книги из ГПНТБ / Лакомб, А. Энергия моря

во

ва во времени и пространстве. Движения вод моря в различных точках вызываются различными системами ветров, изменяющимися во времени и к тому же переме­ щающимися в соответствии с передвижением метеороло­ гических депрессий, с которыми они связаны. Эти движения вод возникают в областях, где указанные деп­ рессии проходят со скоростью гораздо большей, чем ско­ рость самих течений. При таких условиях часто невоз­ можно установить точные причины тех или иных коле­ баний, зарегистрированных при измерении течений в ка­ кой-либо точке моря, так как эти течения образовались задолго до момента наблюдения и вдали от данной точ­ ки под действием подвижной и неустойчивой барической системы ограниченных размеров. Именно так и случи­ лось, когда с помощью электромагнитного метода уда­ лось выполнить непрерывные измерения за значитель­ ный промежуток времени в струе Флоридского течения (между Флоридой и Багамскими островами, а также между Флоридой и Кубой). В частотпом спектре изме­ ренного потока бы » обнаружен очень широкий диапа­ зон периодичностей, но происхождение большинства зарегистрированных частот установлено не было.

ные слои воды движутся с различными скоростями. Эта изменчивость движений в океанах представляет

собой факт, на который, несмотря на многовековой опыт моряков, обратили внимание лишь около тридцати лет тому назад, а точнее — после того как была обновлена методика исследования течений.

Обычно мореплаватели получали представление о те­ чениях, встретившихся на пути корабля, сравнивая «счислимую» точку (она определяется по курсу и скоро­ сти судна относительно воды) с «обсервованной», опреде­ ляемой в открытом море при помощи астрономических

61

методов. В обычном плавании определяют, как правило, одну обсервовапную точку в сутки. Следовательно, та­ ким способом можно вычислить лишь среднее значение течения во времени (за 24 час.) и в пространстве (на отрезке, пройденном судном за сутки, то есть, грубо гово­ ря, на расстоянии окодо 250 миль). Разумеется, при этом нельзя ни обнаружить короткопериодных колебаний в те­ чениях, встреченных судном, ни исследовать их мгно­ венную тонкую структуру. В тех случаях, когда для определения течений используют методы классической океанографии, исходя при этом из измеренного верти­ кального распределения плотности воды в различных местах, приходится делать всевозможные упрощающие предположения. 'Эти допущения влекут за собой ошибки, оценить которые, в общем, нельзя. Принимают, в част­ ности, что распределение плотности, как и скорости те­ чений, постоянно, то есть в каждой точке они не изме­ няются во времени. С другой стороны, определение рас­ пределения плотности морской воды производится по вертикалям, отстоящим друг от друга на 20, 80, 100 миль, причем между наблюдениями в разных точках проходит от нескольких часов до нескольких дней, или лет, или даже десятков лет. Все это не дает возможности обнару­ жить изменчивость течений за короткие периоды време­ ни.

Очень редкие и очень кратковременные — ввиду их трудности — прямые измерения течений на больших глу­ бинах также не могли дать нам четкого представления о тонкой временной и пространственной структуре.

Совершенствование методов и увеличение количества наблюдений в некоторых морских зонах, имеющих осо­ бое значение, технический прогресс в области океано­ графического приборостроения — ученые стремятся со­ здать новые приборы, которые позволяли бы получать мгновенные величины морских течений или картины горизонтального (вертикального) распределения различ­ ных параметров (например, температуры), связанных

62

с распределением течений,— вот те обстоятельства, кото­ рые тридцать лет тому назад открыли для нас факт из­ менчивости.

Действительно, использование новых приборов позво­ лило установить, что течения не являются равномерны­ ми потоками в море, что они состоят из узких постоян­ но колеблющихся языков, на которых образуются волно­ образные меандры, неравномерно изменяющие непра­ вильные контуры этих потоков. Сравнительно подвижные и обширные вихри, образованные языками холодной воды и внедряющиеся в более теплые воды, были обна­ ружены и прослежены на больших расстояниях (рис. 14). Как и речные меандры, меандры в океане образуют замкнутые петли. По не вполне ясным причинам язык интенсивного течения разделяется на более узкие язы­ ки — это явление наблюдается во всех океанах. Хотя ко­ лебания течения, вероятно, более значительны у поверх­ ности, чем на глубине, однако применение новых техни­ ческих методов позволило обнаружить подобные колеба­ ния и на больших глубинах, вплоть до глубины 4000 м.

Эти выводы, свидетельствующие о значительно боль­ шей сложности структуры течений, чем предполагалось ранее, заставили современных исследователей посвятить больше внимания и усилий непосредственным измерени­ ям течений, несмотря на то, что это связано со значи­ тельными затратами.

В частности, было приложено Немало усилий, чтобы установить постоянно' действующие станции для сбора данных наблюдений. Станции эти, оборудованные на буях и соответствующим образом оснащенные разнооб­ разными датчиками, позволяют в течение длительного времени регистрировать изменения температуры, тече­ ния и других элементов на различных горизонтах. Подоб­ ных автономных океанологических станций очень мало, но как ни малочисленны сделанные ими измерения, они позволили установить наличие очень широкого спектра периодов в колебаниях элементов, зарегистрированных

63

в одной точке. В этом спектре, естественно, содержатся приливные периоды (полусуточный и суточный), а так­ же местный маятниковый период с довольно значитель­ ными составляющими. Кроме того, в нем представлено большое количество других периодов, происхождение которых часто не удается установить, несмотря на про­ веденные исследования и тщательный анализ.

