Co so hai duong hoc

PHẠM VĂN HUẤN CƠ SỞ HẢI DƯƠNG HỌC NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 1991 MỤC LỤC Lời giới thiệu Chương HÌNH THÁI HỌC ĐẠI DƯƠNG THẾ GIỚI 1.1 Phân bố lục địa nước Trái Đất 1.2 Đại dương Thế giới biển .4 Chương ĐÁY ĐẠI DƯƠNG 2.1 Địa hình đáy đại dương biển .6 2.2 Những dạng địa hình lớn đáy đại dương 2.3 Trầm tích đáy đại dương 10 Chương NHỮNG ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA NƯỚC BIỂN 12 3.1 Những đặc điểm tính chất lý học nước tinh khiết .12 3.2 Thành phần hóa học độ muối nước biển 12 3.3 Những đặc trưng vật lý nước biển 13 3.4 Những đặc trưng âm học nước biển truyền âm nước biển 20 3.5 Những đặc trưng quang học nước biển truyền xạ ánh sáng biển 25 Chương CHẾ ĐỘ NHIỆT MUỐI VÀ NHỮNG QUÁ TRÌNH XÁO TRỘN TRONG ĐẠI DƯƠNG .32 4.1 Cân nhiệt đại dương 32 4.2 Phân bố không gian nhiệt độ nước đại dương .33 4.3 Biến động thời gian nhiệt độ nước biển 35 4.4 Phân bố độ muối đại dương 36 4.5 Khái niệm khối nước đại dương phương pháp phân tích khối nước 37 4.6 Sự xáo trộn nước biển 41 4.7 Độ ổn định lớp nước biển theo phương thẳng đứng 44 Chương SÓNG BIỂN .46 5.1 Những khái niệm chung sóng biển 46 5.2 Cơ sở lý thuyết cổ điển sóng biển 49 5.3 Sự phát triển sóng gió 56 5.4 Sự đa dạng sóng gió Các hàm phân bố yếu tố sóng gió 58 5.5 Sóng ven bờ 60 Chương THỦY TRIỀU 62 6.1 Mực nước đại dương biến động 62 6.2 Dao động thủy triều mực nước biển .63 6.3 Cơ sở lý thuyết thủy triều 66 6.4 Khái niệm phương pháp phân tích điều hịa dự tính thủy triều 75 6.5 Khái niệm phương pháp tính phân bố thủy triều khơng gian .77 Chương DỊNG CHẢY BIỂN 78 7.1 Khái niệm chung phân loại dòng chảy .78 7.2 Lý thuyết dòng chảy trôi Ekman 78 7.3 Lý thuyết dòng chảy mật độ 82 7.4 Lý thuyết dòng chảy građien biển đồng .84 7.5 Hoàn lưu ven bờ 86 7.6 Dòng triều 87 7.7 Sơ đồ hoàn lưu ngang tổng quát nước Đại dương Thế giới 88 Tài liệu tham khảo 91 Chương HÌNH THÁI HỌC ĐẠI DƯƠNG THẾ GIỚI Lời giới thiệu Cuốn “Cơ sở hải dương học” biên soạn với mục đích làm tài liệu tham khảo cho người làm cơng tác khí tượng – thủy văn Nó đáp ứng yêu cầu học tập sinh viên ngành khí tượng – thủy văn Nội dung sách gồm chương, chương khái quát hình thái học địa hình đáy đại dương biển, chương trình bày tính chất vật lý nước đại dương trình liên quaqn với chúng 1.1 Phân bố lục địa nước Trái Đất Hành tinh gồm số lớp vỏ bao bọc Lớp vỏ khí gọi khí quyển, lớp vỏ nước – thủy quyển, lớp vỏ rắn – thạch Toàn sống tồn lớp vỏ gọi sinh Hệ thống vật chất phức tập gồm tất gọi vỏ địa lý Trái Đất Đại dương Thế giới hợp phần thủy quyển, chiếm 94,20 % tồn tổng thể tích thủy Về mặt diện tích, số 510 triệu km diện tích bề mặt Trái Phần động lực nước đại dương trình bày chương 5, 6, Ở trọng đến chất chế q trình động lực biển sóng, thủy triều dịng chảy, cịn phương pháp tính toán chúng dừng lại khái niệm sở phương pháp Đất, Đại dương Thế giới chiếm 361 triệu km (71 %) Phần lục địa Sử dụng tài liệu kết hợp với “Bài tập hải dương học vật lý” (Trường đại học tổng hợp Hà Nội, 1984), bạn đọc nắm nội dung hải dương học đến 70 vĩ nam (V.N) đại dương chiếm 95,5 % mặt Trái Đất, phần lục Bộ môn Hải dương học Trường đại học tổng hợp Hà Nội chiếm 149 triệu km (29 %) Một nhân tố quan trọng hình thành nên đặc điểm tự nhiên hành tính phân bố khơng đồng lục địa đại dương mặt địa cầu Ở nam bán cầu, khoảng 35 o o địa 4,5 % Ở bắc bán cầu, đới 40 70 vĩ bắc (V.B) lục địa chiếm ưu đại dương, lục địa chiếm tới 56 % diện tích Nhưng nhìn chung, bắc bán cầu nam bán cầu đại dương chiếm ưu Ở bắc bán cầu tỷ lệ diện tích đại dương lục địa 60,7 % 39,3 %, nam bán cầu 80,9 % 19,1 % Chính phân bố không mặt nước đại dương địa cầu mà người ta chia thành bán cầu lục địa bán cầu đại dương: bán cầu lục địa với 53 % diện tích lục địa Á, Âu, Phi, Bắc Mỹ phần lớn Nam