Skład chemiczny, oraz ruchy wód morskich

Woda jest najbardziej rozpowszechnioną substancją na Ziemi. Morza i oceany pokrywają ¾ naszej planety. Przyległe do lądów fragmenty oceanów, ograniczone łańcuchami wysp lub półwyspami to morza. Stanowią one niewielką część powierzchni oceanicznej, jednakże mają one bardo duże znaczenie gospodarcze. Cechą charakterystyczną wód morskich jest ich słoność czyli zasolenie. Woda morska jest zasolona, ponieważ w swoim składzie zawiera związki chemiczne, w tym sole mineralne. Z tego powodu jest ona niezdatna do picia. Średnia zawartość związków chemicznych  rozpuszczonych w wodach morskich wynosi ok. 35 g/l. Znaczy to, że przeciętnie w1 kg wody oceanicznej rozpuszczonych jest 35 gramów soli. (35 ‰). Najwyższe zasolenie oceanów wynoszące 37,5 ‰ odnotowuje się w strefie zwrotnikowej. Uwarunkowane jest to niewielkim zachmurzeniem nieba, niskimi opadami, wysokimi temperaturami powietrza i dużym parowaniem. W okolicach równikowych występuje mniejsze zasolenie, związane z obfitymi opadami atmosferycznymi. Niższe jest także zasolenie oceanów w szerokościach okołobiegunowych. Jest to związane z topnieniem lodowców, które zaopatrują oceany w słodką wodę. Najbardziej zasolonym morzem jest Morze Czerwone, którego zasolenie w niektórych miejscach osiąga 41 ‰. Tak wysokie zasolenie spowodowane jest intensywnym parowaniem, oraz występowaniem głębinowych solanek, których poziom zasolenia przekracza 300 ‰. Zasolenie danego zbiornika jest silnie związane z jego gęstością. Największą gęstość wód morskich odnotowuje się na obszarach o intensywnym parowaniu, gdzie występuje także najwyższe zasolenie. Morza o najniższym zasoleniu występują w klimacie umiarkowanym. Należy do nich Bałtyk którego średnie zasolenie wynosi 7 ‰. W wodzie morskiej niemal wszystkie pierwiastki chemiczne, występują w postaci jonów. Była ona zasolona od początku swojego istnienia. Kolejne związki i pierwiastki zostały do niej wprowadzone prawdopodobnie w czasie tworzenia się atmosfery i hydrosfery. Wielkość zasolenia mórz i oceanów zależy w dużej mierze od ilości opadów atmosferycznych, intensywności parowania, dopływu słodkich wód z lądu a także mieszania się wód. Głównymi pierwiastkami występującymi w wodach morskich są: chlor, sód, magnez, siarka, wapń, potas, brom i węgiel. W wodzie mórz i oceanów  znajdują się także gazy: głównie tlen i dwutlenek węgla. Tlen w wodzie morskiej umożliwia żyjącym w niej organizmom oddychanie. W największych ilościach występuje w powierzchniowych warstwach wód. Niekiedy na skutek pionowych ruchów wód tlen jest transportowany w kierunku warstw przydennych.  W niektórych morzach, gdzie brak jest cyrkulacji wód obserwuje się deficyt tlenu a co za tym idzie obumieranie materii organicznej, oraz intensywną produkcję trującego siarkowodoru.

Temperatura wód powierzchniowych zależy od kąta padania promieni słonecznych, od prądów morskich, głębokości zbiornika a także od rodzaju wybrzeży. Związane jest to z różnym stopniem promieniowania słonecznego, które nagrzewa te wody. Średnia temperatura tych wód maleje w miarę przesuwania się od równika ku biegunom. W strefie równikowej wynosi ona ok. 32°C, natomiast w okolicach podbiegunowych zaledwie 0°C. Temperatura wody maleje wraz z głębokością i na dnie oceanów wynosi ona 1-2°C. Wraz ze wzrostem głębokości do wody przenika coraz mniej ciepła słonecznego, tak więc temperatura wody obniża się. Najwyższymi temperaturami odznaczają się wody płytkich zatok, oraz zamkniętych mórz w strefach klimatu gorącego i pustynnego. Maksymalna temperatura wód w Zatoce Perskiej wynosi aż 46°C.

