Pływy morskie

Pływy morskie (przypływy i odpływy) - regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w oceanie. Wywołuje je zjawisko pływowe, którego istotą są siły grawitacyjne Księżyca i Słońca (którego wpływ jest około dwukrotnie mniejszy z racji nieporównywalnej odległości). Pewien wpływ ma również siła odśrodkowa wywołana obrotem Ziemi wokół środka ciężkości układu Ziemia - ciało niebieskie działające na naszą planetę. Przeciętny czas między kolejnymi przypływami wynosi 12 godzin i 27 minut i zależy od ukształtowania akwenu a także pory roku oraz doby, dlatego też nie da się wyznaczyć stałych godzin przypływu i odpływu w danym porcie.

Zjawisko pływów zostało po raz pierwszy matematycznie opisane w 1687 r. przez Isaaca Newtona.

Na podstawie długoletnich obserwacji oraz obliczeń astronomicznych wyznaczono czas i wielkość pływów dla wielu punktów na Ziemi (głównie niektórych portów). Wielkości te są podane w odpowiednich publikacjach (Tablice pływów, ang Tide Tables). Z danych takich korzystają też specjalne programy komputerowe, używane w żegludze.

Zatoka Fundy

Miejsca występowania pływów o najwyższych skokach

Miejsce	Akwen	Państwo	Wysokość pływu (m)
						średnio	pływ syzygijny (średnio)	największa zarejestrowana
Zatoka Fundy	Ocean Atlantycki	Kanada	11,4	15,4	19,6
Rio Gallegos	Ocean Atlantycki	Argentyna	10,4	14,0	18,0
Zatoka Frobisher	Cieśnina Davisa	Kanada	10,1	13,6	17,4
Rzeka Severn	Kanał Bristolski	Anglia	9,7	13,1	16,8
Port Granville	Kanał La Manche	Francja	9,3	12,6	16,1
Rzeka Koksoak	Zatoka Ungava	Kanada	8,7	11,7	15,0
Zatoka Penżyńska	Morze Ochockie	Rosja	8,5	11,5	14,7

Pływy kwadraturowe

Pływy kwadraturowe występują wtedy, gdy Księżyc, Słońce i Ziemia utworzą kąt prosty. Są niższe od pływów, syzygijnych

Pływy syzygijne

Pływy syzygijne to największe przypływy, powstają wtedy gdy Ziemia, Księżyc i Słońce znajdą się w linii prostej. Maksimum przypływu następuje w momencie górowania i dołowania Księżyca

W miejscach zwróconych w stronę Księżyca a także znajdujących się po odwrotnej stronie Ziemi następuje przypływ, który zbiera wody z reszty obszarów, i w ten oto sposób następuje odpływ Na otwartym oceanie przypływ jest nie wielki, waha się od 0.5- 1 m. Zmienia się to jednak u wybrzeży. Wielkość przypływu uzależniona jest od wzajemnej konstelacji względem siebie Księżyca i Słońca. Największy przypływ obserwowany jest okresie pełni i nowiu księżyca, podczas gdy Słońce i Księżyc spotykają się w linii prostej, a ich siły przyciągania sumują się- jest to tzw. przypływ syzygijny. Najmniejszy zaś, kiedy kierunki: Ziemia do Słońca i Księżyca stwarzają kąt prosty. Kiedy siły przyciągania Słońca i Księżyca wzajemnie się osłabiają- jest to tzw. przypływ kwadraturowy.

Wpływ pływów morskich na gospodarkę

Pływy mają duży wpływ na warunki żeglugi morskiej. Odpływ utrudnia dostęp do wielu ważnych portów. Występuje zagrożenie rozbicia się statków o skały podwodne, a także występuje większe prawdopodobieństwo "osadzenia" się na mieliźnie. Podnosi się stan zagrożenia związany z niebezpiecznymi dla statków mieliznami oraz skałami podwodnymi. Strefa między-pływowa nie nadaje się na działalność gospodarczą. Silne zasolenie gleb, a także duże niebezpieczeństwo zalania, wyklucza rolnictwo, a co za tym idzie osadnictwo. Jedynie odpływy umożliwiają ludności zbiory małży, ślimaków i innych skorupiaków.