Mỹ với cực khoảng nước Pháp, bán cầu đại dương với 90,5 % mặt phủ nước, cực Niudilơn chứa châu lục Úc, phần nhỏ Nam Mỹ châu lục Nam Cực 1.2 Đại dương Thế giới biển Đại dương Thế giới tập hợp thủy vực đại dương biển Trái Đất với đặc điểm quan trọng trải rộng liên tục Tuy nhiên tồn lục địa rải rác mặt Đại dương Thế giới khơng làm cho phần Đại dương Thế giới khác với phần khác số phương diện cho phép người ta phân chia thành đại dương, biển phận nhỏ Khi phân chia phận đại dương có tính đến dấu hiệu địa hình đáy, diện quần đảo, hệ thống hải lưu độc lập, hồn lưu khí quyển, phân bố nhiệt muối, điều kiện sinh học Hệ thống phân chia phận Đại dương Thế giới nhà khoa học lớn đề xướng thay đổi nhiều lần lịch sử Đến nay, sách báo khoa học địa lý chấp nhận hệ thống phân chia thành Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương Bắc Băng Dương với số đặc trưng hình thái bảng Ở bắc bán cầu, thường biên giới tự nhiên đại dương bờ lục địa Chỉ nam bán cầu, vòng nước Nam Cực đại dương tự ăn thơng sang nhau, khơng có biên giới tự nhiên Các biên giới đại dương vẽ theo mũi đất phía nam ba lục địa: kinh tuyến o 20 Đ qua mũi Hảo Vọng coi biên giới Đại Tây o Dương Ấn Độ Dương Kinh tuyến 147 Đ qua đảo Taxman phía nam châu Úc biên giới Ấn Độ Dương Thái Bình Dương Biên giới Thái Bình Dương Đại Tây Dương đường ngắn nối mũi Hoocnơ với quần đảo Nam Setlen Bảng Những đặc trưng hình thái đại dương Diện tích Các đại dương km Thái Bình Dương Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Bắc Băng Dương Đại dương Thế giới 178,7 91,6 76,2 14,8 361,3 % Thể tích, 10 km Độ sâu trung bình, m 49,5 25,4 21,0 4,1 100 707,1 330,1 284,6 16,7 1338,5 3957 3602 3736 1131 3704 Những tượng trình diễn Đại dương Thế giới thống chất tất vùng nó, điều lại nét nhấn mạnh tính thống Đại dương Thế giới Nhưng lượng, trình tượng biến đổi từ địa điểm đến địa điểm tùy thuộc vị trí địa lý khí hậu phận đại dương, ảnh hưởng lục địa kế cận mức độ xâm nhập dòng lục địa địa hình đáy mức độ ngăn cách phận đại dương với vùng khơi Vì người ta tiếp tục phân chia đại dương thành phận chi tiết Các biển vịnh biển khu vực ngoại vi thủy vực đại dương, thường nằm vùng thềm lục địa, sườn lục địa lòng chảo lục địa đảo Thủy vực biển tiếp giáp với lục địa phía; eo biển tương đối hẹp nối biển với đại dương; mức độ trao đổi nước tương đối thấp Tùy thuộc dấu hiệu hình thái thủy văn, biển chia thành biển ven, biển bên lục địa lục địa, biển đảo v.v Chúng khu vực tách biệt nhiều với thủy vực đại dương, có nét khác với phần lại đại dương Những nét khác biệt cấu tạo vỏ Trái Đất đáy, thành phần tính chất nước Độ muối biển thường khác với độ muối trung bình Đại dương Thế giới Chính số biển mà người ta quan trắc thấy giá trị cực đại cực tiểu độ muối Biển khác với đại dương chế độ nhiệt, tính chất triều, điều kiện sinh thái, hệ thống hải lưu, tất nét đặc thù tương tác biển với đất liền kế cận Các biển ven thường nằm phần kéo dài nước lục địa, số trường hợp đới chuyển tiếp Các biển ven phân cách khỏi đại dương chuỗi đảo, bán đảo hay ngưỡng ngầm Thí dụ biển ven biển Baren, Karơ, Lapchevô, Đông Xibêri, Chucôt (nằm phần kéo dài lục địa nước Bắc Băng Dương), Bêrinh, Ơkhơt, Nhật Bản (nằm đới chuyển tiếp, phân cách với Thái Bình Dương chuỗi đảo), Hồng Hải, Đơng Trung Hoa (các biển thềm lục địa Thái Bình Dương) Các biển lục địa thường tập trung vào đới hoạt động kiến tạo với tượng địa chấn trình núi lửa Địa Trung Hải, Hồng Hải, vịnh Mếch Xích biển điển hình loại Nhóm biển nằm lục địa Á Úc thuộc loại biển lục địa Độ sâu biển thường lớn (Địa Trung Hải tới 4500 m, biển Băngđa tới 7400 m, vịnh Mếch Xích tới 3600 m ) Các biển bên lục địa có đường viền bờ thuộc lục địa: biển Ban Tích, Bạch Hải, Adốp, vịnh Hấtxơn v.v Đây thường biển nông nằm gọn vùng thềm lục địa, điều kiện tự nhiên gắn