Аргументы Недели Общество  → Природа 13+

О том, как синоптические вихри в океанах формируют погоду на Земле и трудностях глубинных исследований

, 15:45 , Специальный корреспондент

О том, как синоптические вихри в океанах формируют погоду на Земле и трудностях глубинных исследований
Фото: provsyo.ru

Человечество не сразу разобралось в том, как мировой океан влияет на формирования климата на Земле. Исследователи долго бились над познанием природы волн, затем изучали причины возникновения приливов и отливов. В какой-то момент было открыто и такое явление, как океанические течения. Затем исследователи узнали о существовании синоптических вихрей, влияющих на формирование циклонов, тайфунов и ураганов. Далее, учёные пришли к выводу о цикличности колебаний земного климата. И о том, что климатические изменения имеют более глубинные процессы, чем это представлялось ранее. На климатические изменения влияет движение не только океанических течений и синоптические вихри, но и перемещение магмы, лунная и солнечная гравитация, и опять же активность нашего светила.

В нижеизложенном материале использовались публикации: Ричарда Хэмблина, М. Н. Кошлякова, В. Н. Белокопытова из Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, (Москва), Морского гидрофизического института РАН (Севастополь).

ПРИРОДА ВОЛН

Волна является одним из самых загадочных явлений в мире. Если речь идёт о морской или океанской волне, известно, что она является средством передачи энергии, но не водной массы. Когда волна накатывает на берег, она превращается из волны колебаний, переносящей энергию, в движущуюся водой волну трансляции, более известную, как «перемывание». Волны чаще всего генерируются под воздействием ветра на водную поверхность.

Волны классифицируются в соответствии с их периодом или длиной (расстояние между двумя гребнями), от самых маленьких капиллярных до величайших. Это явление куматологи, от греческого kumas (волна), термин, придуманный одержимым волнами английским географом Воганом Корнишем в 1899 году. Капиллярные волны — это небольшие, волновые возмущения, которые впервые появляются на поверхности воды, обдуваемой ветром. Структура капиллярных волн обусловлена легкими бризами (дующими со скоростью около 4 метров в секунду), которые генерируют волны длинной менее 0,6 дюйма (1дюйм =2,54 см). Пороговая длина волны, при которой она начинает движение, превышает 0,7 дюйма: все, что короче этого, будет подавлено гравитацией.

Гравитационные волны возникают, когда её длина вырастает примерно до 1,5 м. Небольшая выпуклость в форме волны необходима, чтобы дать ветру упор для работы. Когда волна превышает длину около 256.5 м, она перестаёт зависеть от воздействия ветра. Максимальная длинна гравитационных волн не превышает 885 м. Во время движения, волны практически не теряют энергию пока не встречаются с препятствием.

Самыми длинными волнами из всех являются приливы, или вертикальные движения морской воды, связанные с гравитационным притяжением Луны и Солнца. Приливы и отливы происходят на противоположных сторонах океанов нашей планеты одновременно. Большинство прибрежных районов испытывают два прилива и два отлива каждый лунный день, который на пятьдесят минут длиннее (24 часа и 50 минут), чем солнечный день, потому что Луна вращается вокруг Земли в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг своей оси. Поэтому Земле требуется немного больше времени, чтобы «догнать» Луну. Участок океана, ближайший к Луне, под действием силы её гравитации поднимается в восходящую выпуклость. А вращение Земли заставляет двигаться эту выпуклость вокруг поверхности планеты.

Приливы являются глобальными явлениями, но они также имеют локальные и региональные импровизации — вихри и водовороты. Их космическую регулярность несколько корректируют ветры, погодные условия, а также местный ландшафт.

Гравитация Луны и Солнца могут создать прилив или отлив высотой не более 0,5 м. Всё, что выше это следствия влияния структуры прибрежной суши и других факторов. Максимально приливно-отливные колебания могут составить до 15 м. Влияние на природу приливов и отливов формы береговой линии настолько велико, что местами это явление происходит только один раз в сутки. Приливы обычно длятся около шести часов, такой же временной отрезок занимают и отливы. Водовороты возникают под воздействием приливных течений и под влиянием форм дна.

ОКЕАНИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ

Течения, в отличие от волн, перемещают водную массу и имеют другую природу. Издревле при пересечении Атлантики моряки познали на себе, что плавание из Америки в Старый Свет длилось на две недели меньше, чем путешествие в обратном направлении. Этот феномен весьма тревожил британское адмиралтейство, но объяснить Лондонским властям его смог только Бенджамин Франклин. Оказалось такое явление, как быстротекущая океанская река в северной Атлантике, то есть Гольфстрим, было уже известно китобоям с острова Нантакет, расположенного у северо-восточных берегов США. Во время плавания в апреле-мае 1775 года Франклин изучил это течение, и определил, что оно несёт тёплые воды и даже отличается по цвету от остальной массы вод Атлантического океана и что «она не сверкает ночью» под светом Луны.

