Океанические течения - следствие суточного вращения Земли
Океан - мощный терморегулятор планеты. Благодаря большой массе воды и её высокой теплоёмкости он аккумулирует солнечное тепло, гораздо больше чем суша. Воды океана находятся в беспрерывном движении. Морские течения переносят с собой огромные количества тепла и холода и тем самым выравнивают межсезонную и межширотную изменчивость климата. Известный климатолог и океанолог А.И. Войеков, называя морские течения регуляторами температуры, трубами водяного отопления земного шара, считал, что воздушные течения далеко не в такой степени содействуют выравниванию температур между экватором и полюсами, как морские течения. [2].
Значение океанских течений заключается прежде всего в перераспределении на Земле солнечного тепла: теплые течения способствуют повышению температуры, а холодные понижают ее. Огромное влияние оказывают течения на распределение осадков на суше. Территории, омываемые теплыми водами, всегда имеют влажный климат, а холодными - сухой; в последнем случае дожди не выпадают, увлажняющее значение имеют только туманы. [11].
Наблюдаемые факты и существующие представления о механизме возникновения океанических течений
Приведём выдержки из [11]:
«В океанах и морях в определенных направлениях на расстояния в тысячи километров перемещаются огромные потоки воды шириной в десятки и сотни километров, глубиной в несколько сотен метров. Такие потоки - «реки в океанах» - называются морскими течениями. Движутся они со скоростью 1-3 км/ч, иногда до 9 км/ч. Причин, вызывающих течения, несколько: например, нагревание и охлаждение поверхности воды, осадки и испарение, различия в плотности вод, однако наиболее значимой в образовании течений является роль ветра. Течения по преобладающему в них направлению делятся на зональные, идущие на запад и на восток, и меридиональные - несущие свои воды на север или юг. В отдельную группу выделяют течения, идущие навстречу соседним, более мощным и протяженным. Такие потоки называют противотечениями.
Среди меридиональных течений наиболее известен Гольфстрим. Он переносит в среднем каждую секунду около 75 млн. тонн воды. Для сравнения можно указать, что самая полноводная река мира Амазонка переносит каждую секунду лишь 220 тысяч тонн воды. Гольфстрим переносит тропические воды к умеренным широтам, во многом определяя климат, а значит, и жизнь Европы. Именно благодаря этому течению Европа получила мягкий, теплый климат. Из зональных течений наиболее мощным является течение Западных ветров. На огромном пространстве Южного полушария у побережья Антарктиды нет сколько-нибудь значительных массивов суши. Над всем этим пространством преобладают сильные и устойчивые западные ветры. Они интенсивно переносят воды океанов в восточном направлении, создавая самое мощное во всем Мировом океане течение Западных ветров. Оно соединяет в своем круговом потоке воды трех океанов и переносит каждую секунду около 200 млн. тонн воды (почти в 3 раза больше, чем Гольфстрим). Скорость этого течения невелика: чтобы обойти Антарктиду, его водам необходимо 16 лет. Ширина течения Западных ветров около 1300 км. В зависимости от температуры воды течения могут быть тёплыми, холодными и нейтральными. Вода первых теплее, чем вода в том районе океана, по которому они проходят; вторые, наоборот, холоднее окружающей их воды; третьи не отличаются от температуры вод, среди которых протекают. Важной закономерностью течений в открытом океане является то, что их направление не совпадает с направлением ветра. Оно отклоняется вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии от направления ветра на угол до 45°. Наблюдения показывают, что в реальных условиях величина отклонения на всех широтах несколько меньше 45°. Каждый нижележащий слой продолжает отклоняться вправо (влево) от направления движения вышележащего слоя. Скорость течения при этом уменьшается. Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах, не превышающих 300 метров». [11].
Приведём выдержки из [1]:
«Течения имеют различные пространственно - временные масштабы, механизмы и вызваны различными причинами. По пространственно - временным масштабам течения океанов и морей принято разделять на переменные по скорости и направлению, вектор которых меняется неким квазициклическим образом с периодичностью приблизительно до сорока суток и устойчивые или квазиустойчивые по направлению, соизмеримые с масштабами океана или моря. Течения, которые образованы такими движениями воды, получили название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции.
В крупномасштабную циркуляцию океанов вовлечены практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению часовой стрелки) и циклоническое - в Южном. В целом по океану скорости движения воды небольшие, ~ 10 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений, движений воды со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и Экваториальных течениях и т.д.
С учётом кинематики течения, движения воды можно разделить на такие виды: дрейфовые, градиентные и длинноволновые. Считается, что основными причинами, вызывающими течения является ветер и колебания атмосферного давления, а также неравномерное положение уровенной поверхности воды, обусловленное такими процессами, как осадки, испарение с поверхности океана, соединение вод различной плотности и т.д. и тот же самый ветер. При этом одна и та же причина может создать течения, имеющие различные механизмы и пространственно-временные масштабы.