chặt với tự nhiên đất liền bao quanh Các biển đảo bao quanh chuỗi đảo hay vịng cung đảo tương đối kín Thuộc vào số biển gồm có biển nằm lục địa Á Úc biển Sulavexi, Băngđa, Sulu số biển độc lập biển Philippin, Phitgi, Xơlơmơn v.v Ngồi ra, sách báo địa lý hải dương học tồn tên gọi biển nằm phần khơi đại dương khơng có biên rõ rệt Biển Sagaxơ độc đáo thuộc loại đó, “khơng có bờ”, nước với nhiệt độ cao loại động thực vật đặc biệt Có biển không liên quan với đại dương Caxpi Aran, biển kín, cịn gọi biển hồ Nước biển khác với nước đại dương Một số biển thực sự, theo tập quán lịch sử hàng hải lại gọi vịnh vịnh Hấtxơn, vịnh Mếch Xích, vịnh Pêch Xích , số vùng với điều kiện địa lý vịnh biển lại gọi biển Vịnh phần đại dương biển ăn sâu vào đất liền Người ta thường vẽ biên giới vịnh cách quy ước đường thẳng nối mũi cửa vào hay theo đường đẳng sâu đó, vịnh ăn thông với biển hay đại dương qua phần tỏa rộng Tùy thuộc nguồn gốc, cấu tạo bờ hình dáng mà người ta gọi số vịnh không lớn phiôt, vũng, lagun hay liman Nhiều biển vịnh nối với đại dương nối với eo biển – thường phần hẹp biển hay đại dương nằm hai khu vực đất liền Cũng biển, vịnh biển eo biển có riêng chế độ thủy văn mình, đặc biệt hệ thống dịng chảy Khi gọi tên biển phận chúng người ta thường dùng tên địa lý Chỉ vùng cực tên gọi thường liên quan với tên người phát chúng Các câu hỏi để tự kiểm tra 1) Sự phân chia Đại dương Thế giới thành phận Biên giới đại dương 2) Các loại biển vịnh Chương ĐÁY ĐẠI DƯƠNG 2.1 Địa hình đáy đại dương biển Những đồ đo sâu đại cho thấy địa hình đáy Đại dương Thế giới đa dạng Tính chia cắt đáy đại dương khơng thua tính chia cắt địa hình lục địa (hình 1) Cũng lục địa, đáy đại dương có mặt bình ngun, cao ngun, dãy núi, hẻm sâu v.v Song địa hình đáy đại dương, trừ vùng hoạt động núi lửa, có đặc điểm ổn định so với địa hình lục địa, tác động trình ngoại sinh yếu nhiều, chí vắng mặt hẳn số q trình gió phong hóa vật lý Đường cong cao đồ Trái Đất (hình 2) cho thấy biên độ độ sâu đại dương lớn nhiều so với biên độ độ cao đất liền (từ m đến 11034 m rãnh sâu Marian) Dưới tỷ lệ phần trăm diện tích số cấp độ sâu đại dương: Độ sâu, m – 200 200 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 – 6000 6000 – 7000 lớn 7000 Phàn trăm diện tích Đại dương Thế giới 7,6 4,3 4,2 6,3 19,6 33,3 23,3 1,1 0,1 Những dẫn liệu tỷ lệ phần trăm mà cấp độ sâu chiếm so với tồn diện tích Đại dương Thế giới (hay dùng đường cong cao đồ) cho phép tính tốn số đặc trưng hình thái Đại dương Thế giới Thể tích Đại dương Thế giới 1338,5 triệu km Nếu mật độ trung bình có kể độ nén nước 1,037 15 g/cm , khối lượng nước đại dương 1,388 10 0,24 % khối lượng Trái Đất Hình Hình nghiêng bao quát đáy đại dương (theo Lnchep O.) Phần rìa lục địa nước: – thềm lục địa; – sườn lục địa; – chân lục địa Đới chuyển tiếp: – lòng chảo biển ven; – vòng cung đảo; – rãnh sâu Phần lòng đáy đại dương: – bình nguyên sâu; – dãy núi đại dương; – địa hình đồi sâu Độ lặp lại cấp độ sâu đại dương khác giống giống độ lặp lại cấp độ sâu toàn Đại dương Thế giới, điều phần nói lên nguyên nhân hình thành chung đại dương Nếu san bề mặt Trái Đất, đại dương bao phủ địa cầu màng nước khắp dày 2700 m, ta hình dung Trái Đất cầu đường kính 25 cm, màng nước đại dương lớp nhựa sơn dày 0,1 mm Từ suy kích thước chuyển động theo phương ngang phương thẳng đứng đại dương, mà sau xem xét, khác 2.2 Những dạng địa hình lớn đáy đại dương Theo quan điểm đại, phân chia cấu trúc vĩ mơ đáy đại dương sâu: a) rìa lục địa nước; b) đới chuyển tiếp; c) dãy núi đại dương; d) lòng chảo đại dương Rìa lục địa nước chiếm 22,6 % đáy Đại dương Thế giới, viền quanh tất lục địa, gồm dạng địa hình lớn sau đây: Hình Đường cong cao đồ Trái Đất (theo Leônchep O.) 1) Thềm lục địa phần kéo dài trực tiếp lục địa Nơi đáy đại dương hạ thấp