Николай Вершинский - Загадки океана
На рисунке на с. 136 приведены построенные С. Л. Мещановым изотермы, характеризующие распределение температуры воды в линзе и около нее. Это — разрез по меридиональному направлению, сделанный на широте 19°40′ с. ш.
На рисунке на с. 137 дано распределение температуры воды для глубины 1 тыс. м в горизонтальной плоскости. На обоих рисунках линза четко обрисована замкнутыми линиями изотерм.
Объем линзы грандиозен — 2400 км3 воды, более теплой и более соленой, чем окружающая ее вода. Наблюдения за линзой показали, что она двигалась в северо — восточном направлении со скоростью примерно 1,1–1,6 мили в сутки. Одновременно линза вращалась в горизонтальной плоскости. Скорость вращения, измеренная на окружности линзы, около 30 см/с. Направление вращения антициклоническое.
При своем движении в толще океана линза переносит 6,611018 Дж тепловой энергии плюс 2,891011 кг соли.
Вода, из которой состоит линза, средиземноморского происхождения. Она приходит в Северную Атлантику с нижним течением Гибралтарского пролива. Ядро линзы с температурой около 10 °C и соленостью около 36 0/00 образовалось при смешении средиземноморской воды с водами Атлантического океана в районе к юго — западу от материкового склона Пиринейского полуострова между параллелями 34° и 42° с. ш. и 9° и 14° з. д. в слое на глубинах от 800 до 1400 м. Больше подобной воды нигде нет. Этот район является, видимо, местом образования линз. Какие-то еще не вполне понятные причины приводят к тому, что они зарождаются именно! здесь, и в довольно большом количестве. Некоторые ученые считают, что линза образуется каждые 15 суток и живет от 1 до 3 лет. Поэтому одновременно в Северной Атлантике странствуют не менее 50 линз, а возможно, и значительно больше — до 100 и более. При таком большом количестве они, по — видимому, оказывают заметное влияние на тепловой и солевой баланс Северной Атлантики. В чем оно выражается? Все это надо исследовать.
Итак, линзы не такой уж редкий элемент структуры океана. Были они в океанах и раньше. Но их не замечали, хотя иногда измерительные приборы и показывали неожиданное повышение температуры воды в глубинах: его обычно относили за счет инверсии или интрузии.
Найдено много линз. Но еще не найдены ответы на множество вопросов, связанных с ними. Например: как образуются линзы? Почему они не смешиваются с окружающей их водой океана? Почему практически не замечено понижение температуры воды в линзе? Много ли линз в других опанах? Как долго они живут и какую роль играют они там? Зачем‑то ведь они нужны?
Скользкая вода. В 1968 г. английские ученые, наблюдая за движением яхт в прибрежной полосе, заметили, что иногда они движутся быстрее, чем обычно. Этот эффект получил название «скользкое море». Возникновение эффекта было объяснено сни жением потерь корпусов яхт на турбулентное трение.
Коэффициент турбулентного трения в приповерхностном слое воды значительно уменьшался благодаря образованию в водах залива устойчивой стратификации. При наличии устойчивой стратификации турбулентные пульсации в приповерхностном слое воды подавляются. Поэтому корпус яхты, не очень глубоко сидящей в воде, испытывает значительно пониженное сопротивление своему движению. Овладение этим секретом позволило английским яхтсменам одержать победу на Олимпиаде в Акапулько.
Оставался неясным вопрос, имеет ли эффект скользкой воды местный характер, или он возможен и в условиях открытого океана. Физические условия возникновения скользкой воды не были установлены. Никто не связывал образование скользкой воды с особенностями дневного прогрева верхнего слоя океана.
Советские ученые А. В. Соловьев и В. Н. Кудрявцев недавно провели в Атлантическом океане интересные эксперименты, позволившие получить ответы на эти важные вопросы (работа проводилась в экваториальной части Атлантики в 35–м рейсе НИС «Академик Вернадский»). Ученые связали образование скользкой воды с особенностями дневного прогрева самого верхнего метрового слоя океанской воды. Им удалось показать, что слой скользкой воды может образовываться не только в прибрежной зоне, но и в открытом океане. Они установили, что в зоне слабых ветров дневной прогрев верхнего слоя океана сопровождается образованием течения, сосредоточенного в верхнем метровом слое океана. Течение имеет явно выраженный периодический характер (с периодом в одни сутки). Оно затухает после захода Солнца и возобновляется с рассветом. Можно сказать, что это дневное, или «солнечное», течение.
