Многие люди, которые хорошо плавают или неплохо держатся на воде, не понимают, как можно утонуть у самого берега, когда ты умеешь плавать?! Тем более когда не умеешь, а потому не уходишь глубже, чем по пояс.Услышав сводки новостей в сезон отпусков о туристах, «погибших возле берега», они думают, что жертвы либо не умели плавать, либо находились в состоянии алкогольного опьянения. Но они ошибаются. В чем же тогда причина?
Речь идет об очень опасном, но малоизвестном явлении - отбойных течениях, которые часто еще называют «тягунами» и «рипами» (англ. - rip current). Отбойные течения есть во всех уголках планеты и в Мексиканском заливе, и на Черном море, и на острове Бали. С этими коварными рипами могут не справиться не только обычные люди, но и первоклассные пловцы, которые не знают, как себя вести в этой ситуации.Самыми опасным считаются отбойные течения в мелководных морях с пологим берегом, который обрамляют песчаные отмели, косы и островки (Азовское море и т. п.). В этих местах во время отлива возвращению массы воды в море препятствуют песчаные косы. Давление воды на узкий пролив, соединяющий море с лиманом, многократно возрастает. В итоге образуется быстрый поток, по которому вода движется со скоростью 2,5-3,0 м/с.
О физике возникновения "рипов" вы можете почитать самостоятельно в любимой Википедии. Технически же неодарённым товарищам достаточно знать, что постоянно то в одном, то в другом месте прямо у самого берега возникают коридоры с обратным (в сторону моря) течением. Бывают "рипы" устойчивые, и они не так опасны, потому что, как правило, про них знают все местные и подсказывают, куда не нужно ходить купаться. Но бывают так называемые flash rip currents, которые приходят и уходят; как раз они и представляют смертельную опасность. В большинстве случаев коридор "рипа" узкий, 2-3 метра, и из него несложно выскочить вправо или влево. Также в большинстве случаев скорость течения в "рипе" 4-5 км/ч, что тоже неопасно. Однако по несколько раз на дню на одном и том же пляже могут возникать "рипы" шириной до 50 метров и длиной до 200-400! Если к нему добавится скорость в 15 км/ч, то, попав в такой "рип", если ты не знаешь, как с ним бороться, можно читать молитву. Что происходит, когда человек попадает в "рип"? Его начитает тащить в открытый океан. Если "рип" широкий и скорость даже минимальная (5 км/ч), сопротивляться, то есть плыть против течения, бесполезно - всё равно утащит на глубину. Печально как раз то обстоятельство, что люди, не знающие про "рипы", начинают отчаянно сопротивляться и судорожно плыть именно в сторону берега, то есть против течения "рипа". У них, разумеется, ничего не получается, и через 20-30 секунд начинается ЧУДОВИЩНАЯ ПАНИКА! Можете себе представить, если человек не умеет плавать?! Вот он стоит, скажем, по пояс в воде и думает: "Кайф! Глубже не пойду, тут безопасно!" Какое там! Попадёт в "рип", океан утащит и фамилии не спросит, тем более если это слабая женщина или пожилой человек. Утащит туда, где дна уже не будет... Но ты не умеешь плавать... Лучше не думать.
Как быть? Как бороться с "рипами"? Если ты совсем не умеешь плавать, рекомендация одна: не ходить в воду в одиночку! Никогда! Только с кем-то опытным. Разумеется, купаться нужно там, где есть спасатели и расставлены красные флаги. Тот, кто плавать умеет, должен помнить, что глубина по грудь уже достаточна для серьёзного "рипа" (10 км/ч и более), который может утащить в открытый океан. Что делать, если вас всё-таки унесло? Первое и самое главное - НЕ ПАНИКОВАТЬ! Ни в коем случае, потому что, зная о правилах поведения в "рипе" и не паникуя, вы в 100 случаев из 100 выберетесь. Второе главное - не сопротивляться обратному течению и ни в коем случае не плыть к берегу! Звучит, конечно, устрашающе, но это единственная правильная логика: сопротивляясь, вы ничего не добьётесь, всё равно будет продолжать тащить, однако за минуту-другую вы выбьетесь из сил, измучаетесь, устанете и гарантированно потеряете самообладание. В "рипах" по незнанию утонули сотни и сотни превосходных пловцов, атлетов, спортсменов, штангистов и культуристов. При таком раскладе за вами дело не станет. Итак, не паникуете и не плывёте к берегу! А что делаете? Первое: пытаетесь выйти из "рипа" в сторону. То есть плывёте не к берегу, а параллельно ему. Вправо или влево, значения не имеет. Если "рип" узкий, 2-4 метра, то вы из него быстро выйдете. Если широкий - до 50 метров, то, конечно, не удастся. Как только вы поняли, что выйти не получается, тут же прекращайте попытки и... расслабляйтесь! Хоть на спину ложитесь, но не паникуйте. Почему? Потому что через минуту-другую встречное течение закончится и оставит вас в покое. После этого вы развернётесь и поплывёте... но только не сразу к берегу, а сперва метров 50-100 в сторону, чтобы обойти "рип", иначе воткнётесь в него обратно. Да, и пока вы расслабленно уплываете по течению, не забудьте высоко поднять руку, тогда, по крайней мере, на обратном пути вам поможет спасатель. Ещё одна важная деталь, о которой нужно помнить: "рип" не утащит вас на дно! Это не водоворот и не воронка. Все "рипы" на свете тащат от берега вдоль поверхности, но никак не на глубину.