Najgłębiej docierają fale pływowe na Amazonce(1400km), oraz na rzece Św. Wawrzyńca( 700 km), natomiast w rzekach europejskich, te które uchodzą do O. Atlantyckiego i M. Północnego(100- 150 km). Energia pływów wykorzystywana jest od czasów starożytnych. Pierwsza elektrownia pływowa( ok. 500 MW) powstała we Francji na ujściu Rzeki Rance do Kanału La Manche w St. Malo .

Falowanie wiatrowe

Uporządkowany, falowy a w niewielkim stopniu też postępowy ruch przypowierzchniowych warstw wody w zbiornikach wodnych, wywołany wiatrem. Energia wiatru zmienia się w energię kinetyczną cząsteczek wody na skutek oddziaływania ruchu powietrza nad powierzchnią wody, oraz przez tarcia na styku wody i powietrza. Gdy w pewnym miejscu woda nieznacznie podniesie się, to nad tym miejscem zwiększa się prędkość powietrza, co wywołuje spadek ciśnienia powietrza w tym miejscu. Spadek ciśnienia podnosi jeszcze bardziej nierówność, a zwiększona prędkość przesuwa nierówność, kształtując grzbiet fali. W dołku zachodzą zjawiska w odwrotnym kierunku. Cząsteczki wody poruszają się po zamkniętych orbitach eliptycznych.

Ponieważ wiatr jest losowy, więc i falowanie jest losowe, a zatem podlega rozkładom statystycznym.

Parametry fali

• wysokość

• długość

• okres

Wysokość i długość fali zależy od takich czynników jak prędkość wiatru, jego stałość czy głębokość akwenu.

Typy falowania wiatrowego

• rozwijające się

• ustalone

• mieszane

Inne typy falowania

Oprócz najczęściej spotykanych fal wiatrowych wyróżnia się także inne rodzaje fali, wywoływane przez inne czynniki:

• fale sejsmiczne - wywołane podmorskim trzęsieniami ziemi (lub osuwiskami); mogą wówczas powstać wysokie i niszczycielskie fale nazywane tsunami, powstałe w wyniku wybuchu podmorskiego bądź podoceanicznego wulkanu.

• fale pływowe - wywołane przyciąganiem Słońca i Księżyca

• fale baryczne (sejsze) - wywołane różnicami ciśnienia atmosferycznego

• fale okrętowe - wywołane ruchem morskich jednostek pływających

Skala Beauforta

Skala Beauforta służy do opisywania intensywności wiatru, opartego głównie na stanie morza i rodzaju fal.

Zasadniczą jej cechą jest możliwość oceny siły wiatru na podstawie obserwacji powierzchni morza lub obiektów na lądzie, nie są, więc potrzebne do tego przyrządy pomiarowe. Należy pamiętać, że rodzaj fali i użyta do jej określenia wysokość odnosi się do stanu na pełnym morzu.
Znając prędkość wiatru w węzłach z dość dokładnym przybliżeniem możemy określić stopień skali Beauforta korzystając z wzoru: (działa w przedziale 3-10B)