dần tới độ sâu 200 m, có sâu hơn, o tới 2000 m biển Ơkhơt, độ dốc nhỏ, Địa hình đáy thường phẳng, nhiều phát thấy dạng cổ phản ánh địa hình đất liền kế cận Bề rộng lớn quan sát thấy vùng thềm lục địa Bắc Băng Dương; bờ châu Âu, bờ đông châu Mỹ, bờ đông nam Nam Mỹ Đại Tây Dương; bờ đông châu Á vùng quần đảo Dơnđơ Thái Bình Dương Trong vùng bờ tây Bắc Mỹ Nam Mỹ, bờ châu Phi thềm lục địa hẹp Thời gian gần thềm lục địa Đại dương Thế giới có giá trị kinh tế to lớn, nơi khai thác dầu khí, phát mỏ phốt phát, quặng kim loại tập trung phần lớn sản lượng đánh bắt cá hải sản Đồng thời thềm lục địa liên quan trực tiếp với hàng hải hoạt động kỹ thuật khác dân tộc Từ phía biển đại dương, thềm lục địa giới hạn sườn lục địa 2) Sườn lục địa phần nước lục địa, nằm độ sâu từ khoảng 200 m đến khoảng 2500 m Nơi đáy biển có độ dốc lớn o o o thềm lục địa, tới 4-7 , tới 13-14 , chí 20-40 , tức gần độ dốc sườn núi đất liền, tính chất sóng biển, hướng dịng chảy biển thay đổi Sườn lục địa thể dạng dải nghiêng có tính chất bậc, làm thành bình nguyên nước Nét tiêu biểu sườn lục địa – tồn hẻm (canhiơn), rãnh sâu cắt xuyên sườn lục địa, dạng chữ V, sâu tới 1-2 km, dài vài trăm km, bề giống hẻm lớn lục địa Đỉnh canhiôn thường phân nhánh giống thung lũng sông Các canhiôn cắt xuyên sườn lục địa, ăn sâu vào thềm lục địa, có vào đới bờ biển 3) Tiếp theo sườn lục địa chân lục địa – miền bình ngun khổng lồ gồm đá trầm tích terigen dày tới 3,5 km, mặt nghiêng, dạng sóng thoải, bề rộng kể từ biên với sườn lục địa tới vùng nước sâu đại dương khoảng vài trăm km Thềm lục địa, sườn lục địa chân lục địa có cấu tạo địa chất giống nhau, ba làm thành rìa ngập nước lục địa Vỏ Trái Đất nơi thuộc loại lục địa, tức gồm lớp tương đối xốp đá trầm tích, sau đến lớp granít cứng sau lớp bazan cứng Dưới mantia gồm đá cứng Ở chân lục địa, độ dày vỏ lục địa vào khoang 5-10 km Nơi bắt đầu chuyển tiếp sang loại vỏ đại dương khơng có granít 4) Tính chất chuyển tiếp phức tạp quan sát thấy đới chuyển tiếp với 8,5 % tổng diện tích, tiêu biểu tây Thái Bình Dương với dạng địa sau: kế cận với rìa lục địa nước lịng chảo biển ven (Nhật Bản, Ơkhơt, Bêrinh) – sau miền nâng cao nhưngg hẹp làm thành vòng cung đảo – cuối cúng rãnh nước sâu Ở vùng khác, đới chuyển tiếp gồm hai dạng địa hình số trên, chẳng hạn đơng Thái Bình Dương đặc trưng dạng địa hình rãnh sâu, cịn dãy núi trẻ đất liền (như dãy Ăngđơ) đóng vai vịng cung đảo Địa hình lịng chảo biển ven có dáng đồng với bậc gờ, núi nước, thung lũng gò đất nước Vòng cung đảo miền nâng định hướng thành tuyến dài bị Rõ ràng vectơ dòng chảy VT quay bên phải mặt đẳng áp P dịng chảy khơng, mặt đẳng áp P song sóng với vng góc với lực g sin  , lực Coriolis hướng mặt đẳng Nếu mặt đẳng áp P nghiêng so với mặt đẳng thế, theo dường thẳng với g sin  phía ngược lại độ sâu mặt đẳng áp P dịng chảy khác khơng cơng thức (105) khơng cho vận tốc tuyệt đối, mà vận tốc tương đối (so với mặt đẳng áp P ) Nếu ký hiệu vận tốc tuyệt đối dòng chảy mặt biển Xuất cân địa chuyển dòng chảy trở nên ổn định Do đó: VT , cịn mặt đẳng áp P VT , cơng thức (105) có dạng: g sin   K  2 sin  VT Từ đó: g sin  VT 2 sin  D  DN V V V  M T T0 T1 2L sin  (106) Trên hình 32b vẽ giao tuyến mặt đẳng áp (104) mặt đẳng D1, D2 , bình đồ Người ta gọi đường Trên hình vẽ ta thấy rằng: đường đồng mức động lực, chúng đường sin   H  H M N , L đẳng trị độ cao động lực mặt P0 so với mặt P , đặc trưng địa hình nên mặt đẳng áp P0 Rõ ràng dòng chảy hướng theo đường đồng mức động lực Nếu nhìn theo hướng dịng chảy, độ cao động lực nhỏ phía bên trái (bắc bán câu) gH M  gH N T V  2 sin   L Các tích gH M gH cơng để chuyển dịch đơn N vị khối lượng nước biển quãng đường HM hay HN chống lại trọng lực, thường gọi khoảng cách động lực, Khi mặt đẳng áp P0 có dạng phức tạp hơn, hình 33, đường