Наконец, последнее: у всех "рипов" есть чёткие опознавательные знаки (признаки). Если на пляже нет спасателей с красными флагами, вы можете самостоятельно определить место встречного течения по одному из следующих признаков (в любом сочетании). Видимый канал бурлящей воды, перпендикулярный берегу. Прибрежная зона с изменённым цветом воды (скажем, всё вокруг голубое или зелёное, а какой-то участок белый). Участок пены, какой-то морской растительности, пузырей, который устойчиво движется от берега в открытое море. Разрыв в общей структуре приливных волн (сплошная полоса волн, а посередине 5-10-метровый разрыв). Если вы видите что-то из описанного, считайте, что вам повезло, и просто не ходите плавать в это место. А что, если не видите ни одного из четырёх признаков? Значит, вам не повезло, потому что 80 процентов опасных спонтанно возникающих "рипов" (flash rips) никак визуально себя не проявляют. То есть профессиональные спасатели эти места всё-таки определить смогут, но туристы-обыватели - вряд ли. До тех пор пока их не затянет в один из таких "рипов"-невидимок.
Главное течение, наблюдаемое в Черном море , называется «основным черноморским течением». Оно распространяется вдоль всех берегов по периметру моря, направлено против часовой стрелки и сворачивается в два вихревых потока, именуемые кольцами. Эти кольца, напоминающие гигантские очки и фамилия ученого-гидролога, впервые заметившего и описавшего их, дали название этому явлению – «Очки Книповича ».
Основой направленности движения черноморского течения является ускорение, получаемое морской водой вследствие вращения планеты. Физики называют этот эффект «Кориолисовой силой». Кроме космических сил, на движение поверхностных вод на карте Черного моря оказывает влияние и сила ветра. Этим объясняется изменчивость основного черноморского течения: иногда оно еле заметно на фоне других, менее масштабных течений, а бывает, что его скорость достигает одного метра в секунду .
В прибрежных зонах Черного моря наблюдаются антициклонические круговороты – вихревые потоки, направленные противоположно основному течению. Наиболее заметны они у берегов Кавказа и Анатолии. На этих участках Черного моря направление вдольбереговых течений обычно определяется направлением преобладающего ветра и может меняться несколько раз в сутки.
Отдыхающим на Черном море стоит знать о существовании такого вида локальных черноморских течений, как «тягун ». Чаще всего это течение образуется во время шторма у песчаных пологих берегов. Вода, набегающая на берег, возвращается обратно не равномерно, а струями по стихийно образовавшимся в песчаном дне руслам. Попасть в струю тягуна опасно: даже опытного пловца, несмотря на все его усилия, может унести в открытое море далеко от берега. Чтобы выбраться из тягуна, нужно плыть к берегу не прямо перпендикулярно, а под углом , чтобы уменьшить встречное сопротивление отступающей воды.
Разновидность тягуна «в действии» можно увидеть в черноморских портах. Время от времени суда, пришвартованные к причалу, начинают движение вдоль берега , словно управляемые огромной природной силой. Иногда это движение бывает таким мощным, что металлические швартовые концы не выдерживают давления, и кораблям не остается другого выхода, как прекратить погрузочные работы и ложиться на рейд подальше от берега.
Природа возникновения «портового» тягуна отличается от тягуна, возникающего во время шторма. Его вызывают особые, незаметные невооруженному глазу волны, подходящие к воротам порта. Их называют длинно-периодными – период колебаний, создаваемый ими, намного длиннее периодов колебаний обычных волн.
Изучением природы данного явления занимаются ученые нашей страны и за рубежом. Результатом их работы становятся научно-практические рекомендации по правильной швартовке кораблей во время «тягунов» и советы по проектированию безопасных портов, способных гасить «злую» энергию длинно-периодных волн.
Течения Черного моря
Результаты наших исследований течений Северного и Среднего Каспия значительно отличались от представлений, имевших наибольшее распространение. Поэтому мы стремились сопоставить их с опубликованными результатами исследований в других водоемах. Постепенно мы перешли от исследований течений Каспия к исследованиям природы конкретных видов течений – ветровых, термохалинных, квазипостоянных циркуляций, длинноволновых, инерционных и т. д. в различных водоемах – в Черном море, в Охотском море, в озерах Ладожское, Гурон и т. д., в тех водоемах, по которым удается найти результаты измерений.
Такой подход значительно расширяет количество экспериментальных данных пригодных для анализа. Мы можем сравнивать параметры течений в различных водоемах. Это позволит лучше понять свойства изучаемых процессов образования и существования течений. Основные методы исследования были придуманы при исследованиях течений Северного и Среднего Каспия.
Рассмотрим результаты инструментальных наблюдений за течениями в различных морях и в крупных озерах.
2.1. Течения Черного моря
Площадь Черного моря 423 488 км . Наибольшая ширина по параллели 42°21′ с.ш. – 1148 км., по меридиану 31°12′ в.д.- 615 км. Длина береговой линии 4074 км .
