Co powoduje zmiany poziomu morza?

Co powoduje zmiany poziomu morza?

Zmiennośd poziomu wody jest bardzo istotna zwłaszcza w strefie przybrzeżnej. Nad polskim wybrzeżem Morza Bałtyckiego, wzrost poziomu wody o 1 m powoduje częściowe lub całkowite zalanie plaż, co znacząco wpływa zarówno na kondycję wydm, jak i na bezpieczeostwo turystów oraz mieszkaoców terenów przybrzeżnych. Rys. 1. Seria zdjęd przedstawiająca sztorm wywołany Orkanem Ksawery na środkowym wybrzeżu Polski.

W warunkach sztormowych fale mogą dochodzid do podstawy wydm i powodowad ich uszkodzenia. Na załączonych zdjęciach (rys. 1) przedstawiony jest sztorm wywołany Orkanem Ksawery w grudniu 2013 r., podczas którego fale dochodziły aż do podstawy wydmy. Rys. 1. Seria zdjęd przedstawiająca sztorm wywołany Orkanem Ksawery na środkowym wybrzeżu Polski.

Poziomy wód ulegają ciągłym zmianom, zarówno w skali czasowej, jak i przestrzennej. Poziom wód zależy m. in. od: pływów wywoływanych wpływem słooca i księżyca zmian klimatycznych zmian ciśnienia atmosferycznego silnych wiatrów dopływów rzecznych lub morskich wód. Rys. 1. Seria zdjęd przedstawiająca sztorm wywołany Orkanem Ksawery na środkowym wybrzeżu Polski.

Pływy morskie, czyli najbardziej regularne i największe ruchy okresowe wód oceanicznych, powodują rytmiczne opadanie i wznoszenie poziomu wody. Najbardziej zauważalne są wzdłuż brzegów i na plażach, ze względu na ich wpływ na turystycznogospodarczą działalnośd człowieka. Pływy w różnych częściach świata nie zachowują się jednakowo. Zaobserwowad można trzy charakterystyczne rodzaje pływów (rys. 2): Pływ dobowy (rys. 2a) Pływ półdobowy (rys. 2b) Pływ mieszany (rys. 2c) Rys. 2. Podstawowe rodzaje pływów: a) dobowy; b) półdobowy; c) mieszany (źródło: Duxbury i in., 2002).

W przypadku pływów dobowych i półdobowych, dwa następujące po sobie przypływy lub odpływy osiągają tą samą wysokośd (rys. 2a, rys. 2b). Skutkiem nałożenia się tych pływów są pływy mieszane (rys. 2c), które charakteryzują się różnym poziomem wysokiej i niskiej wody, a także różnym czasem przypływu i odpływu w ciągu doby księżycowej. Rys. 2. Podstawowe rodzaje pływów: a) dobowy; b) półdobowy; c) mieszany (źródło: Duxbury i in., 2002).

Mogą byd wywołane siłą przyciągania Księżyca lub Słooca, a także ich wspólnym działaniem. Powłoka oceaniczna w miejscu występowania tych ciał jest przez nie silnie przyciągana. Wynika to z faktu, że jako ciało w stanie ciekłym jest bardziej podatna na deformacje cząsteczki wody są przyciągane przez siłę grawitacyjną obu ciał. Słooce ma znacznie większą masę niż księżyc, ale jednocześnie znajduje się znacznie dalej od niego, co powoduje, że siła pływotwórcza Słooca stanowi 46% siły pływotwórczej Księżyca. Rys. 2. Podstawowe rodzaje pływów: a) dobowy; b) półdobowy; c) mieszany (źródło: Duxbury i in., 2002).

W zależności od ułożenia Księżyca i Słooca względem Ziemi obserwuje się różną wielkośd pływów. Wyróżnia się dwa graniczne pływy (rys. 3): Syzygijny gdy Słooce i Księżyc znajdują się w linii prostej. Wpływ oddziaływania grawitacyjnego tych dwóch ciał sumuje się i powoduje, że pływy są maksymalne. Występuje dwukrotnie: podczas pełni księżyca oraz gdy księżyc jest w nowiu. Kwadraturowy gdy Słooce i Księżyc tworzą ze sobą kąt prosty. Wówczas działające na siebie siły grawitacyjne przeciwdziałają sobie, powodując powstanie pływów minimalnych. Rys. 3. Układ Słooca i Księżyca powodujący kwadraturowy i syzygijny pływ (na podstawie: www.wikipedia.pl).