đồng mức có dạng phức tạp Thành phần g sin  hướng dọc mặt tự vng góc với đường đồng mức động lực điểm nghiên cứu hướng theo chiều dốc lớn ký hiệu DM DN Vậy: D  DN V  M T 2 sin   L mặt đẳng áp, đó, dịng chảy hướng theo tiếp tuyến đường (105) Khi chứng minh công thức trên, giả thiết đồng mức động lực Như đường đồng mức động lực đường dòng chuyển động ổn định, chúng quỹ đạo hạt nước D  0 P  0 vt 10 3 P  0 0,9P P P P P P P Vì tính dòng chảy, cần hiệu độ cao động lực mặt đẳng áp, nên số hạng thứ hai bỏ qua cơng thức tính tốn có dạng: D  0 vt 10 3P P (108) P Trong cơng thức này, áp suất tính đêxiba (tương đương m khoảng cách hai đường đẳng áp), D tính mét động lực Nếu bỏ 10 Để tính độ cao động lực trạm thủ văn người ta tích phân phương trình thủy tĩnh: dP  gdz từ P đến P0 : dP   gdz  gz  D , P Một vấn đề thực tiễn đặt tính tốn dịng chảy mật độ biển việc xác định mặt không động lực, mặt đẳng áp nằm ngang dịng chảy mật độ triệt tiêu Tuy nhiên, vấn đề địi hỏi nghiên cứu sâu, nên khơng xét tới phần Người ta biết rằng, thông thường mặt không động lực nằm độ sâu 1000-1500 m đại dương, biển vùng gần bờ, nằm độ sâu nhỏ (107) z z  khoảng cách mặt đẳng áp P mặt đẳng áp P0 Trong thực hành hải dương học, người ta hay dùng thể tích riêng quy ước vt thay cho có vế phải, D tính biểu diễn milimet động lực Hình 33 Những đường đồng mức động lực mặt biển P0 3 , đó, thay tích phân tổng, ta 7.4 Lý thuyết dịng chảy građien biển đồng Chúng ta xét trường hợp trường dòng chảy građien gây độ nghiêng mặt nươvs dâng rút, biến đổi áp suất khí biển hay độ đồng theo phương ngang, bỏ qua lực nội dòng bờ mật ma sát, ma sát đáy đáng kể lớp sát đáy dịng chảy ổn định Khi góc nghiêng mặt đẳng áp mặt thoáng biển độ sâu (hình 34a) g sin  VT 2 sin  (109) Dòng chảy tồn từ mặt tới độ sâu D Góc khơng thể xác định dòng chảy mật độ, mà phải xác định từ quan trắc mực nước Như dịng chảy có tốc độ không đổi từ mặt tới D hướng vuông góc với độ dốc lớn mực nước phía bên phải Ở vĩ độ trung bình D có giá trị khoảng 100 m Ở lớp ma sát đáy, g sin  cân với R (tổng hợp lực lực Coriolis K vng góc với dịng chảy lực ma sát T hướng ngược dòng chảy) (hình 34c) Xét sơ đồ cân lực, chiếu lực lên hướng dịng chảy hướng vng góc với nó, ta có g sin  cos   T , g sin  sin   K suy ra: tg  Hình 34 Giải thích hình thành dòng chảy građien Nếu độ sâu biển lớn độ sâu ma sát   sin  K T   (110) 2 sin  VT   (2 sin )2 85   g sin  ( D   , (111)  hệ số ma sát rối lớp), mặt biển thành phần g sin  cân lực Coriolis, giống trường hợp dòng chảy mật độ xét (hình 34b): Ta thấy gần đáy, hệ số tăng, góc lệc  độ lớn VT giảm Rõ ràng, lớp ma sát đáy, từ biên D tới đáy, vectơ dòng chảy quay bên trái tiến đến trùng với hướng độ 86 dốc lớn mực nước, trị số giảm dần tiến tới khơng đáy Bài tốn dịng chảy građien biển đồng giải cách xác sử dụng hệ phương trình chuyển động chất lỏng nhớt Navier-Stocks Kết cho thấy biến đổi vectơ dòng chảy građien theo độ sâu phụ thuộc vào tỷ số độ sâu biển H độ sâu ma sát D Trên hình 35 biểu diễn đường cong nối điểm mút vectơ dòng chảy độ sâu cách 0,1 H cho ba trường hợp tỷ số độ sâu biển độ sâu ma sát khác Điểm cuối đường cong ứng với mặt biển, điểm gốc ứng với đáy biển Hình 35 Các đường nối đầu mút vectơ dòng chảy građien biển đồng độ sâu lệch so với hướng độ dốc lớn mực nước giá trị vận tốc giảm tuyến tính theo độ sâu Biển sâu ( H  0,5D) dòng chảy mặt biển lệch nhiều bên phải so với hướng độ dốc lớn mực nước xuống sâu, quay dần sáng phía trái, tốc độ giảm khơng cịn theo quy luật tuyến tính Đối với biển sâu ( H  1,25D ), tồn bề dày nước biển chia làm hai lớp: lớp nằm độ sâu D , dòng chảy građien không đổi theo độ sâu, lệch bên phải góc vng so với hướng độ dốc lớn mực nước giá trị vận tốc tính theo công thức Thấy rằng, biển nông ( H  0,25D ), dòng chảy (109); lớp