Рис. 2.1. Схема циркуляции вод Черного моря. 1 – Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) – среднее положение стрежня; 2 – меандры КЦТ; 3 – прибрежные антициклонические вихри (ПАВ); 4 – циклонические вихри (ЦВ); 5 –Батумский антициклонический вихрь; 6 – Калиарский ПАВ; 7 – Севастопольский ПАВ; 8 – Керченский ПАВ; 9 – квазистационарные циклонические круговороты (Косьян Р. Д. и др. 2003).
Генеральная циркуляция вод Черного моря – Основное Черноморское Течение (ОЧТ) характеризуется циклоническим движением вод (рис. 2.1). Ее главным структурным элементом является Кольцевое циклоническое течение (КЦТ). У Кавказского побережья КЦТ занимает полосу вдоль берега шириной 50-60 км.и несет свои воды в генеральном направлении на северо-запад. Осевая линия потока прослеживается на расстоянии 20-35 км от берега, где скорости достигают 60-80 см/с. Это течение проникает на глубину 150-200 м в летний период, 250-300 м в зимний период, иногда до глубины 350-400 м. Стрежень течения испытывает волнообразные колебания, отклоняется то вправо, то влево от своего среднего положения, т. е. это струйное течение меандрирует. На рис. 2.1. представлено наиболее распространенное представление о структуре течений Черного моря.
Результаты измерений течений проведенные в продолжении 5 месяцев в береговых водах в северо-восточной части Черного моря приводятся на рис. 2.2.
На рисунках мы видим, что течения охватывают всю толщу вод, изменения синхронны на всех горизонтах.
Рис. 2.2. Фрагмент временной последовательности получасовых векторов течения с 20 по 23 декабря 1997 г. Точка 1 – горизонты 5, 26 и 48 м.; точка 2 – горизонты 5 и 26 м.; точка 3 – горизонт 10 м. (Косьян Р. Д. и др. 2003).
В этих исследованиях не производилась фильтрация с целью выявления длиннопериодных волновых течений. Измерения продолжались 5 мес., т.е. можно показать около 5 периодов изменчивости длиннопериодных волновых течений и их изменчивость в разных пунктах, различие и общие черты по мере удаления от берега. Вместо этого авторы приводят объяснения, которые соответствуют традиционным представлениям.
Рис. 2.3. Расположение приборов у южного берега Крымского полуострова в пунктах 1–5 (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).
Рис. 2.4. Изменчивость скорости течений в пунктах измерения 3 и 5 (рис. 2.12) на горизонте 50 м.. Высокочастотные колебания с периодом 18 час. И менее отфильтрованы при помощи фильтра Гаусса. (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).
Измерения течений в прибрежной зоне с помощью автономных буйковых станций (АБС) были проведены у южного берега Крымского полуострова в Черном море в 6 точках на 4 горизонтах с июня по сентябрь 1991 г. (рис. 2.3). (Иванов В. А., Янковский А. Е. 1993).
Одна из основных задач - исследование захваченных берегом волн. Зарегистрированы длинноволновые течения с периодом 250.-300ч. и амплитудой до 40 см/с.(рис. 2.4). Фаза распространялась на запад со скоростью 2 м/с. (Заметим, что значение фазовой скорости получено из расчета, а не по разнице во времени прохождения волны в двух соседних точках).
Циркуляция вод в верхнем слое Черного моря показана по дрифтерным данным (Журбас В. М. и др. 2004). В Черном море были запущены более 61 дрифтеров, которые переносились течением крупномасштабной циркуляции вдоль берега.
Рис. 2.5. Траектория дрифтера № 16331 в юго-западной части Черного моря. Цифры на траектории- сутки, прошедшие со времени запуска дрифтера (Журбас В. М. и др. 2004).
Закономерности продвижения дрифтеров показывают закономерности течений. Наиболее распространенное заблуждение по поводу характера течений в Черном море: течения циклонической циркуляции является струйным меандрирующим течением. Меандры, оторвавшись от основной струи, образуют вихри. Такой «вихрь» авторы демонстрируют на рис. 2.5.
На следующем рисунке (2.6) показана изменчивость составляющих скорости перемещения (течения) дрифтера вдоль траектории. Хорошо видна периодическая изменчивость скорости течения. Период изменчивости от 2 двух до 7 суток. Скорость изменяется от - 40 см/с. до 50 см/с., но средняя величина скорости (жирная линия) близка к нулю. Дрифтер движется по круговой траектории. Он отражает движение водной массы волновой природы.
Бондаренко А. Л. (2010) показывает путь одного из дрифтеров в Черном море (рис. 2.7), и изменчивость скорости продвижения дрифтера вдоль траектории (рис. 2.8). Так же, как и в предыдущей работе видно, что наблюдаются течения волновой природы, а не струйное, меандрирующее течение. Привлекает внимание путь, пройденный дрифтером в начальный период своего плавания. Начальная точка (0) находится в центре западной части моря.
Рис. 2.6. Временной ряд компонентов скорости дрифтера 16331. Ut-долготная составляющая скорости (+/- соответственно восток/запад), Vt- широтная составляющая [Журбас В. М. и др. 2004].