Ze względu na ruch obrotowy Ziemi fale pływowe przemieszczają się, zmieniając lokalizację grzbietów i dolin fali pływowej (rys. 4). Rys. 4. Zmiany położenia grzbietów fali pływowej (źródło: Duxbury i in., 2002).

Na świecie dużo mówi się o zachodzących aktualnie zmianach klimatycznych na kuli ziemskiej. Uważa się, że zwiększone tempo tych zmian spowodowane jest działalnością człowieka, m. in. silnym wzrostem stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze (IPCC, 2007). Gazy cieplarniane uniemożliwiają wydostanie się promieniowania podczerwonego z planety poprzez pochłanianie go i zatrzymywanie w atmosferze. Do najbardziej popularnych gazów cieplarnianych należą: para wodna, dwutlenek węgla, freony, metan oraz podtlenek azotu. Ich obecnośd w atmosferze powoduje wzrost temperatury na powierzchni Ziemi w skali globalnej, a w konsekwencji zwiększone tempo topnienia lodowców i wzrost poziomu wód wszechoceanu. Intensywny rozwój przemysłu w ostatnich latach nasilił to zjawisko. Rys. 4. Zmiany położenia grzbietów fali pływowej (źródło: Duxbury i in., 2002).

Zmiany te zauważalne są w wielu badaniach. Na obszarze Polski zaobserwowano średni wzrost temperatury powietrza o 0.24 C na 10 lat, jednocześnie ze wzrostem średniego rocznego poziomu morza o około 0.20 cm na rok i spadkiem liczby dni z lodem wzdłuż całego polskiego wybrzeża. Ponadto na Pomorzu zaobserwowano wzrost sum opadów w okresie 1961-2008 (Marosz i in, 2011) (rys. 5). Rys. 5. Zmiennośd sum opadów w Polsce w okresie 1961-2008 [mm] (źródło: Marosz i in., 2011).

Ciśnienie atmosferyczne, czyli ciężar słupa powietrza nad daną powierzchnią Ziemi, również wywiera istotny wpływ na zmiennośd poziomu wód. Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 1013.25 hpa. Na mapach pogody rozkład ciśnienia prezentowany jest za pomocą izobar linii łączących punkty o jednakowej wartości ciśnienia (rys. 6). Rys. 6. Przykładowa mapa synoptyczna (H wyż, T niż) (źródło: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:windstorm_emma.png)

Gdy ciśnienie powietrza jest wyższe od średniego ciśnienia, wówczas mamy do czynienia z wystąpieniem obszarów wysokiego ciśnienia wyżów barycznych, a gdy ciśnienie jest niższe od średniej występuje niż baryczny. Obecnośd tych dwóch układów wpływa istotnie na poziom wód. Wraz z przemieszczającym się torem niżu następuje podniesienie się poziomu wody. Z kolei wysokie ciśnienie atmosferyczne obniża poziom wody w miejscach jego występowania. Rys. 6. Przykładowa mapa synoptyczna (H wyż, T niż) (źródło: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:windstorm_emma.png)

Prędkośd i kierunek wiatru również wpływają na poziom wody, zwłaszcza w strefie przybrzeżnej. Gdy w wyniku odlądowego powierzchniowego dryfu masy wodne przemieszczają się w kierunku otwartego morza, następuje obniżenie zwierciadła wody względem średniego poziomu morza. Odpływ tych mas powoduje powstanie charakterystycznej pionowej cyrkulacji wodnej zwanej upwellingiem, w wyniku której warstwy przydenne wypływają na powierzchnię (rys. 7). Zjawisko to jest bardzo łatwe do rozpoznania, ze względu na to, że wypływające z dna masy wodne są znacznie chłodniejsze. Rys. 7. Schematyczny obraz przedstawiający zjawisko upwellingu (źródlo: http://collettemedifastjourney.blogspot.com/2015/05/downwelling.html).

Natomiast, gdy wiatr wieje w kierunku brzegu, generując prąd dryfowy, następuje transport mas wodnych na coraz płytsze obszary akwenu. Wraz ze zbliżaniem się do brzegu obserwuje się silniejsze spiętrzanie wód, ponad średni poziom morza. Powstaje zjawisko downwellingu, czyli opadania wód powierzchniowych na dno wraz z prądem zstępującym. Rys. 7. Schematyczny obraz przedstawiający zjawisko upwellingu (źródlo: http://collettemedifastjourney.blogspot.com/2015/05/downwelling.html).

