Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

Pohyby mořské vody a led na mořské hladině . . , .Referát podle knihy Doc RNDr Rostislava Netopila Csc

Obsah1. Pohyby mořské vody...........................................................................................................1

1.1 Pohyby, jenž se uskutečňují v uzavřených drahách – vlnění........................................11.1.1 Vlnění eolické........................................................................................................1

1.1.1.1 Charakteristika vlny........................................................................................21.1.1.2 Vlny nucené....................................................................................................41.1.1.3 Vlny volné.......................................................................................................41.1.1.4 Vlny v mělké pobřežní vodě...........................................................................41.1.1.5 Refrakce vln....................................................................................................41.1.1.6 Litorální drift...................................................................................................4

1.1.2 Stojaté vlnění..........................................................................................................41.1.2.1 Dlouhé vlny.....................................................................................................5

2. Led na mořské hladině........................................................................................................62.1 Přehled, rozšíření..........................................................................................................62.2 Zamrzání mořské vody..................................................................................................72.3 Vlastnosti mořského ledu..............................................................................................72.4 Formy mořského ledu...................................................................................................8

2.4.1 Tabulový led...........................................................................................................82.4.2 Ledová návrš..........................................................................................................82.4.3 Ledová tříšt............................................................................................................82.4.4 Packeis (pak; též pack ice).....................................................................................82.4.5 Velké ledové kry (icebergy)...................................................................................8

2.5 Pohyby mořského ledu..................................................................................................93. Prameny..............................................................................................................................9

1. Pohyby mořské vodyLze je rozdělit bez ohledu na směr pohybu vodních částic na:

1.1 Pohyby, jenž se uskutečňují v uzavřených drahách – vlněnía Mořské proudy, kterými se v tomto referátu nezabývám.

1.1.1 Vlnění eolickéJe výsledkem vzájemného působení atmosféry a oceánu, nicméně přesný mechanismus vzniku stále není přesně znám. Bylo však prokázáno, že:

• Se vzrůstající silou větru stoupá i intenzita vlnění.• Nepravidelnost vln se zvyšuje při zvýšení síly a nepravidelnosti větru.

Mechanismus přenosu energie větru na vodní hladinu byl mnohokrát studován. Např. F. Gerstner poprvé zjistil přibližně kruhové dráhy vodních části při vlnění, které byly nazvány orbity. Podle dvou nejčastěji zastávaných teorií o vzniku tohoto kruhového pohybu je tento vyvolán buď:

• Nerovnoměrným pohybem vzduchových částic, které vyvolává krátkodobé změny tlaku, které pak vyvolávají rozkmitání hladiny

Nebo:• Turbulentím pohybem vzduchových částic, který rezonuje s pohybem částic vodních

1 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

Tvar vln bývá vysvětlován Helmholtzovým zákonem, který popisuje procesy, ke kterým dochází na rozhraní dvou prostředí, pohybujících se odlišnou rychlostí a vzájemně se nemísících. Také hmoty se snaží uspořádat tak, aby na jejich rozhraní docházelo k co nejmenšímu tření. Toho je dosaženo právě při zvlněné hranici jednotlivých vln.

1.1.1.1 Charakteristika vlnyKaždou vlnu tvoří hřbet a následná vpadlina. Lze rozlišit 5 základních parametrů vlny:

1. Délka vlny (L) – horizontální vzdálenost mezi dvěma hřbety2. Výška vlny (H) – vertikální vzdálenost mezi nejvyšším bodem hřbetu a nejnižším

bodem následující vpadliny.3. Perioda vlny (T) – doba mezi přechodem dvou následujících vln stejným bodem.4. Rychlost vlny (v) – délka vlny dělená periodou (L/T)5. Amplituda vlny (A) – délka vlny lomená její výškou (L/H)

Vztahy mezi periodou a délkou lze vyjádřit:L=1,7*T2

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

550,0

600,0

650,0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Perioda [sec.]

Rychlost [m/s]Délka [m]Výška [m]

Obrázek 1: Rychlost, délka a výška vlny pro jednotlivé periody vlny

2 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Perioda vlny [sec.]

Ryc

hlos

t vod

ních

čás

tic [m

/s]

0 m20 m100 m

Obrázek 2: Rychlost vodních částic v jednotlivých hloubkách moře.

0

50

100

150

200

250

1-2 3 4 5 6 7 8 9 10

Stupně Beaufortovy stupnice

Výš

ka /

délk

a vl

ny [m

]

Výška vlnyDélka vlny

Obrázek 3: Závislost výšky a délky vln na rychlosti větru v Irmingerově moři (podle E.Brunse, 1958)

Nejčastějším měřítkem velikosti vln je právě jejich výška. Je závislá především na síle větru a spolu s tvarem je rozhodující pro určení typu vlnění. Při rychlosti větru 120 km/h může výška vln dosáhnout až 37 m ( zaznamenané maximum) při délce 450 m.