По представлениям (рис. 2.1) эта точка находится вне КЦТ. Но мы видим, что дрифтер совершил путь циклонической направленности по растянутому почти эллипсу, затем 20 суток двигался в ю.з. направлении, где попал в КЦТ и перемещался в нем весь дальнейший путь. По этой траектории можно рассчитать скорость течения в разных участках траектории, а по (рис. 2.8) видна периодичность в.ч. и н.ч. изменчивости этой скорости.
Рис. 2.7. Путь дрифтера в Черном море (Бондаренко А. Л., 2010).
Рассмотренные выше примеры измерений показывают, что Основное Черноморское течение, Кольцевое циклоническое течение (КЦТ) представляет собой результирующее движение длиннопериодных волновых течений. Понимание о геострофическом характере течений КЦТ и его меандрировании ошибочно. Период изменчивости волновых течений в северной части 260 ч. По мере продвижения вдоль берега, из за неровностей береговой линии и поверхности дна составляющие скорости течения поперек берега становятся соизмеримыми с составляющими вдоль берега, траектории дрифтеров приобретают кольцеобразную форму. Период изменчивости сильно уменьшается.
Рис. 2.8. Изменчивость скорости перемещения дрифтера по траектории, показанной на рис.2.7. (Бондаренко А. Л., 2010) .
наблюдается так называемое основное черноморское течение (ОЧТ). Оно распространяется по всему черноморскому периметру. Это течение направлено против часовой стрелки и образует два вихревых потока, так называемых кольца.Это явление носит научное название «очки Книповича». Николай Михайлович Книпович был первым ученым-гидрологом, который заметил и подробно описал это явление.
Ускорение, которое придается морской воде вращением планеты, является основой характерной направленности этого движения. В физике такой эффект получил название «Кориолисова сила». Но, в силу того что Чёрное море имеет относительно небольшую акваторию, существенное влияние на основное оказывает также и сила ветра. В силу этого фактора, основное течение Чёрного моря очень изменчиво. Иногда бывает так, что оно становится слабо заметно на фоне других морских течений, меньшего масштаба. А случается, что скорость основного черноморского течения превышает сто сантиметров в секунду.
В прибрежных черноморских водах образуются вихревые потоки с противоположной основному черноморскому течению направленностью - так называемые антициклонические круговороты. Такие вихри особенно сильно выражены у Анатолийского и у Кавказского берегов. В данных регионах вдольбереговые течения в поверхностном слое Чёрного моря обычно определяются ветром. Направление таких течений может изменяться в течение суток.
Существует особый вид локального черноморского течения, который называется тягун. Тягун образуется во время шторма (сильного волнения моря) у пологих песчаных берегов. Принцип такого течения заключается в том, что набегающая на берег морская вода отступает обратно не одинаково равномерно по всей площади прилива, а по руслам, образуемым в песчаном дне. Попасть в струю такого тягуна очень опасно, так как, несмотря на все усилия пловца, его может унести далеко от берега прямо в открытое море.
Чтобы выбраться из такого течения, надо плыть не прямо к берегу, а наискосок, так легче преодолеть силу отступающей воды.
Течение «тягун» одно из малоизученных явлении, которое связанно с волнами.
Течение «тягун», является самым опасным видом прибрежных течений, оно образуется из-за оттока морской воды, которую принесло к побережью волнами. Существует утвердившееся мнение, что «тягун» тянет под воду, это не так эти волны уносят от берега.
Сила тягуна высока, он может утянуть с собой от берега даже очень опытных и сильных пловцов. Человеку попавшему в «тягун» не стоит бороться с ним и пытаться любыми способом выплыть прямо к берегу, самым лучшем вариантом спасения, будет движение по диагонали. Так удастся постепенно выйти из зоны действия тягуна, это позволит сэкономить силы и держаться на плаву, а так же дождаться помощи. Можно и самому пострадавшему постепенно самостоятельно добраться до берега, стараясь не возвращаться в зону действия этого опасного явления.
Этого явление можно наблюдать, во многих портах Черного моря пришвартованные суда к причалу вдруг, начинают приходить в движение время от времени и двигаться вдоль причалов, кажется под действием какой-то сил. Бывает, что такое движение настолько мощное, что давление не выдерживают стальные швартовые концы, из-за этого грузовые суда вынуждены останавливать погрузо-разгрузочные операции и ложиться рейд. Тягун может образовываться, не только во время шторма, но и в полный штиль на море.
Гипотез об образовании тягуна существует несколько, но все они определяют тягун, как следствие подхода к воротам порта особенного вида морских волн, которые сложно заметить невооруженным глазом. Данные волны называются длинно-периодными, они создают период колебания гораздо больший, чем обычные видимые людьми волны. Создавая периодически сильные колебания в массе воды, находящуюся в акватории порта, данные волны вызывают движения судов пришвартованных у причала.
Изучением образования данного явления, которое создает опасность судам флота, проводится, как в нашей стране, так и за рубежом. Проводимые исследовательские работы дают научно-практические рекомендации по правилам швартовке судов во время «тягуна», а так же советы по строительству безопасных портов, которые будут гасить энергию этой волны.