Физическая причина возникновения течения связана с подавлением турбулентности в верхнем слое океана благодаря прогреву. В самом верхнем метре океанской воды поглощается до 60 % энергии солнечных лучей. Значительное поглощение солнечной радиации в этом слое воды приводит к существенному изменению турбулентного режима в нем.
Свои исследования ученые начали с измерения распределения температуры вблизи поверхности океана с помощью всплывающего зонда. Это дало точные данные о профиле температуры. Измерение скорости дневного приповерхностного течения производилось при помощи двух дрифтеров. Так называются небольшие поплавки с подводными парусами.
Один дрифтер имел парус с центром на глубине 35 см от поверхности, второй — на глубине 5 м. Оба дрифтера одновременно выпускались в океан со шлюпки в одной точке на расстоянии примерно в 1 км от судна. Через 20 мин положения обоих дрифтеров определялись при помощи судовой радиолокационной станции. Дрифтер с малозаглубленным парусом двигался значительно быстрее второго, практически остававшегося на месте. Расхождение между дрифтерами позволяло определить скорость течения. Погрешность измерения скорости оценивается экспериментаторами цифрой ±2 см/с. В течение февраля — апреля 1987 г. было проведено 30 серий измерений. Они подтвердили первоначальные результаты. Так было обнаружено новое периодическое течение в открытом океане.
Вместо заключения. Творческий подход, изобретение измерительных приборов или использование давно известных по новой методике непрерывно открывают нам новые стороны «Великого Неизвестного».
Исследования океанологов каждый год приносят нам новые данные о Мировом океане. Например, в ходе эксперимента ХЭБЛ (Heigh Energy Benthic Boundary Layer Experiment) было обнаружено много необыкновенных явлений. Одно из них — подводные штормы. На глубине около 5 тыс. м, у дна, возникают подводные течения со скоростью до 70 см/с. Они поднимают осадки и взмучивают воду. Возникают слои замутненной воды толщиной в несколько сотен метров. Они висят над дном, как тучи песка над Сахарой во время пыльных бурь. Ученые назвали их нефелоидными слоями. Концентрация и распределение по размерам взвешенных частиц в них могут служить важным источником информации об активности придонных течений и свойствах поверхности дна.
Открытия в Мировом океане имеют не только высокое научное значение, часто они важны и для решения практических запросов народного хозяйства. Открытие подводных залежей ценных руд — один из примеров. Для быстрого использования таких открытий необходимо творческое участие новых сил — молодежи.
В заключение хочется привести замечательные слова академика П. Л. Капицы:
«Для правильного обучения современной молодежи нужно воспитывать в ней творческие способности, и делать это надо… начиная со школьной скамьи… Это фундаментальная задача, от решения которой может зависеть будущее нашей цивилизации не только в одной стране, но и в глобальном масштабе, задача не менее важная, чем проблема мира и предотвращения атомной войны».
Краткий словарь специальных терминов
Адвекция — медленный перенос отдельных слоев воды в толще океана в горизонтальном направлении.
Апвеллинг — подъем холодных глубинных вод на поверхность океана.
Волны Россби — особый класс волн, связанных со сферичностью Земли. Такие волны бывают в атмосфере и в океане. В обоих случаях восстанавливающей силой для колеблющихся частиц (воздуха или воды) является сила Кориолиса.
Гидротермы — горячие минерализованные источники на дне океанов.
Градиент — возрастание или убывание какой‑либо физической величины на единицу длины.
Двойная диффузия — физический процесс, вызванный значительной разностью в скоростях молекулярной диффузии тепла и соли в океанской воде; приводит к образованию сложной микроструктуры в толще океана.
Диполь — два электрических заряда, равных по величине и противоположных по знаку. В океанологии этот термин применяется для описания грибовидных течений, где роль разноименных зарядов выполняют два вихря с противоположными направлениями вращения.
Железомарганцевые конкреции — минеральные образования, содержащие гидроокислы марганца и железа, а иногда и более ценные металлы, встречающиеся на дне океанов.
