Вихори відкритого океану

Як важко зробити відкриття. До числа найбільш важливих подій в океанології за останні 20 років відноситься відкриття величезних вихорів. Ніхто не припускав, що у відкритому океані можуть бути грандіозні вихори. Раніше знали тільки вихори, що утворюються в швидких течіях поблизу морських берегів. Було відомо також, що сильні вихори можуть виникати в прибережній смузі під час припливів-течій. Перший вихор у відкритому морі було зафіксовано експедицією Інституту океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР.

У 1967 р в Аравійському морі радянськими дослідниками проводилася експедиція під назвою «Полігон-67». Думка про користь полігонних досліджень була висловлена відомим радянським вченим В. Б. Штокманом ще в 1935 р .: щоб отримати правильне уявлення про фізичні процеси в будь-якому районі світового океану, необхідно досить довго спостерігати за тим, що відбувається в одному і тому ж районі. Не відразу це було прийнято океанологами. Півстоліття тому Світовий океан здавався куди більш стабільним. Встановлення його мінливості - результат досліджень океанологів за останні два десятиліття. Полігон вимагає тривалого знаходження науково-дослідного судна в обмеженому районі, а отримання інформації з великих районів Світового океану - швидкого проведення довгих «розрізів» в меридіональному, широтному або будь-якому іншому напрямку. Подолати це протиріччя можна. Треба проводити різні рейси. Під час полігонного рейсу науково-дослідні судна довго працюють в обмеженому районі океану. А якщо необхідна інформація з великих районів океану, суду роблять великі переходи по заданому маршруту. В експедиції «Полігон-67» були складені карти течій під час першої та другої гідрологічних зйомок одного і того ж ділянки Аравійського моря на глибині 150 м. Тепер ми знаємо, що замкнуті лінії струму на картах показують - перед нами підводні вихори. Але в 1967 р ніхто не наважився зробити такий категоричний висновок. Карти «а» і «б» були отримані з великим розривом у часі: «а» - за даними вимірів з 21 січня по 7 лютого 1967 року «б» - з 20 березня по 6 квітня 1967 року що не дозволило встановити тісний зв`язок розвитку вихорів на обох картах.

Вчені обмежилися висновком: є добре виражені бароклинной обурення течій з горизонтальним масштабом близько 250 км. Вихори відкритого океану ще не були відкриті ...

А тепер з упевненістю можна сказати: це був великий вихор Індійського океану, діаметром в підводної частини (на глибині 150 м) близько 250 км.

синоптичні вихори. У лютому - вересні 1970 році під керівництвом академіка Л. М. Бреховских була проведена експедиція «Полігон-70». Основним її завданням було дослідження течій в типовому районі відкритого океану, т. Е. Далеко від берегів і фронтальних областей. Експеримент проводився в південній частині Північного пассатного течії Атлантичного океану з глибинами від 5000 до 5500 м.

На цьому полігоні використовувалися літеродрукувальні гідрометричні вимірювачі швидкості течії типу БПВ-2 (конструкції ленінградського фахівця Ю. К. Алексєєва), просто звані вертушками. На цей раз застосували нову методику їх використання: в досліджуваному районі океану було поставлено одночасно близько двохсот вертушок в точках, розташованих по променям прямокутного хреста. Подібна розстановка вимірювачів швидкості дозволила охопити якомога ширший спектр частот можливих коливань швидкості течії. Кожен промінь мав довжину 100 км. Центр був розташований на 16 ° 30 с. ш. і 33 ° 30 з. д. У кожному промені по 4 буя з вертушками і один загальний буй в центрі, всього 17 буїв. На малюнку на с. 21 дана схема розташування вимірювачів БПВ-2. На тросах, прив`язаних до кожного буя, розміщувалося по 10 вертушок на глибинах від 25 до 1500 м. Одночасно використовувалися і автономні реєстратори температури води.