Расположенное в глубине материка, Черное море (вместе с Азовским) - наиболее обособленная часть Мирового океана. На юго-западе оно сообщается с Мраморным морем через пролив Босфор , граница между морями проходит по линии м. Румели - м. Анадолу. Керченский пролив соединяет Черное и Азовское моря, границей между которыми служит линия м. Такиль - м. Панагия.
Площадь Черного моря равна 422 тыс. км 2 , объем - 555 тыс. км 3 , средняя глубина - 1315 м, наибольшая глубина - 2210 м.
Береговая линия, за исключением севера и северо-запада, изрезана слабо. Восточные и южные берега - крутые и гористые, западные и северо-западные - невысокие и плоские, местами обрывистые. Единственный крупный полуостров - Крымский. На востоке к морю вплотную подходят отроги хребтов Большого и Малого Кавказа, разделенные Колхидской низменностью. Вдоль южного берега тянутся Понтийские горы. В районе Босфора берега невысокие, но обрывистые, на юго-западе к морю приближаются Балканские горы, дальше к северу расположена Добруджская возвышенность, постепенно переходящая в низменные пространства обширной дельты Дуная. Северо-западные и частично северные берега вплоть до гористого Южного берега Крыма - невысокие, расчленены балками, обширными лиманами в устьях рек (Днестровским, Днепро-Бугским), отгороженными от моря косами.
Берег в районе Пицунды
В северо-западной части моря находятся самые большие заливы - Одесский, Каркинитский, Каламитский. Кроме них на южном берегу моря находятся Самсунский и Синопский заливы, на западном - Бургасский. Небольшие островки Змеиный и Березань расположены в северо-западной части моря, Кефкен - к востоку от Босфора.
Основная часть речного стока (до 80%) поступает в северо-западную часть моря, куда несут воды наиболее крупные реки: Дунай (200 км 3 /год), Днепр (50 км 3 /год), Днестр (10 км 3 /год). На Черноморском побережье Кавказа в море впадают Ингури, Риони, Чорох и много мелких речек. На остальной части побережья сток незначителен.
Удаленное от океана, окруженное сушей, Черное море отличается континентальностью климата, что проявляется в больших сезонных изменениях температуры воздуха. На климатические особенности отдельных частей моря значительное влияние оказывает орография - характер рельефа прибрежной полосы. Так, в северо-западной части моря, открытой для воздействия воздушных масс с севера, проявляется климат степей (холодная зима, жаркое, сухое лето), а в защищенной высокими горами юго-восточной части - климат влажных субтропиков (обилие осадков, теплая зима, влажное лето).
Зимой море испытывает воздействие отрога Сибирского антициклона, вызывающего вторжения холодного континентального воздуха. Они сопровождаются северо-восточными ветрами (со скоростью 7 - 8 м/с), нередко достигающими штормовой силы, резкими понижениями температуры воздуха, осадками. Особенно сильные северо-восточные ветры характерны для района Новороссийска (бора). Здесь массы холодного воздуха скапливаются за высокими прибрежными горами и, перевалив через вершины, обрушиваются с большой силой вниз, к морю. Скорость ветра во время боры достигает 30-40 м/с, повторяемость боры - до 20 и более раз в году. При ослаблении зимой отрога Сибирского антициклона на Черное море выходят средиземноморские циклоны. Они вызывают неустойчивую погоду с теплыми, иногда весьма сильными юго-западными ветрами и колебаниями температуры.
Летом на море распространяется влияние Азорского максимума, устанавливается ясная, сухая и жаркая погода, термические условия становятся однородными для всей акватории. В этот сезон преобладают слабые северо-западные ветры (2-5 м/с), лишь в редких случаях в прибрежной полосе северо-восточной части моря возникают северо-восточные ветры штормовой силы.
Самая низкая температура в январе - феврале отмечается в северо-западной части моря (–1- 5°), на Южном берегу Крыма она повышается до 4°, а на востоке и юге - до 6-9°. Минимальные температуры в северной части моря достигают –25 - 30°, в южной части -5 - 10°. Летом температура воздуха равна 23 - 25°, максимальные значения в разных пунктах достигают 35-37°.
Атмосферные осадки на побережье выпадают очень неравномерно. В юго-восточной части моря, где Кавказские хребты преграждают путь западным и юго-западным влажным средиземноморским ветрам, выпадает наибольшее количество осадков (в Батуми - до 2500 мм/год, в Поти - 1600 мм/год); на равнинном северо-западном побережье всего 300 мм/год, у южных и западных берегов и на Южном берегу Крыма - 600-700 мм/год. Через Босфор ежегодно стекает 340-360 км 3 черноморской воды, и поступает в Черное море около 170 км 3 средиземноморской воды. Водообмен через Босфор испытывает сезонные изменения, определяемые разностью уровней Черного и Мраморного морей и характером ветров в районе пролива. Верхнебосфорское течение из Черного моря (занимающее у входа в пролив слой около 40 м) достигает максимума летом, а минимум его наблюдается осенью. Интенсивность нижнебосфорского течения в Черное море наибольшая осенью и весной, меньше всего - в начале лета. В соответствии с характером ветровой деятельности над морем сильное волнение наиболее часто развивается осенью и зимой в северо-западной, северо-восточной и центральной частях моря. В зависимости от скорости ветра и длины разгона волн в море преобладают волны высотой 1-3 м. В открытых районах максимальные высоты волн достигают 7 м, а при очень сильных штормах могут быть и выше. Юго-западная и юго-восточная части моря - самые спокойные, сильное волнение наблюдается здесь редко, и волн высотой более 3 м почти не бывает.
