Woda w morzach i oceanach znajduje się w ciągłym ruchu, który odbywa się zarówno w poziomie jak i w pionie. Mieszanie i przemieszczanie wód Wszechoceanu w bardzo poważny sposób rzutuje na życie ludzi na Ziemi.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Hydrosfera

II Ruch wody morskiej

Woda morska przemieszcza się zarówno w poziomie jak i w pionie. Głównym czynnikiem odpowiadającym za ich powstawanie są zjawiska atmosferyczne. Nietypowy ruch wody nazywany pływami jest z kolei wynikiem ruchu obrotowego Ziemi i oddziaływania Słońca i Księżyca na Ziemię. Więcej na ten temat można przeczytać tutaj (kliknij).

1. Pionowe ruchy wody morskiej – upwelling i downwelling

Upwelling oznacza wynurzanie się wód głębinowych w wyniku zmiany położenia powierzchniowej warstwy wody morskiej – która może być następstwem wiatru (zwłaszcza pasatów) – takie zjawisko nazywamy upwellingiem przybrzeżnym lub rozbieżnego (dywergentnego) ruchu prądów morskich w strefie równikowej – takie zjawisko nazywamy upwellingiem równikowym.

Upwelling przybrzeżny jest skutkiem przemieszczania powierzchniowej warstwy wód morskich przez wiatry (zwłaszcza przez pasaty). Skomplikowana teoria prowadząca do tego procesu opisana została przez szwedzkiego oceanografa Vagna Ekmana i nosi nazwę teorii Ekmana.

Schemat upwellingu przybrzeżnego – przykład dla zachodniej Afryki

Źródło: Opracowanie własne

W dużym uproszczeniu – zdaniem tego badacza, wiatr wiejący wzdłuż brzegu nie spowoduje (jak mogłoby się wydawać) przesunięcia powierzchniowej warstwy wody wzdłuż brzegu, ale pod kątem 90° (ze względu na wzajemne oddziaływanie kolejnych warstw wody) w stosunku do brzegu, ze względu na odchylenie ruchu wody przez siłę Coriolisa. Ponieważ siła Coriolisa odchyla ciała w prawo na półkuli północnej, a w lewo na półkuli południowej, woda będzie odsuwana od brzegu na zachodnich granicach kontynentów położonych w strefie międzyzwrotnikowej, gdzie wieją wiatry stałe – pasaty. Dzięki temu możliwe stanie się wynurzenie głębokich warstw wody w tych miejscach (upwelling przybrzeżny).

Kierunek ruchu wód morskich u wybrzeży kontynentów w strefie międzyzwrotnikowej na tle występowania pasatów

Źródło: Opracowanie własne na podstawie: https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-4931a75298a8d8947c59d2ef9c0661e6-c

Upwelling równikowy jest spowodowany rozbieżnym (dywergentnym) ruchem dwóch prądów morskich w strefie międzyzwrotnikowej – Prądu Północnorównikowego i Prądu Południoworównikowego. Przemieszczające się w przeciwnych kierunkach prądy powodują odpływ wód w okolicy równika, co umożliwia wynurzenie się głębokich warstw wód oceanicznych – upwelling równikowy.

Schemat upwellingu równikowego

Źródło: Opracowanie własne.

Zjawiskiem przeciwnym do upwellingu jest downwelling. Oznacza to zapadanie się wód powierzchniowych oceanu ku głębinom. Podobnie jak w przypadku upwellingu, zjawisko może mieć dwa warianty. Jeżeli wiatr przy brzegu kontynentu kieruje wody morskie w kierunku lądu, dochodzi wówczas do downwellingu przybrzeżnego. Z kolei gdy jest to skutkiem transportu ciepłych wód oceanu ku wysokim szerokościom geograficznym, gdzie dochodzi do kolizji ciepłych wód z okolic równika z zimnymi wodami z okolic biegunowych, mówimy o downwellingu konwergentnym lub termohalinowym.

Downwelling przybrzeżny jest skutkiem przemieszczania powierzchniowej warstwy wód morskich przez wiatry (zwłaszcza przez pasaty). Wiatr wiejący wzdłuż brzegu nie spowoduje (jak mogłoby się wydawać) przesunięcia powierzchniowej warstwy wody wzdłuż brzegu, ale pod kątem 90° (ze względu na wzajemne oddziaływanie kolejnych warstw wody) w stosunku do brzegu, ze względu na odchylenie ruchu wody przez siłę Coriolisa. Ponieważ siła Coriolisa odchyla ciała w prawo na półkuli północnej, a w lewo na półkuli południowej, woda będzie przesuwana ku brzegowi na wschodnich granicach kontynentów położonych w strefie międzyzwrotnikowej, gdzie wieją wiatry stałe – pasaty. Przypowierzchniowe warstwy wody napotykające linię brzegową zanurzają się (downwelling przybrzeżny).

Schemat downwellingu przybrzeżnego – przykład dla wschodniej Afryki

Źródło: Opracowanie własne

Downwelling konwergentny zachodzi na wysokości 50°-60°S oraz N, gdzie ciepłe wody z okolic równika zderzają się z chłodnymi wodami płynącymi z okolic biegunowych. W wyniku zderzania i mieszania wód, opadają one ku głębinom. Jest to uzupełnienie początkowej części globalnej cyrkulacji oceanicznej – którą jest upwelling równikowy.

