын мүлде дерлік тоқтал-майды. Алыстан келген аласа толқынға жергілікті жел тол-қындар көбіне «қоса қабаттасып» оларды күрделендіре түседі. Жел толқындары желден ауысқан энергиядан түрады. Толқынға желдің энергия беруі желдің жылдамдығына, әрекет үзақ-тығы мен екпініне тура байланысты больга келеді. Егер толқынның жылдамдығы желдің жылдамдығынан аз болса, толқын жел энергиясын алады, қарсы жағдайда жел толқынды «басады».

Толқындардың энергиясы екі бөлімнен – орбита бойынша қозғалатын бөліктердін, эиергиясы (кинетикалық энергия) мен теңіз деңгейінен көтерілген су массасьшың энергиясынан (по-тенциалдық энергия) тұрады. Кинетикалық энергия тереңдік жеткілікті болғанда орнында қалады, ал потенциалды энергия толқын формасымен бірге орын ауыстырады. Толқын энер-гиясының биіктігі мен ұзындығының квадратына тура пропор-ционал. Тереңдеген сайын толқын биіктігі тез азаяды, толқын энергиясы да азаяды, сонымен бұл Мұхиттың жоғарғы қабат-тарында шоғырланады.Толқынның биіктігі 5 м және ұзындығы 100 м болғанда (дауылды толқындардың орташа мелшері) толқын энергиясы шамамен жалдың 1 метрінде 3120 кВт-сағатқа тең. Сонымен толқындалған беттің әрбір квадрат километріне 3 млрд. кВт-сағ. энергиядан келеді. Толқын қамтыған кеңістіктің ауданы жүз-деген квадрат километр болғандықтан жел толқындары энер-гиясының қоры орасан зор болады.Жел толқындарының соққы күші орасан. Кедергіге келіп соққанда толқындардың бүлдіру күші, жүздеген тоннаға же-тетін толқын жалының массасы соғылуының есебінен, ұлғая түседі. Шағын тереңдіктерде энергияның үлкен бөлігі толқын жалына ауысады, сондықтан да толқын жағаға ерекше күшпен соғылады. Биіктігі 3,5 м толқынньщ түсіретін қысымы 7,8 т/м2 тең. Жағаны бұзылудан сақтайтын толқын қайтарғыш нақты-лы жағдайларды есепке алып жобаланады. Мәселен, Балтық теңізі үшін бұлар 11 т/м2 қысымға, Бискай шығанағында – 21 т/м2, Африканың Марокко жағасындағы 25 т/м2, Дэнберде (Шотландия) – 3,7 м/т2, Дьеппеде (Франция) – 60 т/м2 болып есептелуге тиіс.Жағалық рельефті қалыптастыра отырып, толқындар жаға-ны бұзады және бір уақытта шайып әкеледі де түндырады.Көпшілік желдік мүхит толқындарының биіктігі 4–4,5 м. 6–7 метрден асатын толқындар біршама сирек болады. Жел толқындарының шынайы максималды тіркелген биіктігі 34 м-ге' жуық. Теңіз дауылы толқындарының үзындығы 250 метр-ден аспайды; аласа толқындарының үзындығы 1000 метрге де-йін және одан да жоғары болады.Теңіздерде жел толқындарының мелшері Мүхиттағылардан кіші. Олардың биіктігі 9 метрден, үзындығы 150 метрден ас-пайды.Тереңдеген сайын толқын тез басылады, өйткені су бөлшегі қозғалатын орбиталар диаметрі тез кішірейеді, демек толқын-ның биіктігі де кішірейеді. Тереңдіктің арифметикалық прог-рессияда артуымен ол геометриялық прогрессияда кемиді.Сірә, толқын ұзын болған сайын толқу да тереңірек енетін болса керек. Іс жүзінде алатын болсақ толқын үзындығының жартысына тең тереңдікте толқын басылады. Толқынның үзын-дығы, оның жылдамдығы және периоды терендеген сайьтн өзгермейді. Теңіз бетінде биіктігі 8 м және үзындығы 180 м да-уыл толқындары 150 м тереңдікте 16 мм биіктікке әрең жетеді.Толқын тайыз суға ауысқанда толқын ұзындығына тең тереңдіктен бастап су бөлшектерінің қозғалысы баяулайды. Бөлшектердің қозғалу орбиталары барған сайын күштірек созылады, ал түбіне жеткенде бұлар түзу сызықпен қозғала бастайды, жал үстінен жағаға қарай жылдамырақ және жағадан табанымен өткенде баяуырақ қозғалады. Толқын симметриясы бүзылып жал алға жылжиды да теңкеріліп кетеді, сөйтіп толқын бұзылады. Осылай соқпа толцын туады. Егер жал кепіршіктеніп беткей бойынша төмен сырғанаса бурун түзіле-ді. Соқпа толқынды жағада үнемі бақылауға болады, ал бурун кебіне бүдан біраз қашықта, рифтерде байқалады.