Крымский берег
Сезонные изменения уровня моря создаются в основном за счет внутригодовых различий в поступлении речного стока. Поэтому в теплое время года уровень выше, в холодное - ниже. Величина этих колебаний неодинакова и наиболее значительна в районах влияния материкового стока, где она достигает 30-40 см.
Наибольшую величину в Черном море имеют сгонно-нагонные колебания уровня, связанные с воздействием устойчивых ветров. Особенно часто они наблюдаются в осенне-зимнее время в западной и северо-западной частях моря, где могут превышать 1 м. На западе сильные нагоны вызывают восточные и северовосточные ветры, а на северо-западе - юго-восточные. Сильные сгоны в указанных частях моря возникают при северо-западных ветрах. У Крымского и Кавказского побережий нагоны и сгоны редко превышают 30-40 см. Обычно их продолжительность составляет 3-5 суток, но иногда может быть и больше.
В Черном море часто наблюдаются сейшевые колебания уровня высотой до 10 см. Сейши с периодами 2-6 часов возбуждаются воздействием ветра, а 12-часовые сейши связаны с приливами. Для Черного моря характерны неправильные полусуточные приливы.
Лед ежегодно образуется лишь в узкой прибрежной полосе северо-западной части моря. Даже в суровые зимы он покрывает менее 5%, а в умеренные зимы - 0,5-1,5% акватории моря. В очень суровые зимы припай вдоль западного берега распространяется до Констанцы, а плавучий лед выносится к Босфору. За последние 150 лет льдины в проливе наблюдались 5 раз. В мягкие зимы льдом покрываются только лиманы и отдельные бухты.
Льдообразование обычно начинается в середине декабря, а максимальное распространение льда наблюдается в феврале. Граница неподвижного льда в умеренные зимы в северо-западной части моря проходит от Днестровского лимана к Тендровской косе на расстоянии 5- 10 км от берега. Далее кромка льда пересекает Каркинитский залив и доходит до средней части Тарханкутского п-ова. Очищение моря от льда происходит в марте (раннее - в начале марта, позднее - в начале апреля). Продолжительность ледового периода сильно меняется: от 130 суток в очень суровые зимы до 40 суток в мягкие. Толщина льда в среднем не превышает 15 см, в суровые зимы доходит до 50 см.
Подводный каньон в Черном море
В рельефе дна моря четко выделяются три основные структуры: шельф, материковый склон и глубоководная котловина. Шельф занимает до 25% общей площади дна и в среднем ограничивается глубинами 100-120 м. Наибольшей ширины (более 200 км) он достигает в северо-западной части моря, которая вся располагается в пределах шельфовой зоны. Почти на всем протяжении гористых восточных и южных берегов моря шельф очень узкий (всего несколько километров), а в юго-западной части моря - более широкий (десятки километров).
Материковый склон, занимающий до 40% площади дна, опускается примерно до глубин 2000 м. Он крутой и изрезан подводными долинами и каньонами. Дно котловины (35%) - плоская аккумулятивная равнина, глубина которой постепенно увеличивается к центру.
Циркуляция вод в течение всего года имеет циклонический характер с циклоническими круговоротами в западной и восточной частях моря и огибающим их вдольбереговым основным черноморским течением. Сезонные изменения циркуляции проявляются в скоростях и в деталях этой системы течений. Основное черноморское течение и циклонические круговороты наиболее четко выражены зимой и летом. Весной и осенью циркуляция вод становится слабее и усложняется по структуре. В юго-восточной части моря летом формируется небольшой антициклонический круговорот.
В системе циркуляции вод можно выделить три характерные области, структура течений в которых отличается своеобразием: прибрежную часть, зону основного черноморского течения и открытые части моря.
Границы прибрежной части моря определяются шириной шельфа. Режим течений здесь зависит от местных факторов и значительно изменчив в пространстве и во времени.
Зона основного черноморского течения шириной 40-80 км расположена над материковым склоном. Течения в ней весьма устойчивы и имеют циклоническую направленность. Скорости течений на поверхности составляют 40-50 см/с, иногда превышают 100 и даже 150 см/с (в стрежне потока). В верхнем стометровом слое основного течения скорости с глубиной уменьшаются слабо, максимальные вертикальные градиенты приходятся на слой 100-200 м, ниже которого скорости медленно затухают.
В открытых частях моря течения слабые. Средние скорости здесь не превышают 5-15 см/с на поверхности, слабо уменьшаясь с глубиной до 5 см/с на горизонтах 500-1000 м. Границы между указанными структурными областями довольно условны.
В мелководной северо-западной части моря циркуляция в основном возбуждается ветром. Северные и северо-восточные ветры обусловливают циклонический характер течений, а ветры западных направлений - антициклонический. В соответствии с характером ветров установление антициклонической циркуляции возможно в летний сезон.