Schemat konwergencji (downwelling) i dywergencji (upwelling równikowy) w globalnej cyrkulacji oceanicznej

Źródło: https://www.e-education.psu.edu/earth103/sites/www.e-education.psu.edu.earth103/files/module06/url-1.jpg

2. Sejsza

Sejsza to stojąca fala powstająca na zamkniętych zbiornikach – najczęściej jeziorach, ale też w zatokach morskich. Może być wiele czynników wywołujących Sejszę – np. duże opady w jednej części zbiornika, ruchy tektoniczne, a nawet ruch jednostek morskich, ale w praktyce najczęściej Sejszę powoduje długotrwały, wiejący w stałym kierunku wiatr. Ten z kolei powodowany jest istotna różnicą ciśnień na małym obszarze. Ponieważ wiatry wieją z wyżu do niżu, to ośrodek niżowy będzie miał spiętrzony poziom wody, zaś ośrodek wyżowy – delikatnie obniżony.

Uproszczony schemat Sejszy wywołanej wiatrem

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7f/Illustration_of_the_phenomenon_of_seiches.png?1574620894197

Skutkiem Sejszy jest tymczasowe zaburzenie równowagi wody w zbiorniku, polegające na wypiętrzeniu jednej z części zbiornika kosztem innej (różnica wysokości poziomu wody może wynosić od kilku metrów do maksymalnie metra, choć w historii notowano wyższe odchylenia). Po ustaniu czynnika wywołującego np. wiatru (np. po przemieszczeniu ośrodka barycznego), woda cofa się i wyrównuje.

3. Prądy morskie

Jeden z najważniejszych ruchów wody morskiej, nazywany często “rzeką w oceanie”. Podstawową przyczyną występowania prądów morskich są stałe wiatry, występujące w komórkach globalnej cyrkulacji atmosfery. Pomniejszymi czynnikami wpływającymi na nie są: zróżnicowanie gęstości i zasolenia wody oraz różnica wysokości poziomu wody. Podstawowa definicja prądu morskiego, określa go jako strumień wody, o głębokości do 200 m i temperaturze wyraźnie innej od wód otaczających (minimum kilka stopni Celsjusza).

Zasadniczo kierunek prądów jest generalnie zgody z kierunkiem wiatrów stałych – w strefie międzyzwrotnikowej odpowiadają za to pasaty, w strefie umiarkowanej – wiatry zachodnie (które kierują prądy morskie ze strefy międzyzwrotnikowej ku obszarom okołobiegunowym), a w strefie okołobiegunowej – wiatry wschodnie (które kierują prądy morskie z okolic biegunów ku umiarkowanym szerokościom geograficznym). Odchylenia kierunku prądów morskich od kierunku wiatrów, są spowodowane czynnikami lokalnymi – rozkładem lądów i oceanów, charakterem linii brzegowej i rzeźbą dna oceanu. Na Oceanie Indyjskim na kierunek prądów morskich oddziałuje cyrkulacja monsunowa. Ponadto ich  kierunek jest odchylony zgodnie z siłą Coriolisa.

Prądy morskie na Ziemi

Źródło: https://static.epodreczniki.pl/portal/f/res-minimized/RnQAjw6NEMGGg/5/t56NHMnIOQUXO6TpUGDdsMcmwLa2fMcf.png

Podstawowy podział prądów morskich dotyczy ich temperatury – dzielimy je na ciepłe i zimne.

Kryteria podziału prądów morskich

Źródło: Opracowanie własne.

Prądy morskie są istotne przede wszystkim ze względu na swój kolosalny wpływ na klimat Ziemi. Wybrane przykłady oddziaływania prądów na klimat przedstawiono w tabeli poniżej.

Wpływ prądów morskich na klimat – wybrane przykłady

Źródło: Opracowanie własne.

Prądy morskie na Ziemi są częścią globalnej cyrkulacji wód oceanicznych obejmujących wody Oceanu Atlantyckiego i Oceanu Spokojnego, a w mniejszym stopniu także Oceanu Indyjskiego – nazywanej cyrkulacją termohalinową. Globalny obieg wody obejmuje zarówno prądy morskie przypowierzchniowe jak i ruch wody w głębinach oceanu. Ze zjawiskiem związany jest downwelling w strefie konwergencji oraz upwelling równikowy. Cały ruch wywołany jest przez wiatry i różnice w gęstości (temperatura, zasolenie) wody morskiej.

Schemat globalnej cyrkulacji termohalinowej (ang. meridional overturning circulation – MOC)

Źródło: https://cdn.britannica.com/87/106787-050-A47F9AB3/Thermohaline-circulation-transports-water-oceans-heat-process.jpg

4. El Niño i La Niña

Na Oceanie Spokojnym mamy do czynienia z niespecyficzną cyrkulacją wody morskiej, która nosi nazwę Oscylacji Południowej El Niño (ENSO – z ang. El Niño Southern Oscillation). W cyklu 3-7 lat występują na przemian dwie fazy – La Niña (pol. La Ninia – dziewczynka) uważana za tak fazę wzmacniającą sytuację “normalną” oraz El Niño (pol. El Ninio – chłopiec/dzieciątko) uważana za anomalię. Obie fazy powodują odchylenia od normy (anomalie), jednak to skutki El Niño są bardziej szkodliwe dla pogody i gospodarki globalnej.