Так, движение воздушных масс - ветер в атмосфере создаёт так называемые дрейфовые течения, вызванные «влекущим действием ветра». Перемещение масс воды в пространстве осуществляется неравномерно, что создаёт наклон уровенной поверхности океана и, соответственно, градиентные течения. Ветер и колебания атмосферного давления могут создать волны, в том числе и долгопериодные, в частности волны Россби с периодом до 40 суток.
Система Западных пограничных течений от п-ва Флорида до Большой Ньюфаундлендской банки получила название течения Гольфстрим. Считается, что Гольфстрим - это струйное течение, расположенное у восточного побережья Северной Америки, в том месте, где зона материкового шельфа, окаймляющего побережье континента, переходит в прибрежный склон. Гольфстрим - тёплое поверхностное течение, температура воды в котором в отдельных местах иногда достигает 30o C. Но от берега его отделяют, так называемые, склоновые воды, распреснённые и прохладные. Холодными они становятся севернее, ближе к Ньюфаундленду, где чувствуется влияние по настоящему холодного Лабрадорского течения. Начинается Гольфстрим в проливе между Флоридой и Карибскими островами и сначала не удивляет наблюдателя чрезмерными скоростями течений. Но к северу он набирает силу, расход его увеличивается, и скорости течения иногда достигают 2,5 м/с. Это уже скорости, характерные для горных рек и очень редко имеющие место в океанах, но в Гольфстриме они наблюдаются часто. Относительно большие скорости течений Гольфстрима наблюдаются вплоть до района большой Ньюфаундлендской банки.
Многие исследователи Гольфстрима сравнивают его с течением реки в океане. Они считают, что Гольфстрим часто меняет свое положение (меандрирует) и настолько неустойчив, что определить его границы просто невозможно. Считается, что положение струи Гольфстрима может существенно измениться за 2 - 3 недели. В южной части Гольфстрима он имеет ширину 70 -100 км, а в северной, около Ньюфаундленда около 500 км. Глубина Гольфстрима от поверхности приблизительно равна 500 м.
Считается, что меандрирование струи Гольфстрима приводит к образованию вихрей за её пределами с диаметром до 400 км, скорость течения в которых достигает 1,5 м/с. Слева от струи Гольфстрима (т.е. северо-западнее струи) образуются аномалии тёплой воды, которые принимаются за тёплые вихри - антициклоны, а справа (юго-восточнее) - аномалии холодной воды, которые принимаются за холодные вихри - циклоны. Все эти представления о динамике вод Гольфстрима были получены преимущественно путем анализа термохалинных (температуры и солёности) параметров воды, но не прямых измерений течений.
В поведении Гольфстрима и в целом струйных течений океанов много неясного, необоснованного и противоречивого, если рассматривать их с позиции популярных, устоявшихся, хорошо известных научной общественности и практически общепринятых объяснений их природы. Вот некоторые из них. Почему по всему океану течения имеют небольшие скорости, а в западных и экваториальных областях океанов их скорости очень большие? Не объяснено, почему массы воды за пределами Гольфстрима с двух сторон и с глубиной движутся в обратную сторону. Фактически ложе, по которому течёт Гольфстрим, движется в противоположную сторону его движения. Не понятно, почему Гольфстрим пульсирует: останавливается, затем набирает скорость и через некоторое время снова останавливается и далее всё повторяется с некоторой квазирегулярной периодичностью. Такое сложно объяснить ещё и потому, что смена ситуаций повторяется через очень короткие промежутки времени, порядка 10 - 20 суток. Многочисленные попытки воспроизвести на моделях Гольфстрим с этими его особенностями не увенчались успехом. Непонятно, почему так быстро Гольфстрим меандрирует, меняет своё положение с периодичностью до двух - трёх недель. Какие силы заставляют его так быстро менять своё положение?
Мори (1863 г.) предложил свою гипотезу формирования Гольфстрима. Восточные пассатные ветры вызывают медленный дрейф вод Атлантического океана к западу в виде Пассатного течения. Большая часть вод Пассатного течения попадает в Карибское море, а затем в Мексиканский залив. Нагон вод в Мексиканский залив приводит к повышению уровня воды в нём по сравнению с уровнем вод Атлантического океана. В результате перепада уровней воды вода из Мексиканского залива через Флоридский пролив поступает в Атлантический океан. Так образуется Гольфстрим. Это гипотетическое объяснение формирования Гольфстрима хотя и популярно, и в настоящее время, никогда не было обосновано экспериментальными наблюдениями уровня океана и течений. Такой информации ранее просто не существовало. В настоящее время ведутся наблюдения уровня океана из космоса и установлено, что уровень воды западной части Атлантического океана у берегов Америки превышает уровень восточной части, около берегов Европы, всего лишь на 0,2 м. Многие исследователи выражают сомнение в возможности создания таких мощных течений такими незначительными перепадами уровня океана. Вообще-то разность уровней океана всё время меняется. Так, в районе экватора Тихого океана течения меняются сезонно в направлениях восток - запад.