sát đáy, với độ dày D , dòng chảy biến đổi hướng lẫn độ lớn, biên lớp, dịng chảy lớp trên, cịn biên trên, quay trái giảm giá trị đến khơng đáy 7.5 Hồn lưu ven bờ Ở bờ sâu ( H  D ) gió thổi song song với bờ phía bên trái đường bờ gây nên tượng nước dâng bờ dịng tồn phần hướng bên phải hướng gió Nếu gió thổi vng góc với bờ, dịng tồn phần chuyển động dọc bờ Thành phần dịng tồn phần pháp tuyến bờ tạo nên độ nghiêng mực làm xuất dòng chảy građien Khi độ nghiêng mặt nhỏ, dòng chảy građien yếu so với dịng chảy trơi Dần dần với tăng độ nghiêng mực, dịng chảy trơi dịng chảy građien tiến tới trạng thái cân bằng, hoàn lưu trở nên ổn định, vùng ven bờ biển hình thành dịng chảy trôi – građien tổng cộng Nếu đến tồn dịng nước trồi nước chìm mà người ta H  (D  D) , bề dày nước chia làm ba lớp: - Lớp sát đáy – từ đáy đến D , ngự trị dòng chảy građien với vận tốc tăng dần từ không đáy tới cực đại độ sâu D , hướng quay dần từ hướng xấp xỉ với hướng độ nghiêng cực đại mực nước (ở tầng sát đáy) đến vng góc với độ nghiêng cực đại (ở thường quan sát thấy số vùng bờ Trên hình 36 thể sơ đồ hồn lưu ven bờ vùng bờ tây bắc châu Phi tiếng vùng khai thác cá lớn giới độ sâu D ); - Lớp sâu nằm độ sâu D D , nơi quan trắc thấy dịng chảy građien sâu, khơng bị ảnh hưởng ma sát, khơng bị ảnh hưởng gió, hướng dịng chảy song song bờ (vng góc với hướng độ nghiêng cực đại mực), cịn vận tốc khơng đổi; - Lớp mặt (lớp ma sát) – từ mặt tới độ sâu ma sát D – nơi quan trắc thấy dòng chảy mặt tổng cộng dòng chảy sâu khơng đổi dịng chảy trơi biến đổi theo độ sâu tốc độ hướng Nếu độ sâu biển H  D  D, lớp sâu với dòng chảy sâu Nếu độ sâu biển giảm nữa, vùng bờ biển có chế độ dịng chảy trơi građien chịu tác động ma sát đáy Ở vùng bờ nước nông thoải, độ sâu Hình 36 Sơ đồ hồn lưu ven bờ vùng bờ tây bắc châu Phi: a) hướng tín phong; b) hodograph vận tốc dịng chảy gió dịng chảy građien; c) hướng dịng chảy trồi nước bờ H  D , dâng rút nước gió thổi vng góc bờ gây nên, cịn dịng chảy građien hướng theo độ dốc mực Thành thử, lớp mặt quan trắc thấy dịng chảy gió vng góc bờ, lớp sát đáy dòng chảy građien hướng ngược lại với dịng chảy mặt Rõ ràng sơ đồ hồn lưu ven bờ nêu luôn dẫn 7.6 Dịng triều Ở chương nói thủy triều, chúng tqa xét đến số đặc điểm loại dịng chảy có tính chất tuần hồn đại dương Dịng triều đặc trưng quy luật riêng có dao động triều mực nước Chúng ta đãxét điều kiện 87 hình thành chế độ dịng triều thuận nghịc hay dịng triều xoay Trong tự nhiên, dòng triều thuận nghịch quan sát thấy dải ven bờ, vùng cửa sơng, eo biển Nếu sóng thủy triều lan truyền dạng sóng tiến, vận tốc dịng triều đạt cực đại vào lúc nước lớn, nước ròng đổi dịng, tức khơng, vào thời điểm mực nước qua vị trí trung bình Nếu sóng thủy triều sóng đứng, chẳng hạn trường hợp phản xạ sóng triều đỉnh vịnh, dịng triều đạt cực đại mực nước trung bình khơng nước lớn nước rịng Dịng triều xoay quan trắc vùng khơi xa bờ Hodograph dịng triều xoay thực tế có dạng ellip với bán trục lớn hướng theo hướng truyền sóng, vectơ dịng triều thơng thường quay theo chiều kim đồng hồ bắc bán cầu ngày để nhận dòng dư (dịng chảy gió dịng chảy građien); muốn nhận giá trị tốc độ dòng triều giờ, cần lấy dòng tổng cộng trừ dòng dư Với chuỗi quan trắc dài ngày, áp dụng phương pháp phân tích điều hịa để xử lý nhận số điều hòa dòng triều tương tự số điều hòa mực nước dùng để dự báo dòng triều 7.7 Sơ đồ hoàn lưu ngang tổng quát nước Đại dương Thế giới Như biết chương thủy triều, lý thuyết dịng triều chưa sử dụng vào việc dự tính tương lai Trên thực tế, người ta phải sử dụng quan trắc trực tiếp để thu đặc trưng dòng triều Hệ thống dòng chảy mặt Đại dương Thế giới hình thành tác động khí quyển, xạ Mặt Trời, lực tạo triều lực Coriolis Trên đồ địa lý thường cung cấp sơ đồ tổng quát dịng chảy građien dịng chảy gió