Powierzchnia oceanów i mórz szczególnie w warstwie powierzchniowej podlega nieustannym ruchom. Choć morza i oceany oglądane gołym okiem sprawiają nieraz wrażenie spokojnych i wydaje się że wody znajdują się w stanie zupełnego zastoju, w rzeczywistości w morzu panuje nieustający turbulencyjny, bądź konwekcyjny ruch cząsteczek wody. Głównymi czynnikami wywołującymi ruchy wód morskich są:

• Temperatura: Gęstość wód zależy od temperatury. Im woda cieplejsza, tym lżejsza (wody lżejsze unoszą się ku powierzchni. Zmiana temperatury powoduje przypowierzchniowy ruch ciepłych wód z obszarów okołorównikowych ku biegunom, następnie ich ochłodzenie powoduje powrót wód w stronę równika. W mniejszych zbiornikach wodnych za sprawą zmiany temperatury obserwuje się lokalne pionowe ruchy wód.
• Zasolenie: Zasolona woda jest cięższa i opada na dno, natomiast mniej zasolona unosi się ku powierzchni. Woda jest najbardziej zasolona w strefie podzwrotnikowej, a najmniej w strefie okołobiegunowej, oraz przy ujściach rzek. Zasolenie przyczyna się do przemieszczania wód z okolic biegunów ku równikowi na głębokości 500-1000m
• Wiatr: Tarcie powietrza o powierzchnię wody wprawia cząsteczki wody w ruch, co powoduje przemieszczanie się wody na duże odległości w  postaci prądów morskich. Pod wpływem wiejących wiatrów powstają fale (woda zostaje spiętrzona pod wpływem wiatru, a równoważy to  piętrzenie siła wiatru. Powoduje to powstanie cyklicznych ruchów w postaci fal.
• Przyciąganie Księżyca i Słońca: Przyciąganie grawitacyjne ze strony Księżyca i Słońca powoduje podnoszenie poziomu wody (przypływ) w części kuli ziemskiej ku nim zwróconej, oraz obniżenie poziomu wód po stronie przeciwnej (odpływ)
• Ruchy tektoniczne: podwodne trzęsienia ziemi, oraz wybuchy wulkanów powodują gwałtowne spiętrzenia i ruchy wody.

Prądy morskie

Prądy morskie są to ogromne ruchy wody w morzach i oceanach wywołane różnicami temperatur, ruchem obrotowym Ziemi, a także występowaniem wiatrów stałych. Na poszczególnych oceanach tworzą one 5 wielkich kręgów cyrkulacji wody morskiej. Kierunki prądów morskich wzbudzanych przez stałe wiatry są często znacznie odchylone na skutek działania siły Coriolisa – niekiedy nawet do 45° w stosunku do kierunku wiatru. Duży wpływ na ich przebieg wywiera także rozmieszczenie lądów i mórz. Na półkuli północnej aż po umiarkowane szerokości geograficzne prądy morskie tworzą wielkie komórki cyrkulacyjne, w których woda porusza się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Na półkuli południowej i w wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej ruch wody odbywa się w przeciwnym kierunku. Wyjątek stanowi północna część Oceanu Indyjskiego, gdzie kierunki prądów morskich zmieniają się sezonowo wraz z monsunową cyrkulacją powietrza. Prądy morskie transportują olbrzymie ilości wody. Oceania się, że rocznie przenoszą ponad 22 mln km3 wody, co ponad pięćdziesięciokrotnie przewyższa ilość wody uczestniczącej w cyklu hydrologicznym. Podział prądów morskich przeprowadzany jest na podstawie porównania temperatury niesionych przez nie wód z temperaturą wód otaczających. Prądy ciepłe niosą wody cieplejsze od otaczających, zaś zimne przenoszą wody chłodniejsze. Inny podział opiera się na obserwacji rocznej zmienności przebiegu prądów i pozwala wyróżnić prądy stałe (związane ze stałymi wiatrami) i prądy sezonowe (uwarunkowane cyrkulacją monsunową). W cieśninach może występować bardzo charakterystyczny, piętrowy układ prądów.

Prądy morskie stanowią jeden z podstawowych czynników wpływających na klimat na kuli ziemskiej. Przenoszą one olbrzymie ilości ciepła w wyższe szerokości geograficzne, przyczyniając się do zmniejszenia różnic temperatury pomiędzy strefami międzyzwrotnikowymi i polarnymi. Ciepłe prądy morskie wpłynęły na poprawę warunków klimatycznych w Europie i innych regionach świata. Europa Środkowa leży w tych samych szerokościach geograficznych, co półwysep Labrador o znacznie chłodniejszym klimacie. Ogrzewanie przez prądy morskie ułatwia dostęp do portów w strefie chłodnej, np. Murmańsk, dzięki ciepłemu Prądowi Norweskiemu, jest najdalej na północ położonym niezamarzającym portem morskim Europy. Ze względu na genezę , prądy morskie mogą dzielić się na:

• wiatrowe - związane z działalnością silnych wiatrów,
• gęstościowe - wynikające z różnic ciężaru objętościowego wód w różnych miejscach.
• spływowe - powstające wskutek wyrównywania poziomu wód w różnych miejscach.
• kompensacyjne - przywracające równowagę hydrostatyczną, naruszoną przez różne siły, np. przez wiatry stałe.