Stopień skali Beauforta	Prędkość wiatru				Średnia prędkość wiatru (w / km/h / mph)	Opis	Wysokość fali		Stan morza	Zjawiska na lądzie	Zdjęcie stanu morza
		w	km/h	mila/h			m/s						m	ft
0	0	0	0	0-0,2	0 / 0 / 0	Cisza, Flauta	0	0	Gładkie.	Spokój, dym unosi się pionowo.
1	1-3	1-6	1-3	0,3-1,5	2 / 4 / 2	Powiew	0,1	0,33	Zmarszczki na wodzie.	Ruch powietrza lekko oddziałuje na dym.
2	4-6	7-11	4-7	1,6-3,3	5 / 9 / 6	Słaby wiatr	0,2	0,66	Małe falki.	Wiatr wyczuwany na skórze. Liście szeleszczą.
3	7-10	12-19	8-12	3,4-5,4	9 / 17 / 11	Łagodny wiatr	0,6	2	Duże falki, ich grzbiety mają wygląd szklisty.	Liście i małe gałązki w stałym ruchu.
4	11-16	20-29	13-18	5,5-7,9	13 / 24 / 15	Umiarkowany wiatr	1	3,3	Małe fale, na których grzbietach tworzy się piana. Słychać plusk..	Kurz i papier podnoszą się. Gałęzie zaczynają się poruszać.
5	17-21	30-39	19-24	8,0-10,7	19 / 35 / 22	Dość silny wiatr	2	6,6	Szum morza przypomina pomruk, wiatr gwiżdże, fale dłuższe (1.2 m), gęste białe grzebienie.	Małe gałęzie kołyszą się.
6	22-27	40-50	25-31	10,8-13,8	24 / 44 / 27	Silny wiatr	3	9,9	Tworzą się grzywacze, długa wysoka fala, szum morza. Fale z pianą na grzbietach i bryzgi.	Duże gałęzie w ruchu. Słychać świst wiatru nad głową. Kapelusze zrywane z głowy.
7	28-33	51-62	32-38	13,9-17,1	30 / 56 / 35	Bardzo silny wiatr	4	13,1	Morze burzy się i piana zaczyna układać się w pasma.	Całe drzewa w ruchu. Pod wiatr idzie się z wysiłkiem.
8	34-40	63-75	39-46	17,2-20,7	37 / 68 / 42	Sztorm/Wicher	5,5	18	Umiarkowanie duże fale z poprzerywanymi obracającymi się grzbietami. Pasma piany.	Gałazki są odłamywane od drzew. Samochody skręcają pod wpływem wiatru.
9	41-47	76-87	47-54	20,8-24,4	44 / 81 / 50	Silny sztorm	7	23	Wielkie fale (2,75 m) z gęstą pianą. Grzbiety fal zaczynają się zawijać. Znaczne bryzgi.	Lekkie konstrukcje ulegają zniszczeniu.
10	48-55	88-102	55-63	24,5-28,4	52 / 96 / 60	Bardzo silny sztorm	9	29,5	Bardzo duże fale. Powierzchnia morza jest biała, fale przełamują się. Widoczność jest ograniczona.	Drzewa wyrywane z korzeniami. Poważne zniszczenia konstrukcji.
11	56-63	103-117	64-72	28,5-32,6	60 / 111 / 69	Gwałtowny sztorm	11,5	37,7	Nadzwyczaj wielkie fale.	Znaczna część konstrukcji zniszczona.
12	>63	>117	>72	>32,6	N/A	Huragan	14+	46+	Olbrzymie fale. Powietrze pełne piany i bryzgów. Morze całkowicie białe pokryte bryzgami. Widzialność bardzo ograniczona.	Masowe i powszechne zniszczenia konstrukcji.

Francis Beaufort, irlandzki hydrograf, oficer floty brytyjskiej, utworzył skalę w 1806. Początkowo skala nie określała prędkości wiatru, lecz wymieniała ilościowe cechy od 0 do 12 określające sposoby w jaki powinny pływać żaglowce - od wystarczające, aby mieć sterowność do takiego, przy którym "płótna" nie mogą wytrzymać. Skala stała się standardową w zapisach dzienników okrętowych floty królewskiej w końcu lat 1830.

W szczególnych przypadkach, takich jak tropikalne cyklony, można spotkać się z wyższymi stopniami skali Beauforta:

• 13. stopień: prędkość wiatru 37,0 - 41,4 m/s;

• 14. stopień: 41,5 - 46,1 m/s;

• 15. stopień: 46,2 - 50,9 m/s;

• 16. stopień: 51,0 - 56,0 m/s;

• 17. stopień: 56,1 - 61,2 m/s;

• 18. stopień: >61,2 m/s.

Tu prezentacja z pliku `'Zdjęcia morza i lodu''.

