Cyrkulacja powietrza na Ziemi

Ponad 70% powierzchni Ziemi pokrywa woda morska. Jej średnia głębia sięga 3,6 km i pozostaje w większości niezbadana. Wielkie oceany łączą się, tworząc jeden globalny zbiornik wodny, na którym kontynenty są jedynie wyspami. Wody znajdują się w nieustannym ruchu. Fale przypływu powstają wskutek siły przyciągania Księżyca i Słońca. Powstawanie i przemieszczanie prądów morskich związane jest z różnicą temperatur wody i jej gęstości zmieniających się pod wpływem wiatrów wskutek ruchu obrotowego Ziemi. Zimna woda w głębi oceanów płynie od strony biegunów. Wiatry przepychają ciepłą, podgrzaną przez Słońce wodę po powierzchni oceanów, z jednej strony globu na drugą. Płynie ona potężnymi meandrującymi strumieniami. Wymiana ciepła między oceanem i atmosferą wywiera decydujący wpływ na klimat oraz życie w samych oceanach.
Prądy głębinowe są zasilane przez wody pochodzące z obszarów polarnych. Jako zimne i cięższe wpływają w niższych szerokościach geograficznych pod cieplejsze i lżejsze warstwy powierzchniowe. Prądy powstające wskutek różnic gęstości wody, spowodowanych różnica temperatury i zasolenia, nazywamy prądami termohalicznymi.
Zimna woda przydenna, która opada kaskada przez Cieśninę Duńską, rozpoczyna swoją podróż w kierunku północnego Oceanu Atlantyckiego. Między Islandią i Grenlandią ma za sobą długą drogę. Przemieszczając się na północ, stale oziębia się na powierzchni.
Na Morzu Norweskim woda zaczyna zamarzać, co podnosi zasolenie w warstwie powierzchniowej. Rosnące zasolenie obniża temperaturę zamarzania do –20C. Niska temperatura i wzrost zasolenia tak bardzo zwiększa gęstość, że woda opada na dno, rozpoczynając podróż powrotną do Atlantyku – tym razem jako prąd głębinowy. W czasie drogi w kierunku równika spada do głębokiego basenu Atlantyku, utrzymując się w pobliżu dna oceanu, i wypycha ku górze zalegającą tu cieplejsza wodę.
Cyrkulacja oceaniczna, podobnie jak atmosferyczna, jest modyfikowana przez ruch wirowy Ziemi i stanowi skutek nierównomiernego rozkładu promieniowania słonecznego. Różnice gęstości wody powodują wytworzenie się prądów głębinowych, natomiast prądy powierzchniowe są spowodowane wiatrami – są to tzw. prądy dryfowe. Tak tworzy się np. dryfowy Prąd Zatokowy (Golfsztrom), niosący ciepła wodę od południowych krańców Florydy ku północy, wzdłuż wschodnich wybrzeży ameryki Północnej, aż do brzegów Nowej Fundlandii.
Wiatry pasatowe wiejące na półkuli północnej z północnego wschodu, a na południowej z południowego wschodu, kierują wody okołorównikowe na zachód. Te prądy mogłyby otoczyć kulę ziemską, ale kontynenty uniemożliwiają przepływ wody i zmuszają do cyrkulacji okrężnej. Prądy zataczają duże koła w strefie zwrotnikowego pasa wysokiego ciśnienia atmosferycznego.

Na półkuli północnej woda krąży zgodnie z ruchem wskazówek zegara, na południowej w kierunku przeciwnym. Woda płynie do centrum tego ogromnego wiru, gdzie się spiętrza i wytwarza podciśnienie, które przeciwdziała efektowi siły Coriolisa.
Równowaga tych dwóch sił powoduje powstanie prądu zwanego geostroficznym. Prowadzi on ciepłe, szybko płynące wody wąską wstęgą po zachodniej stronie oceanów w kierunku równika.
Prądy powierzchniowe, podobnie jak pozostałe prądy oceaniczne, nie płyną równym strumieniem. Na obrzeżach tworzą się zawirowania o średnicy setek kilometrów, które następnie odrywają się od głównego prądu. W Prądzie Zatokowym zawirowania i odnogi prądu tworzą się wówczas, kiedy prąd, płynąc przez północny Atlantyk, zaczyna meandrować. Te prądy boczne transportują masy różnych wód z różnych obszarów oceanu, także poza granicę frontalną między cieplejszymi i zimniejszymi wodami. Ciepła i zimna woda może połączyć się w wirze i wymieszać. Dodatkowo wiatr tworzy wysokie fale i popycha wody powierzchniowe. Wraz z różnicami gęstości i ruchem wirowym Ziemi prądy i wiry są głównymi dystrybutorami ogromnych mas ciepła wokół kuli ziemskiej. Równoważący transport ciepła ma fundamentalne znaczenie dla klimatu naszej planety.
Podnoszenie i obniżanie poziomu morza jest rezultatem siły przyciągania Księżyca i Słońca, połączonego z siłą odśrodkową, powstającą w wyniku obracania się Ziemi z Księżycem. Dobowe wahania poziomu wody odzwierciedlają cykl miesięczny , odpowiadający krążeniu księżyca dookoła Ziemi, oraz roczny, spowodowany ruchem Ziemi dookoła Słońca. Poziom wody w oceanie światowym zmienia się wszędzie, ale widoczne jest to tylko na wybrzeżach. Tam gdzie woda styka się z lądem, tam powstaje zjawisko przypływu i odpływu, ogólnie zwane pływami.