Większe prądy morskie:

Ocean Atlantycki

Prąd Benguelski , Prąd Brazylijski,  Dryf Wiatrów Zachodnich,  Prąd Falklandzki,  Prąd Gujański, Prąd Gwinejski,  Prąd Irmingera,  Prąd Kanaryjski,  Prąd Karaibski,  Prąd Labradorski, Prąd Południoworównikowy , Pąd Północnoatlantycki,Prąd Północnorównikowy,  Prąd Wschodniogrenlandzki, Prąd Zachodniogrenlandzki, Prąd Zatokowy (Golfsztrom)

Ocean Spokojny

Prąd Alaskański,  Prąd Aleucki, Dryf Wiatrów Zachodnich,  Prąd Kalifornijski,  Kuro Siwo,  Oja Siwo (Kurylski),  Prąd Peruwiański,  Południoworównikowy Prąd Wsteczny, Prąd Południoworównikowy , Północnorównikowy Prąd Wsteczny , Prąd Północnorównikowy , Prąd Równikowy, Prąd Wschodnioaustralijski

Ocean Indyjski

Dryf Wiatrów Zachodnich,  Prąd Monsunowy, Prąd Mozambicki, Prąd Południoworównikowy, Prąd Somalijski, Prąd Zachodnioaustralijski

Pływy morskie

Pływy morskie to regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w oceanie. Ruchy te wywołane są przez tzw. zjawisko pływowe, którego istotą są siły grawitacyjne Księżyca i Słońca (wpływ Słońca jest około dwukrotnie mniejszy z racji nieporównywalnej odległości). Pewien rolę przy powstawaniu pływów odgrywa także siła odśrodkowa wywołana obrotem Ziemi wokół środka ciężkości układu Ziemia - ciało niebieskie oddziałujące na naszą planetę. Przeciętny czas między kolejnymi przypływami wynosi 12 godzin i 24 minuty, dlatego też trudno wyznaczyć stałe godziny przypływu i odpływu w danym porcie. Wielkość pływów uzależniona jest od położenia Słońca i Księżyca w stosunku do Ziemi. Kiedy wszystkie trzy ciała niebieskie znajdują się w przybliżeniu na jednej linii (ma to miejsce w nowiu lub w pełni Księżyca), ich przyciąganie sumuje się i pływy osiągają największą amplitudę. Są to tzw. pływy syzygijne. Najmniejsze pływy określane jako kwadraturowe występują, gdy Księżyc jest w II lub IV kwadrze. Kierunki oddziaływania sił grawitacji Księżyca i Słońcu są wtedy do siebie prostopadłe. Na równiku fala przypływu kwadraturowego jest prawie trzy razy mniejsza niż przypływu syzygijnego. Na otwartym morzu fala pływowa jest stosunkowo niska i zwykle nie przekracza 1 m. W pobliżu wybrzeży, a zwłaszcza w zatokach i cieśninach ulega ona spiętrzeniu, osiągając maksymalnie nawet do 18 m wysokości jak to ma miejsce w  Zatoce Fundy na atlantyckim wybrzeżu Kanady. W morzach zamkniętych pływy osiągają zaledwie kilka do kilkunastu cm wysokości. W południowym Bałtyku ich amplituda nie przekracza 5 cm. Pływy morskie mają duże znaczenie gospodarcze. Przede wszystkim wpływają na warunki żeglugi. Podczas odpływu utrudniony jest dostęp do portów, zwiększeniu ulega zagrożenie osadzeniem statku na mieliźnie lub rozbiciem o podwodne skały. Strefa międzypływowa jest zupełnie wyłączona z działalności gospodarczej. Zasolenie gleb, zagrożenie zalaniem podczas pływów syzygijnych uniemożliwia zarówno działalność rolniczą, jak i osadnictwo. Podczas odpływu w strefie międzypływowej prowadzi się jedynie zbiór jadalnych bezkręgowców: małży, ślimaków, skorupiaków.