Falowanie rozkołysu

    Fala wiatrowa posiada zapas energii, proporcjonalny do jej wysokości. W momencie, kiedy fala taka, poruszając się w określonym kierunku wyjdzie z pola oddziaływania generującego ją wiatru, lub też, kiedy wiatr ustaje, nie zanika. Z fali wymuszonej staje się falą swobodną, poruszając się dalej kosztem posiadanych zasobów energii. Falę taką określa się mianem rozkołysu. Stosunkowo często spotkać się można również z pojęciem "fali martwej" lub "martwej fali", co praktycznie oznacza to samo. W trakcie przemieszczania się fali rozkołysu zachodzi szereg procesów. Przypomnijmy, że prędkość przemieszczania się fali jest funkcją jej długości.To powoduje, ze fale o większej długości przemieszczają się szybciej od fal krótszych. Ponieważ pierwotnie falowanie wiatrowe jest falowaniem zinterferowanym, tworzącym grupy falowe, w sytuacji, gdy fala wiatrowa przekształci się w falę rozkołysu następuje stopniowa dekompozycja grup falowych. W trakcie drogi, fale dłuższe, jako szybsze, "wyprzedzają" fale krótsze, przez co, w falowaniu rozkołysu, zwłaszcza, gdy będziemy dalej od obszaru źródłowego tego falowania, obserwować będzie się falowanie zbliżone do falowania monochromatycznego - długości i wysokości kolejno przechodzących fal będą do siebie zbliżone. Gdybyśmy byli w odległości rzedu kilkuset mil od granicy np. silnego pola sztormowego, od którego stopniowo będzie dochodziła do nas martwa fala, początkowo obserwować będziemy nadchodzenie fal o dużym okresie (rzędu 18-22 s), bardzo długich i na ogól niezbyt wysokich. W miarę upływu czasu długość nadchodzących fal i ich okres będą się stopniowo zmniejszać. Zmienia się również profil fali - staje się wraz upływem czasu coraz bardziej symetryczny, przypominający klasyczną falę trochoidalną (długa dolina, krótki grzbiet o dość ostrym wierzchołku). Również wraz z upływem czasu i długością przebytej drogi fala rozkołysu się wydłuża i tym samym jej prędkość wzrasta.
    Zasięg martwej fali uzależniony jest od początkowej energii fali. Ponieważ energia fali zależy w głównym stopniu od jej wysokości, fale, których początkowa wysokość jest duża, będą mogły przemieszczać się na większą odległość. Fale o dużej wysokości są na ogół jednocześnie falami o większej długości, zatem fale takie takie będą przemieszczać się i szybciej, i na większą odległość. 

    Od strony fizycznej proces zmian parametrów fali rozkołysu jest dość skomplikowany, gdyż w funkcji czasu i energii początkowej fali zmieniają się jej przynajmniej trzy parametry, które następnie określają swój "stan początkowy". Procesy, występujące w falowaniu rozkołysu dobrze charakteryzuje poniższa tabela.

Tabela:
Odległość (D, Mm) na którą rozprzestrzenia się fala rozkołysu w czasie t (godziny) i wysokość fali rozkołysu h (m) po pokonaniu tej odległości

początkowa wysokość fali rozkołysu (m)	czas (t, godziny)
		6		12		18		24		30
		D	h	D	h	D	h	D	h	D	h
10	110	8,0	220	6,4	350	5,2	475	4,4	600	4,0
9	100	7,9	200	5,8	310	4,9	430	4,1	560	3,4
8	90	6,4	180	5,2	275	4,6	380	3,8	495	3,3
7	80	5,6	160	4,6	240	4,2	335	3,5	420	3,2
6	65	4,8	135	4,1	205	3,7	290	3,2	370	2,8
5	50	4,0	110	3,5	170	3,1	240	2,9	300	2,5
4	40	3,2	90	2,8	140	2,6	190	2,3	240	1,9
3	30	2,3	70	2,0	110	1,7	150	1,5	180	1,3
2	20	1,5	50	1,3	75	0,8	100	0,7	-	-

Źródło tabeli: L.I.Skriptunova; Metody morskikh gidrologičeskikh prognozov. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1984, ss. 278

Tabelę tą należy odczytywać w ten sposób, że fala o początkowej wysokości 10 m, po 6 godzinach pokona odległośc 110 Mm i po pokonaniu tej odległości będzie miała wysokość 8.0 m, po dalszych 6 godzinach, (czyli 12 godzinach propagacji) pokona odległość 220 Mm i jej wysokość będzie wtedy równa 6.4 m, itd.
    Analizując wartości zestawione w tej tablicy trzeba zwrócić uwagę na to, że fale o dużej wysokości początkowej mogą rozprzestrzeniać się na wielkie odległości w stosunkowo krótkim czasie; np. fala o początkowej wysokości 10 m, po 30 godzinach pokona odległość 600 Mm (to jest 10° na kole wielkim!, jej prędkość wynosi, 20 w czyli ~37 km/godz) i po pokonaniu takiej drogi, jej wysokość będzie wynosić jeszcze 4 m! W tym samym czasie fala o początkowej wysokości np. 5 m pokona odległość 300 Mm (prędkość, 10 w), ale jej wysokość na końcu tej drogi będzie wynosiła 2.5 m.