3 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

Výšku vln spoluurčují také :• Trvání jednotlivých závanů větru• Velikost vodní hladiny, na kterou vítr působí (rozběh)

o Rozhodující pro výšku vln jak v zálivech, tak i ve vnitřních a okrajových mořích. Nárůst výšky vlny může dosáhnout až 10 m.

Eolické vlny lze dále rozdělit podle tvaru a příčin vzniku na:

1.1.1.2 Vlny nucenéTyto vlny vznikají v oblasti přímého působení větru. V systému navzájem se ovlivňujících systémů vln chybí jakákoliv pravidelnost, což souvisí hlavně s intenzivní turbulencí v atmosféře. Rezonancí se mohou vytvořit i ojedinělé abnormálně vysoké vlny.

1.1.1.3 Vlny volné Vzniká zklidněním vln nucených. Postupně získávají na pravidelnosti, jejich velikost se postupně zmenšuje ( na polovinu přibližně po 2000 km dráhy)

1.1.1.4 Vlny v mělké pobřežní voděPří příchodu vlny do pobřežních mělčin se mění její vlastnosti třením o dno. Dochází ke krácení délky a zvětšování výšky, přičemž perioda zůstává stejná. V určité hloubce dochází k lámání vrcholu vlny. Přitom se do vody dostává vzduch, což způsobuje i bělavé zabarvení vody.Místo zalomení hřbetu je označováno jako vlnolam (breaker). Hloubka vody zde dosahuje přibližně 1,3násobku výšky vlny. Těmito vlnolamy mohou být písečné valy i korálové útesy či skalnaté plošiny. Příbojový lom vln o vlnolamy byl již odedávna používán pro zpozorování míst, nebezpečných pro plavbu lodí. Příboj, lámající se o překážku, mají obrovskou sílu, dokáže např. pohybovat i bloky vážícími 65 tun.

1.1.1.5 Refrakce vlnK refrakci vln dochází tam, kde čelo vlny probíhá šikmo k pobřeží či vlnolamu. V důsledku refrakce se energie přicházejících vln koncentruje proti výběžkům pevniny pevniny a mělčinám, zatímco v zálivech se rozptyluje. Energii vln, dopadajících na určité pobřeží mohou ovlivňovat také mělčiny vzdálené i kilometry od pobřeží.

1.1.1.6 Litorální driftLitorální drift je proces, při kterém je přesouváno velké množství plážového materiálu systémy pobřežních proudů. Pokud se tyto proudy obrací proti čelu vln a směřují směrem do volného moře, pak je označujeme jako zpětné.Pobřežní proudy dosahují nevelké rychlosti (obvykle méně než 1km/hod., přesto však mohou přesouvat velká množství jemného písku.

1.1.2 Stojaté vlněníObvyklejší je na jezerech, na mořích se vytváří většinou při průniku eolického vlnění do zálivu, kde se po odrazu a refrakci s odraženou vlnou vytvoří neutrální uzlový bod, který je centrem kolísání hladiny. Někdy se vyskytují také v umělých přístavech, kde mohou způsobit i škody na vybavení.

1.1.2.1 Dlouhé vlnyVlny o délce desítek i stovek kilometrů. A dlouhé periodě. Náležejí sem:

4 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

1.1.2.1.1 TsunamiDélka těchto vln dosahuje 150-300 km, výška na moři je v řádu decimetrů. Zvyšuje se při příchodu na mělčinu, kdy může výška dosáhnout výjimečně i 100 m. Vzestup hladiny se zvyšuje v úzkých zálivech. V pohybu je celá vodní masa. Může vznikat při:

• Podmořském zemětřesení (např. v roce 2004)• Sopečné činnosti• Náhlých sesuvech mas sedimentů

Nad místem působení vznikne deprese, která se poté šíří na všechny strany od zdroje. Tsunami bývá často ničivé i daleko od místa vzniku – při tsunami r. 2004 např. Východní Afrika.Jakkoliv jsou známy příčiny vzniku tsunami, podmínky vývoje jsou stále nejasné. Tsunami totiž nevzniká zdaleka při každém podmořském zemětřesení. Různými transformacemi je pak ovlivněna i výška vlny.

5 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

2. Led na mořské hladině

2.1 Přehled, rozšířeníPři maximálním rozšíření mořského ledu na konci zimy je jím pokryto zhruba 32 mil. km2. V letním období dochází k výraznému tání, a tak na jeho konci dosahuje rozloha již jen 13 km2. V obou těchto extrémních obdobích je přitom rozložení mořského ledu v Antarktidě a Arktidě přibližně v poměru 2:1, převaha Antarktidy je nicméně zřetelnější v letním období – to je patrně způsobeno klimatickým vlivem velké masy ledu, která udržuje chladné počasí.Tabulka 1: Rozloha ledu celková, v Antarktidě a Arktidě pro konec zimy a konec léta. Absolutní i poměrné hodnoty.