Майже півроку працювали науково-дослідні судна Інституту океанології на цьому відносно невеликому квадраті в океані: стежили за збереженням буїв, перевіряли їх розташування, перезаряджали або змінювали вертушки, виконували загальну гідрологічну зйомку. Щоб виявити вихори і простежити їх переміщення по океану, необхідно було досить довго вести безперервні вимірювання на обраної акваторії. Вертушки простояли на полігоні майже шість місяців. Потім їх записи швидкості і напряму течій були оброблені на ЕОМ. В результаті був надійно зафіксований чудово виражений антіціклоніческій вихор (це обертання води за годинниковою стрілкою для північної півкулі), що проходив через район полігону в напрямку на захід - південний захід з початку квітня до початку липня 1970 г. Цей вихор був названий Головним вихором.

Одночасно була зареєстрована задня частина ще одного антіціклоніческого вихору, який рухався попереду Головного вихору. Вихори йшли майже впритул один за іншим.

Головний вихор мав форму еліпса з відношенням осей приблизно 1: 2. Мала піввісь вихору була розміром близько 100 км-вона визначалася як відстань від центру вихору до точок з максимальною орбітальною швидкістю на периферії вихору (відстань «а» на малюнку). Середня швидкість руху його центру за час квітень - липень 1970 була 5,5 см / с. А найбільша орбітальна швидкість руху води на периферії вихору досягала 35 см / с на глибинах 400-600 м.

Відео: 5 П`ять Неймовірних Подій в Океані

Подібні вихори отримали назву синоптичних. Синоптичними в метеорології називаються зміни з періодом від декількох діб до декількох місяців. З відкриттям вихорів в океані цей термін міцно увійшов в океанології.

Механізм утворення вихорів. Найцікавіше полягає в тому, що океанський вихор виявився хвилею Россби. До такого висновку прийшов доктор фізико-математичних наук М. Н. Кошляков після ретельного вивчення результатів роботи на «По-Лігон-70».

На малюнку приведена схема Головного вихору. Буквою L позначена довжина хвилі. Підрахунок за відомою формулою Россби дав значення розмірів вихору, досить близько збіглося з експериментальними даними.

Схема головного антициклону на «Полігоні-70». Еліпси - лінії струму в поле течій вихору, прямі лінії - в поле хвилі, L - довжина хвилі, а - відстань від центру вихору до струменя з максимальною швидкістю, з - швидкість поступального руху вихору, с. - Фазова швидкість хвилі- х, у - прямокутні координати.

Сьогодні синоптичні вихори відкритого океану розглядаються доктором фізико-математичних наук М. Н. Кошлякова і іншими вченими як складний синтез хвиль Россби і великомасштабної турбулентності. Кожен вихор - своєрідний комплекс з високоорганізованого фізичного процесу (хвиля Россби) плюс чисто випадкове турбулентний завихрення великого масштабу. Відсоток турбулентної «домішки» може сильно коливатися від вихору до вихору. У цьому полягає одна з труднощів вивчення і прогнозування вихорів відкритого океану.

Вихори синоптичного масштабу раніше були відомі тільки в атмосфері. Океанологи не відразу визнали факт освіти їх в океані. Нині це більше не викликає сумнівів. Вихори утворюються завдяки бароклинной нестійкості великомасштабних течій.

Повідомлення радянських вчених про переміщаються в океані величезних вихорах викликало інтерес у вчених-океанологів у всьому світі. У 1973 р американські вчені на своєму полігоні в Саргасовому морі в розширеному масштабі повторили вимірювання і підтвердили результати радянських дослідників. Американський експеримент отримав назву «Моді-1».

У 1974 р на новому полігоні в районі Субарктичний фронту в північно-західній частині Тихого океану радянські вчені, що працювали на науково-дослідних суднах «Витязь» і «Дмитро Менделєєв», відкрили ще один вихор. Він - найбільший, овальної форми, розмір його по великій осі близько 150 миль (1 морська миля = тисячу вісімсот п`ятьдесят два км), швидкість течії на його периферії досягла 100 см / с. Вихор проникав на глибину до 3000 м.

Відео: смажу акул на багатті У ВІДКРИТОМУ ОКЕАНІ! RAFT # 2

У південно-західній частині Саргасового моря з липня 1977 по вересень 1978 року була проведена спільна радянсько-американська експедиція під умовною назвою «ПОЛІМОДЕ». У ній брали участь 10 науково-дослідних суден. Основою експерименту були 19 буйкових станцій Інституту океанології, які розташовувалися в вузлах сітки з рівносторонніх трикутників. Центр сітки знаходився на 29 ° с. ш., 70 ° з. д., відстань між станціями - 72,7 км. На цьому полігоні було знайдено багато різних вихорів. Особливо сильні вихори (гідрофізики називають їх бароклинной) були зосереджені в шарі головного термокліна або вище його. Швидкість течії в них сягала 70-80 см / с на горизонтах 100 і 400 м, що значно вище середньої швидкості течії в обстеженій районі Саргасового моря.