Первые репрезентативные измерения течений в районе Гольфстрима начали производится с семидесятых годов прошлого столетия. Было установлено, что однонаправленное движение вод прослеживается до горизонта ~ 500 м, а ниже существует противотечение, скорости которого увеличиваются с глубиной и у дна они максимальны. Скорости этих противотечений существенны, так во Флоридском проливе они достигают ~ 50 см/с. Вдоль Гольфстрима, справа и слева от него существуют поверхностные противотечения со скоростями порядка 5 - 10 см/c.
Последние двадцать лет в воды Мирового океана было запущено более 12 тысяч дрифтеров, каждый из которых в среднем проработал 1,5 года. С их помощью измерялись поверхностные течения и температура морской воды. В результате получена огромная репрезентативная информация о течениях, в том числе Северного полушария Атлантического океана, здесь очень много было запущено дрифтеров. В результате анализа дрифтерных измерений течений и температуры вод океана была получена информация о течениях, изменившая наши представления о их природе, свойствах и параметрах.
Скорость дрифтера всё время меняется, пульсационно. В какой-то момент она равна нулю (или почти нулю), затем дрифтер набирает скорость и очень быстро, за одну - две недели она достигает максимума, затем скорость уменьшается за такое же время и достигает минимальных значений, близких нулю, а затем все квазициклично повторяется. Но как объяснить другой парадокс: течение вроде бы выходит из Мексиканского залива, мы это видим, а вода из залива не поступает». [1].
Автор [1] на эти вопросы отвечает, c позиций длинноволновой природы течений, малоизвестной научной общественности. Но об этом немного позже в разделе критики принятых воззрений.
Перечислим наиболее важные факты, относящиеся к океаническим течениям.
1). Перепад по широте уровней вод между западным и восточным берегами океанов:
- «Например, в зоне Панамского канала разность уровней Тихого и Атлантического океанов составляет 62 см.» [12].
- «Обычно пассатные ветры гонят слой теплой воды от Американского побережья в сторону Азии, Примерно в районе Индонезии течение останавливается. Уровень поверхности океана там в это время превышает отметку у перуанского побережья на 60 сантиметров. Над нагретым океаном образуются облака, которые обычно проливаются как муссонные дожди над югом Азии. Но когда Эль-Ниньо «проявляет характер», пассаты ослабевают либо совсем не дуют. Нагретая вода растекается в стороны, идет обратно к американскому берегу. Теперь исследователи поняли этот феномен и назвали его «южными колебаниями». Они, словно в ванне, раскачивают океанские нагретые воды с запада на восток и обратно. Только в океане все это протекает гораздо медленнее, чем в ванне. За раскачиваемой водой, как бы сопровождая ее, тянутся и дождевые облака, которые обычно проливались в сентябре-октябре над Индонезией и Австралией.» [10].
- «В настоящее время ведутся наблюдения уровня океана из космоса и установлено, что уровень воды западной части Атлантического океана у берегов Америки превышает уровень восточной части, около берегов Европы, всего лишь на 0,2 м.» [1].
2). Океанические течения вдоль западных берегов материков движутся от экватора к полюсам, на север и на юг. Вдоль восточных берегов, наоборот, от полюсов к экватору.
3). Наличие экваториального противотечения.
4). Во всех океанах пересекаемых экватором (Атлантическом, Индийском и Тихом) наблюдаются по два больших обще океанических течения, имеющих форму вихря. Причём во всех океанах вихри севернее экватора циркулируют по часовой стрелке, а южнее экватора - против часовой стрелки.
5). Океанические течения вдоль береговых линий носят ярко выраженный струйный характер, со скоростью течения до 2,5 метров в секунду. Причём течения вдоль западного побережья более интенсивные (имеют большую скорость) чем течения вдоль восточных побережий. Но поперечные размеры восточных потоков напротив больше чем западных.
6). Струйные течения, движущиеся в северном направлении (Гольфстрим, Куросио) интенсивно меандрируют (меняют «русло»). Особенно сильно этот процесс наблюдается севернее Северного тропика.
7) Скорость струйных течений в зоне формирования меандр носит пульсирующий характер, то, набирая максимальную скорость, то, снижаясь практически до нуля, а затем все квазициклично повторяется.
8). Формирование по обеим сторонам струйных течений вихрей, которые отшнуровываются от основного потока и образуют ринги. Причём характерно, что по правую сторону от струйного течения вихри закручиваются против часовой стрелки, а с левой стороны - по часовой стрелке.
океанический течение экватор берег
9). Периодическое изменение направления тихоокеанского течения Эль-Ниньо с преимущественного направления от Перу к Индонезии вдоль экватора, на обратное.
10). Течение Западных ветров, огибающее Антарктиду.
11). Стационарность общей картины океанических течений.
Критика существующих представлений о механизме возникновения океанических течений
Из изложенного выше следует, что к настоящему времени сложились две альтернативные точки зрения на причины, порождающие океанические движения. Это градиентный механизм и механизм движения, порождаемый волнами Россби.
Сторонники градиентного механизма считают, что основными причинами, вызывающими течения является ветер и колебания атмосферного давления, а также нагревание и охлаждение поверхности воды, неравномерное положение уровенной поверхности воды, обусловленное такими процессами, как осадки, испарение с поверхности океана, соединение вод различной плотности.