Общая циркуляция вод моря имеет однонаправленный характер до глубины порядка 1000 м. В более глубинных слоях она весьма слабая, и говорить об общем ее характере сложно.
Важную особенность основного черноморского течения представляет его меандрирование, которое может приводить к образованию изолированных вихрей, отличающихся по температуре и солености от окружающих вод. Размеры вихрей достигают 40-90 км, явление вихреобразования имеет существенное значение для водообмена не только в верхнем, но и в глубинных слоях моря.
В открытом море широко распространены инерционные течения с периодом 17-18 часов. Эти течения оказывают влияние на перемешивание в толще вод, так как их скорости даже в слое 500-1000 м могут быть 20-30 см/с.
Температура воды на поверхности моря зимой повышается от –0,5-0° в прибрежных районах северо-западной части до 7-8° в центральных районах и 9-10° в юго-восточной части моря. Летом поверхностный слой воды прогревается до 23-26°. Лишь во время сгонов могут происходить кратковременные существенные понижения температуры (например, у Южного берега Крыма). В период прогрева моря на нижней границе ветрового перемешивания образуется слой скачка температуры, ограничивающий распространение тепла верхним однородным слоем.
Соленость на поверхности весь год минимальная в северо-западной части моря, куда поступает основной объем речных вод. В приустьевых районах соленость возрастает от 0-2 до 5-10‰, а на большей части акватории открытого моря она равна 17,5-18,3‰.
В холодный сезон в море развивается вертикальная циркуляция, к концу зимы охватывающая слой толщиной от 30- 50 м в центральных до 100-150 м в прибрежных районах. Сильнее всего охлаждаются воды в северо-западной части моря, откуда они течениями распространяются на промежуточных горизонтах по всему морю и могут достигать самых удаленных от очагов холода районов. Как следствие зимней конвекции, при последующем летнем прогреве в море образуется холодный промежуточный слой. Он сохраняется на протяжении всего года на горизонтах 60-100 м и выделяется по температуре на границах 8°, а в ядре - 6,5-7,5°.
Конвективное перемешивание в Черном море не может распространяться глубже 100-150 м из-за увеличения солености (а следовательно, и плотности) в более глубинных слоях в результате поступления туда соленых мраморноморских вод. В верхнем перемешиваемом слое соленость увеличивается медленно, а затем на 100-150 м резко возрастает от 18,5 до 21‰. Это постоянный слой скачка солености (галоклин).
Начиная с горизонтов 150-200 м, соленость и температура медленно повышаются к дну из-за влияния поступающих в глубинные слои более соленых и теплых мраморноморских вод. На выходе из Босфора они имеют соленость 28-34‰ и температуру 13-15°, но быстро изменяют свои характеристики, перемешиваясь с черноморской водой. В придонном слое небольшое повышение температуры происходит и благодаря геотермическому притоку тепла от дна моря. Глубинные воды, располагающиеся в слое от 1000 м до дна и занимающие в Черном море зимой (II) и летом (VIII) более 40% объема моря, отличаются большим постоянством температуры (8,5-9,2°) и солености (22-22,4‰.
Вертикальное распределение температуры воды (1) и солености (2)
Таким образом, в вертикальной гидрологической структуре вод Черного моря выделяются основные компоненты:
верхний однородный слой и сезонный (летний) термоклин, связанные в основном с процессом ветрового перемешивания и годовым циклом потока тепла через поверхность моря;
холодный промежуточный слой с минимальной по глубине температурой, который на северо-западе и северо-востоке моря возникает в результате осенне-зимней конвекции, а в других районах образуется в основном путем переноса холодных вод течениями;
постоянный галоклин - слой максимального нарастания солености с глубиной, находящийся в зоне контакта верхней (черноморской) и глубинной (мраморноморской) водных масс;
глубинный слой - от 200 м до дна, где нет сезонных изменений гидрологических характеристик, а их пространственное распределение весьма однородно.
Процессы, происходящие в этих слоях, их сезонная и межгодовая изменчивость и определяют гидрологические условия Черного моря.
Черное море имеет двухслойную гидрохимическую структуру. В отличие от других морей в нем только верхний хорошо перемешанный слой (0-50 м) насыщен кислородом (7-8 мл/л). Глубже содержание кислорода начинает быстро уменьшаться, и уже на горизонтах 100-150 м оно равно нулю. На этих же горизонтах появляется сероводород, количество которого растет с глубиной до 8-10 мг/л на горизонте 1500 м, и далее к дну оно стабилизируется. В центрах основных циклонических круговоротов, где происходит подъем вод, верхняя граница сероводородной зоны располагается ближе к поверхности (70-100 м), чем в прибрежных районах (100-150 м).
На границе между кислородной и сероводородной зонами расположен промежуточный слой существования кислорода и сероводорода, представляющий собой нижнюю «границу жизни» в море.
Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в Черном море. 1 - среднее содержание кислорода, 2 - среднее содержание сероводорода, 3 - отклонение от среднего
Распространению кислорода в глубинные слои моря препятствуют большие вертикальные градиенты плотности в зоне контакта черноморской и мраморноморской водных масс, ограничивающие конвективное перемешивание верхним слоем.