tổng cộng Bức tranh dịng chảy nhìn chung phản ánh trường gió tổng qt lớp khơng khí sát mặt nước Ở biểu lộ tác động áp thấp xích đạo, xốy nghịch cận nhiệt đới, dịng tín phong; phần bắc Ấn Độ Dương chịu ảnh hưởng gió mùa Dịng chảy mà quan trắc dụng cụ đo trực tiếp dịng tổng cộng dịng chảy gió, građien dòng triều Khi nghiên cứu dòng chảy khơng tuần hồn, dễ dàng loại trừ dịng triều tuần hồn từ chuỗi quan trắc dịng chảy thực phép lấy trung bình khác Với chuỗi quan trắc dòng chảy ngày, cách đơn giản loại trừ dòng triều cách cộng tất hình chiếu tốc độ Về tổng thể, hoàn lưu nước mặt Đại dương Thế giới thể hệ thống xốy thuận xoáy nghịch khổng lồ Ở phần tây đới cận nhiệt đới bắc nam bán cầu có hệ thống xoáy nghịch tương ứng với xoáy nghịch cận nhiệt đới khí Ở vĩ độ trung bình (bắc bán cầu) vĩ độ cao hồn lưu xốy nghịch nước thay hồn lưu xốy thuận sau đó, Bắc Băng Dương, lại thay hồn lưu xốy nghịch 88 Những kích thước ngang hệ thống hồn lưu đo 89 hàng nghìn kilơmet Ở đới xích đạo tương quan hồn lưu đại dương khí bị phá vỡ, nơi hình thành vịng tuần hồn nước xốy nghịch cỡ trung bình, phần đông vĩ độ nhiệt đới thay hệ thống hồn lưu vĩ mơ xốy thuận Chuyển động quay vòng nước đối ngược với di chuyển khối khơng khí người ta giải thích bất đồng vận tốc dịng tín phong Những hệ thống xoáy nghịch cận nhiệt đới khâu phát triển mạnh hồn lưu nước đại dương Chúng hình thành sau: dịng tín phong cố định tạo nên bắc nam bán cầu dòng chảy mậu dịch cố định bền vững, chảy qua đại dương từ đông sang tây tạo nên phần ngoại vi phía nam vịng quay xốy nghịch bắc bán cầu phần ngoại vi phía bắc vịng quay xốy nghịch nam bán cầu Ở bờ Đại Tây Dương, ảnh hưởng lục địa bất đồng tín phong, dịng chảy mậu dịch chia nhánh Một phận nước không lớn ngoặt xích đạo, bị lơi vào chuyển động xốy nghịch tham gia hình thành dịng chảy nghịch xích đạo, cịn nhánh chính, dạng hải lưu nhiệt đới mạnh mẽ, chuyển động phía vĩ độ cao làm nên phần ngoại vi phía tây hồn lưu xốy nghịch Động lực chuyển động dâng nước hải lưu mậu dịch mang đến bờ đông lục địa hồn lưu khí xốy nghịch cận nhiệt đới Ở vĩ độ trung bình, đới tác động dịng gió tây cố định, dịng chảy quay ngoặt lại cắt qua đại dương từ tây sang đông dạng hải lưu cận nhiệt đới ấm mang nước nóng mặn vĩ độ thấp, làm thành phần ngoại vi phía bắc (ở bắc bán cầu) phía nam (ở nam bán cầu) hệ thống xoáy nghịch đại dương Ở phần phía đơng đại dương, ảnh hưởng lục địa, hải lưu bắc đại dương nam đại dương lại chia nhánh Một nhánh, tác động xốy nghịch cận nhiệt đới khí quyển, ngoặt xích đạo để hồn lại lượng nước rút dịng tín phong khép kín hệ thống hồn lưu xốy nghịch đại dương Đó hải lưu bù trừ nhiệt đới lạnh Khi chuyển động đến xích đạo, chúng nung nóng dần dịng tín phong thu hút, lệch phía tây khỏi bờ hịa nhập vào hải lưu mậu dịch Một phận nước khác chệch phía vĩ độ cao, bị thu hút vào hệ thống xốy thuận vĩ mơ vĩ độ cao bắc bán cầu vào chuyển động xoay tròn quanh nam cực nam bán cầu Các hệ thống xoáy thuận vĩ độ cao (các hệ thống xoáy thuận cận cực bắc cận cực nam) bắc bán cầu nam bán cầu khác biệt cách đáng kể Hệ thống xốy thuận cận cực bắc hình thành vùng áp thấp Iceland Aleut trình chuyển động tiến lên phía bắc dịng chảy bắc đại dương Khi tiến đến biên Bắc Băng Dương hải lưu phân nhánh: nhánh hướng vào Bắc Băng Dương (như dòng chảy ấm mặn), nhánh khác bám dọc biên phía tây đến tới lục địa, hòa nhập với nước cực lạnh mang tới từ Bắc Băng Dương, tạo nên đoạn khởi đầu dòng chảy cận cực bù trừ lạnh (ảnh hưởng nước cực lạnh đặc biệt mạnh Đại Tây Dương) Khi gặp hải lưu nhiệt đới nóng, nước hải lưu bù trừ lạnh quay sang phía đơng, khép kín hệ thống xoáy thuận bắc bán cầu Hệ thống xoáy nghịch cận nam cực kích thước phát triển xa hệ thống cận bắc cực Nó hình thành hải lưu vịng quanh Nam Cực (hải lưu gió tây) hải lưu