Faza zimna ENSO – La Niña (wzmacniająca sytuację “normalną”)

Źródło: Opracowanie własne.

La Niña to sytuacja anomalii wzmacniającej stan naturalny. Pasat wiejący z wyżu znad Ameryki Południowej w kierunku niżu nad Australią wieje z większą siłą. Prąd Południoworównikowy przemieszcza większe ilości ciepłej wody w kierunku Australii. Dzięki temu wody u wybrzeży Australii spiętrzają się o 50-60 cm. Powstała luka wód powierzchniowych u wybrzeży Ameryki Południowej wypełniana jest przez wzmocniony upwelling. La Niña powoduje więc, że zjawiska typowo występujące są silniejsze niż zazwyczaj.  Nad Australią i we wschodniej Azji pada więcej niż zwykle, natomiast w zachodniej części Ameryki Południowej susze są jeszcze dotkliwsze niż do tej pory.

Faza ciepła ENSO – El Niño (odwracająca sytuację “normalną”)

El Niño to sytuacja anomalii odwracającej stan naturalny. Wyż tworzy się nad Australią i pasat wieje w odwrotnym kierunku niżu nad Ameryką Południową. Odwrócony zostaje kierunek prądu Południoworównikowego i ciepłe wody powierzchniowe kierowane są ku Ameryce Południowej. Osłabia to lub nawet całkowicie hamuje to upwelling. El Niño powoduje więc, że występują zjawiska odwrotne do typowych. Wschodnia Australia zmaga się z suszą, słabnie też monsun letni w Azji i przynosi mniejsze opady. Susze dotykają też Filipin i Indoenezji Silne deszcze pojawiają się za to w Ameryce Południowej, gdzie naturalnie nie występują.

Skutki El Niño mogą być bardzo dotkliwe dla gospodarki. Niektórymi z nich są:

  • Pogorszenie sytuacji w rolnictwie i mniejsze zbiory w Afryce, Azji i Australii.
  • Znaczne zmniejszenie połowów ryb na wschodnim Pacyfiku
  • Dotkliwe susze i pożary lasów we wschodniej Azji

5. Falowanie

Falowanie to poziomy ruch wody morskiej wykonywany po torach kołowych. Ruch wody morskiej wywołany jest przez wiatr. W pasie brzegowym fala zmienia ruch kolisty na ruch postępowy – staje się wówczas falą przyboju, która uderza o brzeg.

Schemat falowania (1 – kierunek wiatru; 2 – grzbiet fali; 3 – dolina fali)

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/Wave_motion-i18n-mod.svg/1024px-Wave_motion-i18n-mod.svg.png

Długość i wysokość fali są uzależnione od prędkości wiatru. Im szybciej wieje wiatr tym wyższa i dłuższa fala. Falowanie (wraz z prędkością wiatru) mierzy się w Skali Beauforta (od 0 do 12, gdzie 0 to gładka tafla wody, a 12 fale o wysokości przekraczającej 14 metrów).

Po ustaniu wiatru nie od razu falowanie zanika. Mamy do czynienia z tak zwaną martwą falą (swobodną falą), która jest pozostałością silnego wiatru i powoli gaśnie. Może być aktywna jeszcze przez długi czas po ustaniu np. sztormu.


Szczególnym rodzajem fali jest tsunami. W przeciwieństwie do innych fal, nie jest ona wywołana przez wiatr, ale aktywnością tektoniczną Ziemi. Ruchy skorupy ziemskiej, wulkanizm i spowodowane przez nie trzęsienia Ziemi, potrafią rozchwiać wody oceanu.

Schemat powstawania tsunami

Źródło: http://i.wp.pl/a/f/jpeg/28803/tsunami_infografika_nowa.jpeg

Ponieważ dla wystąpienia tsunami potrzebne są duże ilości wody oraz pobudzenie w postaci wibracji, fale te nie występują na płytkich wodach, ani na obszarach pozbawionych aktywności sejsmicznej. Dogodnym miejscem dla powstawania tsunami jest Ocean Spokojny i w mniejszym stopniu – Ocean Indyjski. Fala porusza się z ogromną prędkością nawet kilkuset kilometrów na godzinę. Wysokość fali na środku oceanu jest niewielka, ale rośnie wraz ze zbliżaniem się do brzegu (wzburzona woda nie mieści się w zbiorniku). Spiętrzona w pasie brzegowym potrafi osiągać wysokość kilkudziesięciu metrów. Sam moment uderzenia poprzedzony jest cofnięciem się wody wgłąb oceanu. Ze względu na siłę uderzenia, tsunami niesie katastrofalne skutki, potrafi niszczyć całe miasta i zabijać tysiące ludzi.