Вместе с тем обмен водами в Черном море происходит между всеми слоями, хотя и медленно. Глубинные соленые воды, все время пополняемые нижним босфорским течением, постепенно поднимаются и перемешиваются с верхними слоями, которые уходят в Босфор с верхним течением. Такая циркуляция сохраняет относительно постоянное соотношение солености в толще вод моря.
В Черном море выделяют (Водяницкий В.А. и др.) следующие основные процессы, обусловливающие вертикальный обмен в толще вод: подъем вод в центрах циклонических круговоротов и опускание на их периферии; турбулентное перемешивание и диффузия в толще вод моря; осенне-зимнюю конвекцию в верхнем слое; придонную конвекцию за счет теплового потока от дна; перемешивание в синоптических вихрях; сгонно-нагонные явления в прибрежной зоне.
Оценки времени вертикального обмена вод в море весьма приближенные. Этот важный вопрос нуждается в дальнейших исследованиях.
В качестве основного механизма образования сероводорода в Черном море большинство авторов принимают восстановление сернокислых соединений (сульфатов) при разложении органических остатков (отмерших организмов) под влиянием сульфатредуцирующих бактерий микроспира. Такой процесс возможен в любых водоемах, но образовавшийся в них сероводород быстро окисляется. В Черном море он не исчезает из-за медленного обмена вод и отсутствия возможности его быстрого окисления в глубинных слоях. При подъеме глубинных вод в верхний кислородный слой моря происходит окисление сероводорода в сульфаты. Таким образом, в море существует установившийся равновесный круговорот соединений серы, определяемый скоростью обмена вод и другими гидродинамическими процессами.
В настоящее время высказывается мнение, что в последние десятилетия происходит постоянный однонаправленный подъем (тренд) верхней границы сероводородной зоны к поверхности моря, достигающий десятков метров. Это связывают с антропогенными изъятиями стока рек и изменениями плотностной структуры моря. Однако имеющиеся данные пока свидетельствуют лишь о естественных межгодовых колебаниях положения границы сероводородной зоны, происходящих в разных районах моря неодинаково. Выделение на фоне этих колебаний антропогенного тренда затруднено из-за недостатка систематических наблюдений за топографией границы сероводородного слоя и несовершенства методики ее определения.
Многообразный растительный и животный мир Черного моря почти целиком сосредоточен в верхнем слое толщиной 150-200 м, составляющем 10-15% объема моря. Глубинная толща вод, лишенная кислорода и содержащая сероводород, почти безжизненна и населена только анаэробными бактериями.
Ихтиофауна Черного моря сформировалась из представителей разного происхождения и насчитывает около 160 видов рыб. Одна из групп - рыбы пресноводного происхождения: лещ, карась, окунь, красноперка, судак, тарань и другие, встречающиеся в основном в северозападной части моря. В опресненных районах и солоноватоводных лиманах есть представители древней фауны, сохранившиеся еще со времени существования древнего Понто-Каспийского бассейна. Наиболее ценные из них - осетровые, а также несколько видов сельдей. Третью группу черноморских рыб составляют иммигранты из Северной Атлантики - это холодолюбивые шпрот, мерланг, колючая акула-катран и др. Четвертая, наибольшая по численности группа рыб - средиземноморские вселенцы - насчитывает свыше ста видов. Многие из них заходят в Черное море только летом, а зимуют в Мраморном и Средиземном морях. В их числе пеламида, скумбрия, тунец, атлантическая ставрида и др. Только 60 видов рыб средиземноморского происхождения, которые постоянно живут в Черном море, могут считаться черноморскими. К ним относятся хамса, сарган, кефаль, ставрида, султанка (барабуля), скумбрия, камбала-калкан, скаты и др. Из 20 промысловых видов черноморских рыб значение имеют только хамса, мелкая ставрида и шпрот, а также акула-катран.
В настоящее время состояние черноморской экосистемы неблагополучно. Происходит обеднение видового состава растений и животных, сокращение запасов полезных видов. В первую очередь это наблюдается в районах шельфа, испытывающих значительную антропогенную нагрузку. Наибольшие изменения наблюдаются в северо-западной части моря. Большое количество биогенных и органических веществ, поступающих сюда с материковым стоком, вызывает массовое развитие планктонных водорослей («цветение»). В районе влияния стока Дуная биомасса фитопланктона возросла в 10-20 раз, отмечены случаи «красных приливов» . За счет токсического действия некоторых водорослей во время массового «цветения» наблюдается гибель фауны. Кроме того, при интенсивном развитии планктона на дно оседает большое количество отмерших организмов, на разложение которых расходуется растворенный кислород. При хорошо выраженной стратификации вод, препятствующей поступлению кислорода из поверхностного слоя в придонный, в нем развивается дефицит кислорода (гипоксия), который может приводить к гибели организмов (заморам). С 1970 г. заморы разной интенсивности повторяются практически ежегодно. Неблагоприятная экологическая обстановка вызвала отмирание некогда обширного поля филлофоры - водоросли, использующейся для изготовления агар-агара.
Ухудшение качества воды и кислородного режима - одна из основных причин снижения численности промысловых рыб в северо-западной части Черного моря.