Na wielkość pływów ma wpływ zarówno kształt linii brzegowej, jak i ukształtowanie dna oceanu, a także wielkość przylegających lądów. Np. w Wietnamie i na Karaibach obserwuje się każdej doby księżycowej jeden przypływ i jeden odpływ, zwane pływami „dobowymi”. Na wybrzeżach Morza północnego każdej doby księżycowej występują dwa przypływy i dwa odpływy o podobnej wysokości – nazywa się je pływami „półdobowymi”. Kąt pomiędzy orbitą Księżyca i równikiem ziemskim zmienia się od 280N do 280S , co także wpływa na wysokość pływów – wzrost poziomu morza jest pochylony przeciwnie do rotacji Ziemi i wpływa na wysokość fal.
Na niektórych obszarach kuli ziemskiej występują oba rodzaje pływów, zarówno dobowe, jak i półdobowe, np. wybrzeża oceanów Spokojnego i Indyjskiego mają przeważnie pływy mieszane. Na morzach zamkniętych, takich jak Śródziemne czy Bałtyckie, zmiany poziomu wody wywołane pływami są niewielkie (o,4 m). Szczególnie niebezpieczne są przypływy w estuariach rzek: w lejkowatym ujściu rzeki następuje nagłe spiętrzenie wody, która może utworzyć falę wysoką nawet na 8 m, stromą jak ściana i przemieszczającą się z prędkością 25km/h w górę rzeki. W dużych rzekach echo pływów można dostrzec daleko w głębi lądu, na Łabie do 148 km, na Amazonce nawet do 1000km.
Fala przypływu może składać się z wielu lokalnych, różnych fal, więc dokładne określenie wysokości przyszłej fali nie jest takie proste. Jednym z czynników utrudniających prognozowanie jest pogoda, która może oddziaływać stymulująco lub hamująco na przebieg zjawiska. Mocne wiatry wiejące z jednego kierunku przez dłuższy czas i skrajne wartości ciśnienia atmosferycznego mogą zmieniać wysokość fal pływów nawet o ponad 3 m. Wiatr może spiętrzać wodę na wybrzeżu lub odpychać ja od brzegu, natomiast wysokie ciśnienie atmosferyczne przyciska wodę i zapobiega jej podnoszeniu się, a niskie ciśnienie działa odwrotnie – pozwala na większy niż zwykle wzrost poziomu.
Zmiana ciśnienia atmosferycznego o 1 hPa odpowiada zwykle za zmianę wysokości przypływu o 1 cm. Dlatego zmiana ciśnienia atmosferycznego może skutkować wahaniem poziomu wody nawet o 50 cm. Wiatry i pływy oddziałują na prądy przybrzeżne, które w cieśninach morskich osiągają prędkość do 29 km/h. Na wybrzeżach płaskich tworzą się charakterystyczne wiatry, które przy odpływie są osuszane.
Główną przyczyną powstawania fal jest wiatr, wiejący ponad otwartą przestrzenia oceanu. Raz wprawiona w ruch fala przesuwa się przez oceany, nawet jeśli wiatr dawno już ustał 9tzw. martwa fala). Fale z różnych obszarów i kierunków łączą się i sprawiają, że powierzchnia oceanu faluje. Zmienna pogoda, lokalne wiatry wiejące stale z jednego kierunku i prądy morskie maja dodatkowy wpływ na system falowania morza. Martwa fala, która dociera do wybrzeża Kalifornii, mogła zostać wzbudzona w sztormowych regionach Nowej Zelandii, a fale powstałe w pobliżu przylądka Horn mogą rozbijać się 10 000 km dalej u wybrzeży zachodniej Europy. Fale oceaniczne przenoszą dookoła globu ziemskiego olbrzymie ilości energii.
Cyklicznie co 10 lat w okresie świąt Bożego Narodzenia pojawia się na Pacyfiku zjawisko zwane po hiszpańsku El Niño (Dzieciątko). W czasie działania El Niño stałe kierunki wiatrów i prądów oceanicznych ulegają odwróceniu, pociągając za sobą katastrofalne skutki. W latach 1982 – 1983 temperatura powierzchni Oceanu Spokojnego na równiku podniosła się o 7oC. Indonezję i Australię nawiedziła plaga suszy, podczas gdy Ekwador i Peru zalały deszcze 300 razy obfitsze niż zazwyczaj. Przypadki El Niño można łączyć z wyższą aktywnością plam słonecznych pojawiających się w analogicznych odstępach czasu.
Gdyby Ziemia miała budowę symetryczną powierzchnia oceanów byłaby najcieplejsza na równiku. Najwyższe temperatury pojawiają się kilka stopni na północ od równika. Wyjaśnieniem tego zjawiska jest fakt, że większość wód morsi8ch świata zalega na półkuli południowej, gdzie lądy zajmują zaledwie 19% powierzchni. Ponieważ ląd ogrzewa się szybciej niż woda, kontynenty półkuli północnej ogrzewają otaczające morza bardziej niż te na półkuli południowej.