Co ciekawe, Morze Północne również wywiera wpływ na zmiany poziomu wód w Morzu Bałtyckim. W zachodniej części Bałtyku wzrost ten jest dwukrotnie mniejszy, niż w części wschodniej. Taka różnica może mied związek z utrudnionym odpływem wód morskich do Morza Północnego, a także z coraz częściej występującymi sztormami, wywołanymi silnymi wiatrami z sektora zachodniego. Ponadto na podstawie analizy rocznego cyklu cyrkulacji atmosferycznej na południowym Bałtyku, stwierdzono występowanie sezonowych wahao poziomu wód. Okres zimowo-jesienny sprzyja wzrostowi poziomu morza, natomiast wiosenno-letni obniżeniu, ze względu na częste wiatry z kierunku odbrzegowego. W przypadku Morza Bałtyckiego najistotniejszy wpływ na wahania poziomu wód mają zmiany ciśnienia atmosferycznego, silne wiatry oraz dopływy słodkich i słonych wód. Wielkośd pływów jest praktycznie niezauważalna w porównaniu do innych mórz i oceanów. Materiał opracowano na podstawie Duxbury i in. (2002), IPCC (2007), Marosz i in. (2011) oraz Pruszak (2014). Literatura: Duxbury A. C., Duxbury A. B., Sverdrup K. A., 2002. Oceany świata. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 636 s. IPCC, 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Summary for Policy makers. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, http://ipcc-wg1.ucar.edu/wg1/wg1-report.html Marosz M., Wójcik R., Bernacik D., Jakusik E., Pilarski M., Owczarek M., Miętus M., 2011. Zmienność klimatu Polski od połowy XX wieku. Rezultaty projektu klimat. Prace i studia Geograficzne, t. 47, s. 51-66. Pruszak Z., 2014. Brzeg morski: procesy fizyczne obszaru płytko- i nadwodnego. Wydawnictwo: Instytut Budownictwa wodnego Polskiej Akademii Nauk, 206 s.

Quiz 1. Czy podczas Orkanu Ksawery w grudniu 2013 roku fale dochodziły do podstawy wydmy? 2. Czy powłoka oceaniczna zmienia kształt pod wpływem siły grawitacji Słooca i Księżyca? 3. Czy pływ syzygijny występuje wtedy, gdy Słooce i Księżyc tworzą ze sobą kąt prosty? 4. Czy pływy odgrywają istotną rolę w zmianie poziomu wody w Morzu Bałtyckim w porównaniu do innych mórz i oceanów? 5. Czy obecnośd gazów cieplarnianych w atmosferze utrudnia wydostanie się promieniowania podczerwonego z planety? 6. Czy zmiany klimatyczne są widoczne na obszarze Polski w ciągu ostatnich lat?

Quiz 7. Czy średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 1000.25 hpa? 8. Czy przemieszczający się układ niskiego ciśnienia powoduje obniżenie się poziomu wody? 9. Czy wiatr odbrzegowy wywołuje spiętrzanie wód przy brzegu? 10. Czy w przypadku Morza Bałtyckiego najistotniejszy wpływ na wahania poziomu wód mają m. in. dopływy słodkich i słonych wód? 11. Czy zjawisko downwellingu oznacza wypływ wód przydennych na powierzchnię? 12. Czy w Morzu Bałtyckim występują sezonowe wahania poziomu wód?

Quiz - odpowiedzi 1. Czy podczas Orkanu Ksawery w grudniu 2013 roku fale dochodziły do podstawy wydmy? 2. Czy powłoka oceaniczna zmienia kształt pod wpływem siły grawitacji Słooca i Księżyca? 3. Czy pływ syzygijny występuje wtedy, gdy Słooce i Księżyc tworzą ze sobą kąt prosty? 4. Czy pływy odgrywają istotną rolę w zmianie poziomu wody w Morzu Bałtyckim w porównaniu do innych mórz i oceanów? 5. Czy obecnośd gazów cieplarnianych w atmosferze utrudnia wydostanie się promieniowania podczerwonego z planety? 6. Czy zmiany klimatyczne są widoczne na obszarze Polski w ciągu ostatnich lat?

Quiz - odpowiedzi 7. Czy średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 1000.25 hpa? 8. Czy przemieszczający się układ niskiego ciśnienia powoduje obniżenie się poziomu wody? 9. Czy wiatr odbrzegowy wywołuje spiętrzanie wód przy brzegu? 10. Czy w przypadku Morza Bałtyckiego najistotniejszy wpływ na wahania poziomu wód mają m. in. dopływy słodkich i słonych wód? 11. Czy zjawisko downwellingu oznacza wypływ wód przydennych na powierzchnię? 12. Czy w Morzu Bałtyckim występują sezonowe wahania poziomu wód?