зіткнення вихорів. На полігоні «ПОЛІМОДЕ» вперше була отримана інформація про поведінку вихорів при зустрічі один з одним. На початку квітня в південну частину полігону увійшов великий вихор зі сходу, а в кінці квітня в північно-західну частину вторгся з півночі такий же сильний вихор. На початку травня відбулося різке зближення, що супроводжувалося їх частковим злиттям. В результаті в тилу виникла сильна струмінь води південно-східного напрямку, щільність кінетичної енергії якої зросла в 12 разів. Ефект небаченої концентрації енергії було простежено в верхньому шарі океану завтовшки 1000 м.

Відео: відразу з акулами У ВІДКРИТОМУ ОКЕАНІ!

Синоптичні вихори несуть величезні кількості енергії. Наприклад, в кінці лютого в північно-західному куті полігону сформувався вихор, повна кінетична енергія якого в шарі від 0 до 1400 м глибини була оцінена в 17·10 ¹⁴ Дж!

Вихори - енергоємні освіти. Вони можуть впливати на зміну погоди. У зв`язку з цим необхідно враховувати різницю температур води в вихорі і в навколишньому океані.

Вивчення вихорів з космосу. 1 вересня 1977 р з супутника за допомогою інфрачервоного радіометра був виявлений тільки що утворився антіціклоніческій вихор. Температура води в ньому була на 11 ° С вище температури води навколишнього океану. Найбільший розмір вихору досягав 185 км. За 5 місяців він пройшов не менш 360 миль з середньою швидкістю 4,5 км / добу. Під час цього переходу він охолоджувався: різниця температури між його водами і океаном впала до 3-4 ° С. Одночасно дещо скоротився максимальний розмір вихору - до 148 км. Зате глибина перемішаного шару води збільшилася з 50 до 100 м. За один тиждень, під час якої над ним пройшли два шторми, верхній шар води вихору товщиною 200 м охолов на 1 ° С. Розрахунок показав віддачу енергії поверхнею вихору в атмосферу, рівну +1357 Вт / м².

Щоб оцінити величезну величину останньої цифри, згадаємо, що сонячна постійна дорівнює 136Р Вт / м². Виходить, що вихор віддавав енергію з такою ж інтенсивністю, яку дає випромінювання Сонця в космосі і який ніколи не буває на рівні поверхні океану через поглинання випромінювання в атмосфері.

Відзначимо, до речі, що в наш час сонячна постійна, одна зі світових констант, перестала бути постійною ... Як нещодавно повідомила група американських дослідників під керівництвом Р. Уїлсона, загальна інтенсивність сонячного випромінювання за 1980-1985 рр. знизилася на 0,1%. Зменшення сонячної радіації відбувалося зі швидкістю приблизно 0,019% на рік. Якщо процес: зменшення радіації Сонця продовжиться і далі з тією ж швидкістю, то до 1990 р сумарне загасання складе 0,2%. В цьому випадку сонячна «постійна» стане рівною 1357,4 Вт / м², т. е. буде близька до величини віддачі потужності вихором. Вілсон пов`язує зменшення інтенсивності випромінювання зі звичайним одинадцятирічним циклом сонячної активності. На користь цього припущення свідчить одночасно спостерігалося його групою зменшення магнітної активності.

У колишніх прогнозах сонячної активності можливість таких коливань не враховувалася. Однак, як вважає автор, реальної небезпеки для клімату Землі виявлене зменшення інтенсивності випромінювання Сонця, мабуть, поки що не становить.

У теплообміні вод вихору з повітрям особливу роль відіграють потоки прихованого і відчутного тепла (випаровування з поверхні води вихору). Воно залежить від швидкості вітру, питомої вологості повітря в приводному шарі і різниці температури між повітрям і водою. При різниці близько 10-11 ° С випаровування може бути дуже великим. Тому великий теплий вихор при певних умовах може накоїти чимало лиха, сприяючи утворенню смерчів (торнадо, ураганів). Факт поглиблення циклонів при виході їх на теплу поверхню океану добре відомий.