Тереңдік азайғанда толқын қозғалысынын, энергиясы кіші қимада таралады, негізінен алғанда жалдарда шоғырланады. Қима алаңының бірлігі арқылы уақыт бірлігіне ауысатын энер-гия мөлшері бүкіл энергия немесе оның бөлігі (түптің еңістігі-не қарай) басылғанға шейін жал соққан сәтке дейін есе береді. Тайыз суда толқын биіктігі артады, үзындығы мен жылдамдығы керісінше азаяды, толқыннын, тіктігі тиісінше арта түседі.Орталығында өте төмен қысымы бар циклондар (тропиктік ғана емес) Мұхиттың бетінде циклондық барикалық толқынға айналатын биіктігі 1 метрге дейін дөңес тудыра алады. Мұндай толқынның жағаға келіп соғуының апаттық салдары болуы мүмкін. Жер сілкінгенде, су асты атқылауларында және су асты сырғуларында судың бүкіл қабатын қамтитын сейсмика-.лық толқындар туады. Бұлар цунами деп аталады. Толқынның ұзындығы тым үлкен болғанда, әдетте цунамидің биіктігі не бары 0,3–0,6 м болады да, олар ашық Мұхитта байқалмайды. Бірақ тайыз суларда олардың биіктігі тар шығанақтарда 20– 30 метрге дейін артады. Үлкен тереңдіктен қайраңның тар өңіріне шұғыл өткелді жерлерде цунами биікке көтеріледі. Төмен жағалауларда цунамидің биіктігі шамалы болады.Цунами түзілген опырылу сызығына перпендикуляр бағы-тында Мұхиттың тереңдігіне пропорционал жылдамдықпен та-ралады: С = 360]/Н, мұнда С – цунамидің таралу жылдамдығы, км/с.ағ. Н – орташа тереңдік, км.Цунамидің таралу жылдамдығы 150 км/сағаттан (Н = 250 м болғанда) 900 км/сағатқа дейін (Н = 6 км болғанда) ауытқиды..Мүхиттың терең бөліктерінде бүл арта түседі, тайыз жерінде 50 км/сағатқа дейін азаяды.Цунами болар алдында су әдетте бірнеше минут ішінде (10–15) жағадан жүздеген метр, ал кейде (тереңдігі шамалы болғанда) километрге дейін шегінеді. Су неғұрлым ары шегінсе, цундардың биіктігін соғұрлым жоғары күтуге болады.Соңғы мың жыл ішінде не бары 360-тай ірі цунамилар тіркелген, мұның 7з бөлігі Тынық мұхиты сейсмикалык белдеуі-нің солтүстік-батыс бөлігіне келеді.Орасан көп қирау мен адам қүрбандықтары цунамимен байланысты. 1960 жылы 22майда Анд тауларындағы жер сіл-кінулерден туған цунами Чили жағалауларында, Американың батыс жағасынан Калифорнияға дейін, Жаңа Зеландия жаға-сында, Австралияда, Филиппин, Гавай аралдарында, Жапония-да, Курил аралдарында болды.Камчатканың оңтүстік-шығыс жағаларына цунами жер сіл-кінуден сон тура бір тәуліктен кейін келді. Егерде Чилиді есептемесек, әсіресе күшті зардап шеккен Жапонияда толқынның биіктігі 10 метрге жетті.