    "Źródłem" fal rozkołysu są obszary sztormowe lub obszary, na których występują silne i bardzo silne wiatry.  Na akwenach w strefie szerokości umiarkowanych i wysokich są to obszary występownia układów niżowych, zwłaszcza głębokich niżów. Ponieważ najsilniejsze wiatry związane są na ogół z tylnymi częściami niżów, najsilniejsze fale rozkołysu na półkuli północnej rozchodzić się będą od nich w sektorze od S do SE, a uwzględniając ruch własny niżu - od SSW do ESE. To powoduje, że będąc w szerokościach niższych od strefy występowania sztormu, martwa fala przychodzić będzie z kierunku od NNE do WNW, z największym prawdopodobieństwem sektora od NW do N (na półkuli południowej - "lustrzana odwrotka"). Wystąpienie martwej fali nadchodzącej z innych kierunków jest mniej prawdopodobne, ale niewykluczone. Zwykła analiza mapy synoptycznej (pole ciśnienia) oraz konfrontacja z danymi zawartymi w przedstawionej tu tabeli pozwala nam na zorientowanie się, czy będzie prawdopodobieństwo, i jakie, aby na interesującym nas akwenie wystąpiło falowanie rozkołysu. Obecnie mapy prognozy falowania są już na tyle wiarygodne, że najczęściej, (jeśli jesteśmy na N Atlantyku lub na N Pacyfiku), takiego rodzaju analiza może stanowić jedynie upewnienie się, co do istniejącej sytuacji. 

    W strefie międzyzwrotnikowej głównym źródłem fal rozkołysu są cyklony tropikalne (CT). Ponieważ najsilniejsze wiatry (siły wiatrów sztormowych [8-11°B] i huraganowych [12 i 12+ °B])  wieją w prawej połówce, gdy cyklon znajduje się na półkuli północnej, w lewej, gdy cyklon znaduje się na półkuli południowej, a prędkość wiatru jest kilkukrotnie większa od prędkości ruchu własnego CT, najsilniejsze falowanie rozkołysu rozprzestrzenia się przed CT. Jeśli znajdujemy się na torze CT i CT zbliża się do nas, obserwuje się nadchodzenie fali rozkołysu z takiego samego kierunku, przy czym stopniowo okres fali rozkołysu maleje (skraca się), a wysokość fali rozkołysu stopniowo (na ogół szybko) rośnie. W przypadku, gdy cyklon znajduje się na południe od nas (półkula północna; statek w wyższej szekości niż CT) i przemieszcza na W-NW, kierunek nadchodzenia fali rozkołysu stopniowo zmienia się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a wysokość fali rozkołysu stopniowo rośnie, po czym następnie maleje (okres stopniowo się skraca, następnie ponownie rośnie). Jeśli CT znajduje się na północ od nas (szerokość statku mniejsza od szerokości CT) i przemieszcza w tym samym kierunku (W-NW) kierunek nadchodzenia fali rozkołysu zmienia się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W przypadku, gdy CT znajduje się na polarnym odcinku toru (ruch w kierunku NE-E na N półkuli), zmiana kierunku nadchodzenia fali rozkołysu będzie przeciwna do ruchu wskazówek zegara, gdy szerokość statku jest większaod szerokości CT, i zgodna z ruchem wskazówek zegara, gdy szerokość CT będzie wieksza od szerokości statku [radzę rozrysować sobie te przypadki, przyjmując, że martwa fala nadchodzi od CT, niezależnie od tego, przed jaką połowką CT będzie się znajdował statek).

W tylnej części CT i bezpośrednio za jego granicami obserwuje się często silne i wysokie falowanie rozkołysu,   fala jest tam przeważnie silnie skócona (zinterferowana).

    Fale rozkołysu idące od silnych sztormów mogą pokonywać ogromne odległości. Silne sztormy zimowe na NW Atlantyku (Morze Labrador, wody od Nowej Szkocji do Islandii) są przyczyną występowania silnego falowania przybojowego na wybrzeżach Marokko, Sahary Fiszpańskiej i Mauretanii. Silne sztormy na wodach antarktycznych dają silne falowanie przybojowe na wodach australijskich, południowo-amerykańskich, południowo-afrykańskich, a nawet na północnych brzegach Zatoki Gwinejskiej. Sztormy w rejonie Aleutów i Zatoce Alaska stanowią przyczynę występowania przyboju na północnych brzegach Wysp Hawajskich. W większej odległości od rejonu powstania fali przyboju fala bardzo silnie się wydłuża i traci wysokość, przez co na otwartych wodach oceanicznych często jest słabo zauważalna; dopiero, na płytkowodziu, po przekształceniu się w falę przyboju ponownie się ujawnia.

---