За даними радянських вчених, вихор віддає тепло атмосфері більш інтенсивно, ніж поверхня невозмущенного океану при тих же умовах. Інший і режим теплообміну над вихором.

Вихори бувають і холодні. Підхід до берегів великого вихору може викликати похолодання. Особливо якщо вихорів буде багато, якщо вони підуть одна за одною. Наприклад, біля східного узбережжя Камчатки були виявлені цілі ланцюжки великих холодних вихорів, температура води в яких була на 5 ° С нижче температури оточуючих вод. В цілому питання про вплив вихорів на атмосферні процеси ще недостатньо вивчений. Метеорологи оцінюють такий вплив як потенційно істотне.

Після обробки фотографічних знімків, зроблених з борту американського штучного супутника Землі «Лендсат-2» з висоти 915 км, були виявлені вихори діаметром близько 30 км. На одному з фотознімків зафіксовано відразу не менше восьми вихреобразное утворень на поверхні океану, в тому числі три добре розвинених подвійних кільцеподібних вихору.

А в 1985 р експедиція Інституту океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР зареєструвала в тропічній зоні Атлантики вихори розміром близько 50 км.

Отже, в океанах зустрічаються вихори великого діаметра - близько 100-300 км, середнього - близько 50 км і малого - близько 30 км. Чи є це типовим для всіх океанів? Або такий набір випадковий, пов`язаний з недостатньо великим числом вимірів? А може бути, є безперервний просторовий спектр вихорів з максимумами на окремих розмірах?

Деякі вчені вважають, що немає в океанах безперервного ансамблю вихорів всіх розмірів. А є три основних типи вихорів, розміри яких приблизно відповідають знайденим.

Дослідження океанських вихорів важливо не тільки з точки зору взаємодії океану і атмосфери, але також і для вивчення процесів передачі забруднення в океанах, впливу на біологічну продуктивність, для навігації. Доведеться, мабуть, періодично видавати або передавати по радіо синоптичні карти течій. Так, як це робиться з картами погоди. Адже кожному судну, що йде в океані, необхідно знати напрямок і швидкість течії, інакше штурман не зможе точно розрахувати шлях судна.

Але періодично отримувати точні карти течій в океані за допомогою буйкових постановок з вертушками не так-то просто. На допомогу морякам в наші дні прийшла супутникова навігація. Положення судна в море визначається з високою точністю за допомогою штучних супутників Землі. Для цього на кожному судні встановлюється особлива апаратура. Похибка у визначенні місця не перевищує ± 0,1 милі, а в разі необхідності може бути ще зменшена. Створено спрощені зразки супутникової навігаційної апаратури навіть для невеликих суден.

Супутники можуть допомогти і в швидкому складанні точних карт течій. Для цього в досліджуваному районі океану на воду спускають особливі буйки, за якими стежить супутник. Перебуваючи в режимі вільного дрейфу, буйки відстежують течії, а супутник контролює зміни їх положення і повідомляє координати буїв в Центр обробки, де швидко отримують інформацію про швидкість і напрям течій і їх зміни в різних районах Світового океану.

Відео: ЗБУДУВАВ ДІМ ДО НЕБЕС У ВІДКРИТОМУ ОКЕАНІ! ЖЕСТЬ! RAFT # 3

Є і інші радіотехнічні засоби визначення місцезнаходження суден в море, не пов`язані із супутниками. Деякі з них відрізняються надзвичайно високою точністю визначення. Наприклад, радянські фазові радіогеодезичні системи для проведення різних морських досліджень дають «прив`язку» з помилкою в межах від 2-3 до 30 м на відстанях від станцій до 200 км вночі і до 300 км вдень. Вказується місце судна в умовних координатах, які легко перерахувати в звичайні географічні координати, т. Е. Широти і довготи. Настільки точне визначення місцезнаходження судна потрібно при проведенні різних геофізичних досліджень на морському дні. Наприклад, при пошуках нафти і інших корисних копалин, при бурінні, при аварійно-рятувальних роботах і для інших цілей.