Celková

rozloha[km2]

Antarktida ArktidaAbsolutní hodnoty [km2]

Podíl z celkové rozlohy

Absolutní hodnoty

[km2]

Podíl z celkové rozlohy

Konec zimy

32 20 62,5% 12 37,5%

Konec léta 13 9 69,2% 4 30,8%

6 / 9

Obrázek 4: Mořský led v Arktidě a okolí Antarktidy, jak byl zaznamenán pomocí AMSR-E Sea Ice Maps 13. prosince 2006

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

Antarktida Arktida

Podí

l roz

lohy

moř

skéh

o le

du z

cel

kové

rozl

ohy

Konec zimyKonec léta

Obrázek 5: Podíl rozšíření ledu v obou polárních oblastech na jeho celkovém rozšíření na konci zimy a na konci léta

2.2 Zamrzání mořské vodyZamrzání mořské vody je omezováno její slaností. V oblasti Arktidy a Antarktidy dosahuje salinita asi 33,5 – 34,5. Tomu pak podle Ocean water freezing point calculator odpovídá teplota zamrzání mořské vody asi -1,8 – 1,9 °C. Zamrzání hladiny může dále zpomalovat:

• Proudění• Vlnění• DmutíK urychlování může naopak docházet v případě:• Sněžení• Drobného zvíření hladiny, při kterém vzniká mnoho kondenzačních jader

2.3 Vlastnosti mořského leduMořský led obsahuje zbytky:

• Plynů• Vody• I jiných nečistot

V důsledku toho se mění i jeho hustota. Obsah solí v ledu je přímo úměrný rychlosti krystalizace a nepřímo stáří ledu. Sůl se z ledu postupně vylučuje vertikální difuzí. To podmiňuje vertikálně členitou strukturu ledu.Při velmi rychlé tvorbě slaného ledu se mohou na povrchu tvořit také slané výkvěty. Nový led mívá jiskřivě bílou barvu, se ztrátou soli mění barvu na našedlou, případně namodralou.

7 / 9

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

2.4 Formy mořského ledu

2.4.1 Tabulový ledSouvislý ledový pokryv o mocnosti až 2,5 m. Další růst tloušťky je omezen vlastní izolační schopností a také vyšší salinitou vody pod ledem – pro zamrznutí by zde bylo třeba nižší teploty.

2.4.2 Ledová návršVzniká z tabulového ledu jeho rozlámáním a nakupením při vlnění a dmutí hladiny. Při tání se rozpadá a vzniká:

2.4.3 Ledová tříštLedová tříšť se může buď dále rozpouštět na mořskou vodu, nebo se při ochlazení a vhodných podmínkách opět spojit .

2.4.4 Packeis (pak; též pack ice)Jedná se o heterogenní směs ledu různého stáří, může dosahovat mocnosti i 10 m. Pokrývá velkou část Severního ledového oceánu a oblasti kolem Antarktidy.

2.4.5 Velké ledové kry (icebergy)Útržky obou pevninských ledovců, jak Antarktického, tak Grónského. Podle oblasti původu mají rozdílný tvar, jenž je podmíněn jejich rozdílným původem. Grónský ledovec odtéká v podobě dlouhých jazyků, proto jsou icebergy špičaté „ledové hory“. Naproti tomu okraje antarktického ledovce tvoří plošinu se svislými stěnami, proto zde vzniklé icebergy mají tvar „stolových hor“.Výška obou typů ledovců může dosahovat až 80-100, jen 1/6 až 1/7 jejich objemu vyčnívá nad hladinu. Antarktické ledovce jsou vzhledem ke svému původu velmi dlouhé, byla pozorována i kra o délce asi 60 km.

8 / 9

Obrázek 6: Vývoj jednotlivých forem mořského ledu

Miloš Kroulík – Pohyby mořské vody a led na mořské hladině

2.5 Pohyby mořského leduSměr transportu je jak u ker, tak u tříště závislý na síle a směru mořských proudů a větru. Velké ledové kry mohou být díky velkému objemu ledu vynášeny velmi daleko za hranice zamrzání, často až ke 30° z.š.

3. PramenyNETOPIL, Roztislav. Hydrologie, limnologie, oceánografie. 1. vyd. Brno : Univerzita J.E.Purkyně v brně, přírodovědecká tabulka, 1981. 258 s. s.http://iup.physik.uni-bremen.de:8084/amsr/amsre.htmlhttp://web.mit.edu/kayla/Public/Backgrounds/Iceberg.JPGhttp://www.globelens.com/storage/unowned-photo-archives/dreamstime/emperor-penguin-biofile/Web%20AntarcticIceberg.drf8.jpg

9 / 9

Obrázek 7: Srovnání tvaru velkých ledových ker Arktidy (nalevo) a Antarktidy (napravo)