Рычагов Г.И. Общая геоморфология

Волны. Строение морских волн. Элементы волны

Волны

Ветер, воздействуя на водную поверхность, вызывает колебательные движения воды в ее поверхностной толще. Частицы воды начинают совершать орбитальные движения в плоскости, перпендикулярной поверхности моря, причем движение по этим орбитам совершается в направлении действия ветра. Различают

  • волны глубокого моря и
  • волны мелководья.

Так как волновые движения с глубиной затухают, разделение морских волн на эти категории проводят по признаку: глубина моря больше или меньше глубины проникновения волновых движений. На глубине, равной или больше половины длины волны, волновые колебания, а следовательно, и воздействие их на дно водоема, затухают.

Строение морских волн. Элементы волны

В морской волне различают

  • высоту h,
  • длину L,
  • период Т,
  • скорость распространения V и
  • такие элементы, как гребень и ложбина волны, передний и задний склоны, фронт и луч волны (рис. 153).

Время, в течение которого частица воды описывает полную орбиту, называется периодом, а величина, получаемая при делении длины волны на ее период, – скоростью распространения.

Элементы волны
Рис. 153. Элементы волны:

h – высота;
L – длина;
1 – гребень волны;
2 – ложбина;
3 – задний склон волны;
4 – передний склон волны.

Стрелки указывают направление ветра

Энергия волн

Параметры волн зависят от силы ветра и его продолжительности, от характера подводного берегового склона, от длины разгона волн. Подобно энергии потока, полная энергия волн может быть выражена формулой:

Е = 1/8 ρgh2L,

где Е – энергия волны, 
ρ – плотность воды,
g – ускорение силы тяжести,
h – высота волны,
L – длина волны.

Учитывая, что ρ и g изменяются в незначительных пределах, можно сказать, что энергия волны пропорциональна длине и квадрату высоты волны.

Волны мелководья в отличие от волн открытого моря воздействуют на дно (на подводный береговой склон) и сами испытывают его воздействие. Вследствие этого они расходуют энергию на преобразование рельефа дна, на перенос залегающих на дне обломочных частиц. Волны открытого моря расходуют энергию только на преодоление внутреннего трения и на взаимодействие с атмосферой.

Чем больше затрачивается энергии волнами при прохождении над подводным береговым склоном, тем меньше ее доносится до береговой линии. В результате взаимодействия с дном при прохождении над мелководьем волны меняют свой профиль, становятся асимметричными: передний склон становится круче, а задний выполаживается. Внешней асимметрии отвечает возникающая у волн мелководья асимметрия орбит, по которым движутся водные частицы. Орбиты из круглых становятся эллиптическими, причем сами эллипсы неправильные, сплюснутые снизу (рис. 154). Соответственно утрачивается равенство орбитальных скоростей. Скорости движения, направленные в сторону берега (то есть при прохождении верхней части орбиты), становятся больше скоростей обратного движения (по нижней части орбиты). Такое соотношение скоростей имеет принципиальное значение для понимания процессов перемещения наносов и формирования рельефа в береговой зоне.

Характер орбит волновых частиц в волне мелководья
Рис. 154. Характер орбит волновых частиц в волне мелководья (по Н.Е. Кондратьеву)