Исследования продолжил в середине XIX века правнук Франклина Александр Даллас Бэйч, который создал и применил основы современной океанографической съемки. Байче гордился тем, что продолжил океанографическую работу, начатую его прадедом, хотя это стоило жизни его брату Джорджу, морскому офицеру, командовавшему исследовательским бригом «Вашингтон», который был выброшен за борт вместе с десятью членами своей команды во время шторма у мыса Хаттерас во время исследования Гольфстрима в сентябре 1846 года. Учёный поставил себе задачу ответить на следующие вопросы: каковы пределы Гольфстрима на этой части побережья США, на поверхности и под поверхностью; являются ли они постоянными или переменными, меняются ли они с сезоном, с преобладающими и различными ветрами; каково влияние большего или меньшего количества льда в окрестностях; как лучше всего распознать границы течения (по температуре на поверхности или под поверхностью, по зондированиям, по характеру дна, по своеобразным формам растительной или животной жизни, по метеорологии, по солености воды?); каковы направления и скорости различных течений в общем потоке Гольфстрима и прилегающих к нему течениях на поверхности, под поверхностью, и каким вариациям они подвержены?

В конце концов был сделан вывод, что эффект большой циркуляции Гольфстрима заключается в передаче значительного количества тепла через Северную Атлантику, которая превышает почти в сто раз мировую необходимость в энергии. Объединив ряд физических, химических, геологических, биологических и метеорологических факторов, Бэйч расширил океанографию до понимания океана как сложной системы физических и биологических взаимосвязей.

В последующие столетия курс и темп Гольфстрима отслеживались и измерялись, как и изменения, которые он претерпевает, пересекая северную часть Атлантики. В ходе движения на север значительная часть теплой тропической воды охлаждается и испаряется, оставляя после себя более соленую, «тяжелую» воду. К тому времени, когда он достигает Норвежского моря, охладившаяся в Гольфстриме вода начинает погружаться ко дну океана, поворачивая на юг к экватору в холодном противотоке, который в конечном итоге вернет его в точку, где началось его путешествие. Результатом этой большой циркуляции является передача значительного количества тепла через Северную Атлантику, влияние этого фактора ощущают на себе жители Старого света, особенно Скандинавии. Гольфстрим обеспечивает в этой части земной суши более мягкие зимы, чем таковые в Восточной Европе, Азии или в Северной Америке на тех же широтах.

СИНОПТИЧЕСКИЕ ВИХРИ

Учёные уже давно пришли к выводу, что океанические течения влияют на формирование циклонов, тайфунов и штормов на планете, на образование которых в свою очередь влияют крупные вихревые движения воды, формируемые теми же океаническими течениями. Пик исследований синоптических вихрей в океане на полигонах пришёлся на 1970–1980-х годы. До этого считалось, что наиболее мощными источниками энергии для синоптических движений являются океанские течения Гольфстрим и Куросио. Теперь взгляд на данное явление значительно изменился. Сейчас к таковым относят: район рециркуляции течения Агульяс, система Куросио, система Гольфстрима, район слияния Бразильского и Фольклендского течений, Антарктическое Циркумполярное течение (АЦТ) и Восточно-Австралийское течение.

Современные технологии позволили проводить измерения с большой точностью. Благодаря чему стало известно, что радиусы синоптических вихрей (СВ) в более чем 90% случаев имеют величину от 50 до 150 км, причем существенных различий между размерами циклонов и антициклонов не выявлено.

Ещё в 1930-е годы стало известно о существовании океанических вихрей и меандрирования струйных течений в Гольфстриме и в Куросио. Их диаметры доходят до 200 км. Они различимы по температуре воды. Были замечены слабые вихревые процессы (диаметром до 20 км) в термохалинной структуре вод, там, где холодная более плотная вода уходит вглубь океана, а тёплые воды стремятся к его поверхности. В 1950–1960-х годы появилась возможность проводить синоптические гидрологические съемки с помощью нескольких судов, тогда же стали внедряться в океанографическую практику радионавигационные системы, батитермографы, электромагнитные измерители течений, поплавки нейтральной плавучести, что в результате способствовало более надёжному обнаружению вихрей. Их обнаружили не только в «русле» Гольфстрима и Куросио, но и в Мексиканском заливе, в зоне Восточно-Австралийского течения, а также в других частях Мирового океана. Эти и последующие исследования позволили создать теорию, которая объяснила возникновение и развитие вихревых образований в океане как результат взаимодействия различных физических процессов. К сожалению, те явления, которые происходят на больших глубинах пока не удаётся изучить. Применение спутников так же не даёт возможности увидеть всю картину образования синоптических вихрей. Для этого необходимо погружение в океанские глубины. На данный момент современные методы позволяют более точно определять размеры СВ, скорость их перемещения, знак вращения, нелинейность, направление движения, отклонение траекторий и т. д. С развитием технологии и методов исследования, а также цифровизация процесса, компьютерное моделирование позволяют учёным продвигаться в познании природы вихревых процессов.

ВАЖНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате исследований еще в 1970-е годы в тропической Атлантике был обнаружен хорошо выраженный антициклонический вихрь эллипсоидной формы с малой полуосью около 100 км и большой полуосью 200 км. Чуть позже в Саргассовом море, к юго-западу от Бермудских островов наблюдались приметно такие же вихревые движения, которые функционировали около 100 дней и занимали водное пространство радиусом около 70 км. Их интенсивность возрастала при приближении к Гольфстриму и Северному Пассатному течению – и на участках с «повышенной расчлененностью дна». Ещё через 4- 6 лет было обнаружено «22 вихря с почти равной повторяемостью циклонического и антициклонического вращения, которые перемещались через полигон в западном направлении со скоростью 2–10 см/c». Уровень изменений СВ со временем оказался значительным. Замеры продолжились в 1980-е годы. Тогда же учёные пришли к выводу, что «основной причиной генерации синоптических вихрей является бароклинная неустойчивость сильных течений». В работах, посвящённых этим исследованиям, указывается: «Антициклоническая загруженность вихрей хорошо соотносится с антициклоническими меандрами южной периферии противотечения Гольфстрима; кинетическая энергия увеличивается в направлении стрежня противотечения Гольфстрима; относительное смещение центров возмущений полей давления и плотности располагается именно в том направлении, которое обеспечивает максимальное высвобождение доступной потенциальной энергии противотечения Гольфстрима». Во второй половине 1987 года исследования проводились в северо-западной части Тихого океана в районе Субарктического фронта, где было зафиксировано более 20 синоптических вихрей.

Использование спутниковых и дрейфовых технологий позволило получить множество новых данных. Однако, ученые пришли к выводу, что «спутниковая информация относится лишь к поверхностному слою океана, а степень ее репрезентативности для более глубоких слоев требует специального изучения». Так же отмечается, что исследованиям мешает отсутствие точных данных об истинной форме геоида нашей планеты и не только это. В общем, всё самое интересное в процессе познания синоптических вихрей ещё впереди и находится на большой глубине.

ГОЛЬФСТРИМ УЖЕ ЗАМИРАЛ

В 2021 году ученые обнаружили «почти полную потерю стабильности» течений Атлантического океана. Сейчас их скорость достигла минимальной за 160 лет. Согласно новым данным, течения могут практически остановиться. И это приводило и приведёт в будущем к климатическим изменениям и катаклизмам во всем мире. Станет меньше дождей, пострадают урожаи в Индии, Западной Африке и Южной Америке. В Европе понизится температура, поднимутся бури. На западе Северной Америки поднимется уровень моря. Под удар могут попасть ледники Антарктики и тропические леса Амазонии.

Течения в Атлантическом океане — сложная система. Это касается не только Гольфстрима. Ученые не могут предсказать точную дату его остановки. Худшее может произойти как через десять лет, так и через несколько веков. Некоторые из исследователей говорят о цикличности изменений земного климата. Это означает, что ныне текущие явления не подвластны человеку.

Существует и другое мнение, что нынешнее глобальное потепление носит исключительно антропогенный характер. Если это так, то человек в состоянии предотвратить катастрофу, изменив своё отношение к потреблению земных ресурсов, переходу к чистой энергетике и к выбросу парниковых газов промышленными предприятиями и транспортом, авиационным, автомобильным и морским.

Поговорим и о другой точке зрения. Павел Константинов — кандидат географических наук, доцент кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ считает, что для Гольфстрима нормально замедляться и ускоряться — эти изменения можно заметить в пределах человеческой жизни. Но фатальных последствий нет, потому что основной фактор переноса тепла — атмосфера, а не течение.

Также есть мнение, что нынешнее потепление связано с повышенной тектонической и вулканической активностью на планете. То есть, Земля, как бы, сама себя подогревает изнутри.

Есть еще одна версия изменения климата. Американские ученые считают, что глобальное потепление влияет на скорость колебания наклона земной оси. Данные были получены и проанализированы от спутников NASA. Изменение наклона оси планеты происходит постоянно, на это влияет распределение её веса в различных частях геоида, по мере смещения магмы в глубинных частях планеты, из-за трансформации её поверхности.

Несмотря на множество мнений, учёные сходятся в одном: человек несёт ответственность за загрязнение окружающей среды, как бытовыми, так и промышленными отходами. От этого страдают и флора, и фауна Земли. «Благодаря» экономической деятельности человека под угрозой вымирания находятся многие виды рыб, животных и растений и с этим срочно необходимо что-то делать.

Добавьте АН в свои источники, чтобы не пропустить важные события - Яндекс Новости

Общество

Мишустин подписал постановление об увеличении выплат на 8,4 процента с 1 февраля

Аргументы НеделиАвторы АН

Аргументы НеделиИнтервью

Происшествия