Исследование периодов, содержащихся в спектре те­ чений, поможет выяснить их причины, и такое исследо­ вание стоит на повестке дня современной океанографии. Однако сложность мгновенной структуры и временная изменчивость этих движений — оба эти свойства стали известны благодаря современной технике — делают про­ блему очень сложной и ставят океанографов в весьма затруднительное положение. Будет ли решена эта про­ блема, если подступить к ней одновременно с разных сторон, используя для этого прямые измерения, матема­ тическое моделирование, электронные вычислительные машины, теоретические исследования динамики вращаю­ щихся систем, подобных нашему земному шару, и гид­ равлические модели? Мы можем утверждать, что некото­ рые ее вопросы будут решены, но найденные решения поставят перед исследователями новые задачи, которые

ского пролива представляет собой такой район, где режим поверхностных и'глубинных течений претерпевает значи­ тельные колебания. Выше мы имели случай показать, как необходимость сохранения имеющегося в Средизем­ ном море объема воды и количества соли приводит к двустороннему обмену в Гибралтарском проливе. Море

38,2%о, то есть на 5% выше, чем соленость поверхност­ ного течения) выносит из моря такое же количество соли, какое поступает из Атлантики, но в меньшем ко­ личестве воды. Расход воды, будучи на 5% меньше при­

с климатическими условиями Средиземноморья,- лежат один над другим и соприкасаются на внутренней грани­ це раздела, четко разделяющей в проливе входящую атлантическую воду от выходящей средиземноморской. Эта граница сохраняется, несмотря на большие скорости течений, благодаря различию в плотности вод двух ука­ занных потоков. Разность эта составляет 0,002 — величина значительная для морской воды.

Многочисленные факторы морского или атмосферно­ го происхождения вызывают колебания этого среднего режима. Прежде всего, поскольку характеристики прили­ вов в Атлантике и в Средиземном море очень различны, на средний режим накладываются значительные прили­ во-отливные течения полусуточного и суточного перио­ дов. Результат этого наложения таков, что в некоторых точках и в определенных диапазонах глубин течения либо почти всегда направлены в одну сторону (из моря в океан или из океана в море), либо, наоборот, они из­ меняют свое (направление за время одного приливо-от­ ливного цикла, то есть некоторое время течение направ­ лено в море, а в остальное время полусуточного прилив­ ного периода оно направлено в океан. Кроме того, совер­ шенно очевидно также, что распределение атмосферного давления над западным бассейном Средиземного моря оказывает значительное влияние на режим пролива: можно сказать, по крайней мере в первом приближении, что, когда давление над бассейном понижается, появля­ ется тенденция к всасыванию вод Атлантики в Среди­ земное море, и наоборот, повышение давления вызывает вытеснение воды в океан. Необходимо, однако, продол­ жать исследования, чтобы окончательно выяснить меха­

66

низм этих явлений, имеющих столь значительные послед­ ствия. Роль таких явлений становится очевидной при

измерений, сделанных за время более чем 50 полусуточ-

. ных приливных циклов. Однако при вычислении от цик­ ла к циклу средних потоков за полусуточный или суточ­ ный период были обнаружены колебания величины пото­ ка между циклами, достигающие 100%.

Таким образом, на режим течений оказывают влия­ ние, с одной стороны, колебания приливного происхожде­ ния с полусуточным и суточным периодами и, с другой стороны, непериодические колебания, связанные с метео­ рологическими причинами и зависящие от распределе­ ния атмосферного давления над западным бассейном Средиземного моря.

Добавим, что приливные явления влекут за собой зна­ чительные вертикальные колебания границы раздела между верхним слоем атлантических вод и нижним сло­ ем средиземноморских вод. Эти колебания называются внутренними волнами. Они представляют собой весьма примечательное явление и, по-видимому, зарождаются на пороге пролива под действием механизма, о природе которого пока еще только строят догадки (рис. 15). Эти внутренние волны, которые в некоторых случаях могут обрушиваться, образуя некое подобие «внутреннего бо­ ра», или «прибоя», внутри жидкости, можно обнаружить по колебаниям температуры и солености с приливным периодом в одной и той же точке.

Однако такие колебания могут возникать и не только под влиянием приливов или изменения атмосферного давления над бассейном. Использование новой техники, позволяющей выполнить почти мгновенные измерения термической структуры воды по одной вертикали, выя­ вило (Р. Фрассетто) внутренние волны и других перио­ дов и на других уровнях. Эти волны могут возникать , на пороге при каждом приливе в момент еще не получившего

67

(рис. 16). Обнаруженные периоды этих внутренних волн

от 1 до 4 узлов. Механизм, вызывающий эти колебания, мало изучен, но, возможно, он связан с упомянутым вы­ ше явлением неустойчивости в потоках с вертикальным градиентом скорости.

1 Примыкающая к Гибралтарскому проливу западная часть Средиземного моря. (Прим, ред.)

69