sát bờ Nam Cực gió đơng nam cao áp lục địa Nam Cực Hệ thống xốy thuận ảnh hưởng hình dạng đường bờ, địa hình đáy, baqát đồng trường gió số nguyên nhân khác bị phân dã thành số vịng chuyển động xốy thuận với quy mơ trung bình Trong vịng quay xốy nghịch diễn dồn nước phía tâm kèm theo dâng nước phần ngoại vi chìm nước vùng trung tâm Trong xốy thuận, q trình dâng nước xảy trung tâm, cịn chìm nước xảy phần ngoại vi Hệ thống xoáy nghịch Bắc Băng Dương mắt xích hồn lưu nước Bắc Băng Dương Nó chịu ảnh hưởng cao áp cực phần sát Thái Bình Dương thủy vực Bắc Băng Dương hệ thống hồn lưu xốy thuận vĩ độ cao Hệ thống xích đạo nằm phía bắc xích đạo đến khoảng 10-12 o V.B, đạt phát triển mạnh vào mùa hè bắc bán cầu, mà hải lưu mậu dịch nambán cầu tăng cường, hải lưu mậu dịch bắc bán cầu yếu đi, Phần ngoại vi phía bắc xốy nghịch hệ thống xích đạo hình thành dịng chảy nghịch xích đạo bù trừ vùng cực tiểu vận tốc gió, độ ổn định cường độ tăng dần phía đơng Các hệ thống xốy thuận nhiệt đới có lẽ liên quan tới hình thành xốy bất đồng trường gió lan rộng sang phía tây Chúng hình thành phần phía đơng nhiệt đới đại dương khoảng bờ tây lục địa phần ngoại vi đông nam đông bắc hệ thống cận nhiệt đới xích đạo (tuần tự bắc nam bán cầu) Những hệ thống xốy thuận nhiệt đới có lẽ cấu tạo từ xốy thuận quy mơ trung bình, phần lớn lớp nước mặt lộ lên mặt Sơ đồ hải lưu nêu có tính chất phổ biến cho Đại Tây Dương, Thái Bình Dương phần nam Ấn Độ Dương Phần bắc Ấn Độ Dương nằm đới gió mùa, hải lưu có tính mùa đặc điểm gió mùa Những mắt xích hồn lưu nước phát vào thời kỳ mùa đông, hướng gió mùa trùng với hướng gió tín phong đông bắc Như trao đổi nước ngang nước đại dương thực chủ yếu dọc theo vĩ tuyến Sự trao đổi vĩ độ diễn cách mang nước từ hệ thống hồn lưu vĩ mơ sang hệ thống khác phần ngoại vi phía đơng phía tây chúng Cịn liên quan bán cầu bắc bán cầu nam thực thông qua xốy quy mơ trung bình hệ thống hồn lưu xích đạo Trong hồn lưu liên tục nước đại dương, hay người ta nói, trường vận tốc liên tục này, với mức độ quy ước định, người ta tách dòng chảy riêng biệt cho chúng tên gọi ghi đồ dòng chảy đại dương Câu hỏi để tự kiểm tra 1) Phân biệt ngun nhân dịng chảy trơi, dịng chảy mật độ dòng chảy građien 2) Biến đổi vectơ vận tốc theo độ sâu loại dòng chảy 3) Độ sâu ma sát trên, độ sâu ma sát gì? 4) Cân địa chuyển gì? 5) Vẽ sơ đồ biến đổi vectơ vận tốc dòng chảy theo độ sâu điểm gần bờ sâu dốc đứng trường hợp, chẳng hạn, a) gió thổi song song với bờ phía bên trái bờ; b) gió thổi từ bờ tạo o với bờ góc 45 6) Những nhân tố định hoàn lưu mặt đại dương? Nêu hệ thống hồn lưu vĩ mơ mặt đại dương Tài liệu tham khảo Гембель А.В Общая география мирового океана М., Высшая школа, 1979 Егоров Н.И Физическая океанография Л., Гидрометеоиздат, 1974 Жуков Л.А Общая океанология Л., Гидрометеоиздат, 1976 Зубов Н.Н Динамическая океанология М Л., Гидрометеоиздат, 1947 Зубов Н.Н Океанологические таблицы Л., Гидрометеоиздат, 1957 Леонтьев О.К Дно океана М., “Мысль”, 1968 Некрасов А В Приливные волны в окрайнных морях Л., Гидрометеоиздат, 1975 Океанографическая энциклопедия Пер с англ Л., Гидрометеоиздат, 1974 Шокальский Ю.М Океанография Л., Гидрометеоиздат, 1965 10 Шулейкин В.В Физика моря М.: Наука, 1968 ... ngược với tương quan nước sơng Trong nước biển:  Cl  SO  2  2  HCO  CO ;  Na  K  Mg 2  Ca 2 Ngược lai, nước sông:  2 HCO  CO  SO 2 2  2   Cl ;  Ca  Mg  Na  K Trong nước... dãy thung lũng thớ chẻ (rift) Hai bên chung lũng hai dãy núi thớ chẻ, đến dải cao nguyên chia cắt Tất yếu tố làm thành đới thớ chẻ nằm hai đới núi cao vừa núi thấp hai bên sườn (hình 3) 2.3 Trầm... 35) (1  0,577 t  0,0027 t ) m/s Ct  hiệu chỉnh chênh lệch nhiệt độ so với C; o Cs  độ muối so với 35 %o; Cp  áp suất so với áp suất khí C pts  hiệu chỉnh tổng cộng Tất hiệu chỉnh xác định