Falowanie

Falowanie jest to ruch cząstek wody po orbitach kołowych lub eliptycznych. Ruch ten wywołany jest uderzeniami wiatru o powierzchnię wody. Im silniejszy jest wiatr, im dłużej wieje z danego kierunku, tym powstają większe fale. Fale wywołane ruchem wiatru to fale wiatrowe. Obserwując fale z pewnej odległości wydaje się że przesuwają one masy wodne. Jest to jednak złudzenie, gdyż kiedy fale przechodzą woda, a także przedmioty które się w nich znajdują pozostają w miejscu. Wahadłowy ruch wody od brzegu, oraz w stronę brzegu nazywamy przybojem, występuje on na wybrzeżach płaskich. W miarę zbliżania się fali do brzegu kołowy ruch cząsteczek wody zostaje zakłócony na skutek tarcia wody o dno i spadku prędkości fali. Fala ulega wówczas spiętrzeniu, a następnie załamaniu się i rozbiciu o brzeg.  Przy wybrzeżach stromych wysokość spiętrzonych fal dochodzi do kilkudziesięciu metrów. Ruch ten nazywa się kipielą. Na otwartym morzu fale wiatrowe osiągają średnią wysokość 2-6 metrów, natomiast w czasie sztormu do kilkunastu metrów. Prędkość fal wiatrowych wynosi zazwyczaj kilka do kilkadziesiąt kilometrów na godzinę. Przy wzmagającej się sile wiatru fale morskie ulegają deformacji. Ich boki od strony nawietrznej wydłużają się, natomiast od strony przeciwnej skracają, stając się bardziej stromymi ulegają załamaniu. Kiedy wiatr sztormowy, który rozpętał dużą falę ucichł, fala wiatrowa przechodzi w tzw.  falę martwą czyli rozkołys, utrzymującą się po ustaniu wiatru. Wzburzone morze nie uspokaja się od razu Fale te mogą się rozprzestrzeniać również poza zasięgiem wiatru. Do podstawowych elementów fali zalicza się jej wysokość, którą liczy się od podstawy fali. Często ze statków podczas sztormu na skutek złudzenia przeszacowuje się wysokość fal sztormowych, bowiem liczona ona od podstawy fali jest znacznie mniejsza. Długość fali jest to odległość, pomiędzy dwoma wierzchołkami, lub podstawami fali, natomiast okres fali to czas potrzebny na przejście jednej całej fali.  Oprócz najczęściej spotykanych fal wiatrowych wyróżnia się także inne rodzaje fali, wywoływane przez inne czynniki. Zaliczają się do nich:

• fale sejsmiczne – wywołane są podmorskim trzęsieniami ziemi (lub osuwiskami), mogą    wówczas powstać wysokie i niszczycielskie fale nazywane tsunami. Fale tego rodzaju powstają w wyniku wybuchu podmorskiego wulkanu bądź na skutek podmorskich drgań skorupy ziemskiej. Na otwartym oceanie nie stanowią one zagrożenia ponieważ są niskie (do 1 metra wysokości) i bardzo długie (do 1 km). Fale te przemieszczają się jednak z olbrzymią prędkością dochodzącą nawet do 700 km na godzinę. Prędkość ich przemieszczania się jest tym większa, im ocean jest głębszy. Tsunami docierając do brzegu ulega załamaniu i spiętrzeniu. Wtedy jej wysokość wzrasta do kilkunastu metrów. Fal ta najczęściej występuje w basenie Oceanu Spokojnego. Zagrożone wystąpieniem tsunami są więc w najwyższym stopniu wybrzeża Japonii, Kuryli, Kamczatki, Aleutów, Alaski, Ameryki Środkowej, Peru i Chile. Najbardziej znane w historii tsunami było wywołane erupcją wulkanu Krakatau w Indonezji w 1883 r. Bardzo dużą falę sejsmiczną wywołało także trzęsieniem ziemi w Lizbonie w 1755 roku. W 2004 tsunami wywołana podwodnym trzęsieniem ziemi wywołała znaczne szkody na wybrzeżach Azji południowo- wschodniej.

• fale baryczne (sejsze) - wywołane są one różnicami ciśnienia atmosferycznego. Tego rodzaju fale obserwowane są najczęściej w jeziorach, bądź w morzach wewnętrznych. Zwane są one także falami stojącymi. Powstają się one wtedy, kiedy nad powierzchnią wody w pewnej odległości od siebie wytworzą się dwa różne układy ciśnienia atmosferycznego. Długość sejszy jest w przybliżeniu równa długości zbiornika wodnego.  Wysokość tych fal jest niewielka, od kilku centymetrów do kilku metrów, natomiast okres wynosi od kilku minut, do kilku godzin.

• fale pływowe - wywołane przyciąganiem Słońca i Księżyca

• fale okrętowe - wywołane ruchem morskich jednostek pływających