- “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 океанов 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 океанов более интенсивные (имеют большую скорость) чем течения вдоль восточных побережий. Но поперечные размеры восточных потоков напротив больше чем западных.
6). Струйные течения (Гольфстрим, Куросио) интенсивно меандрируют (меняют “русло”).
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). Отрыв и другие парадоксы Гольфстрима.
9). 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.
10). Периодическое изменение направления тихоокеанского течения Эль-Ниньо с преимущественного направления от Перу к Индонезии вдоль экватора, на обратное.
11). Течение Западных ветров, огибающее Антарктиду и течение в Северном Ледовитом океане, совпадающих с направлением вращения Земли.
12). Стационарность общей картины океанических течений.
13). Факт переноса вод Северного Ледовитого океана к берегам Антарктиды.
2. 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 дрейфовый и градиентный механизм и механизм движения, порождаемый волнами Россби.
Сторонники дрейфового и 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.
Проанализируем возможности этих причин по формированию океанических течений.
Наиболее значимой в образовании течений называется роль ветра.
Возникновение океанических течений под воздействием ветра вызывает сомнение в первую очередь на основании закона сохранения и превращения энергии. Рассмотрим процесс передачи энергии от 1-го метра кубического атмосферы 1-му метру кубическому воды на поверхности океана. Передача должна быть именно такой. Не могут 100 метров кубических атмосферы по физическим условиям передавать одновременно энергию только одному кубометру воды. Будем в первом приближении считать, что вся кинетическая энергия кубометра атмосферы передаётся кубометру воды. Составим баланс энергии. При оценках учтём, что плотность воды на три порядка выше плотности атмосферного воздуха.
; (1)
В (1) - плотность 1-го кубометра, - скорость 1-го кубометра потоков воздуха и воды. Из (1) с учётом соотношения плотностей воды и воздуха получаем: ; Таким образом в зоне Гольфстрима ветер должен постоянно дуть со скоростями более 30-ти метров в секунду. Это в первом приближении. Но воздух не может передать всю свою энергию вплоть до остановки. Он увлекает за собой поток воды, передавая ему часть своей энергии. Получается, что речь идёт о таких ветрах, которые в своём постоянстве просто не наблюдаются.
Приведём ещё такой довод против ветровой причины возникновения океанических течений. Общая масса воды в морях и океанах составляет тонн. Общая масса воздуха в атмосфере Земли - тонн. Причём на нижний слой толщиной 5 км. приходится 50 % массы атмосферы. В нижнем приземном слое толщиной 5 км. масса воздуха в тысячу раз (на три порядка) меньше массы воды в океанах, которую необходимо привести в движение. Так как воздушные массы на высоте нескольких километров не могут непосредственно передать свою ветровую энергию океаническим течениям, то реальная масса воздушных потоков, контактирующая с водной поверхностью, минимум на 4-е порядка меньше массы океанических вод. С учётом сказанного выше о скоростях ветровых потоков, кинетическая энергия ветров слишком мала для обеспечения мощных и стационарных океанических течений. Словосочетание стационарных океанических течений является ключевым. Как, гораздо более хаотичные и слабые воздушные потоки могут вызвать стационарные, на порядки более мощные водные течения? Никакие резонансные подкачки здесь не помогут. Энергию откуда - то нужно брать. Причём брать непрерывно, т.к. мощная стационарная структура океанических течений постоянно теряет направленную кинетическую энергию в процессе диссипации. [6, 7].
К тому же известно и это описывается волновой динамикой, что в открытом океане ветры вызывают только бегущие волны, которые переносят лишь потоки энергии, а масса водной среды колеблется возле положения равновесия. Потоки массы отсутствуют.
Теперь о других причинах возникновения течений:
Осадки и испарение. Последние напрямую связаны с атмосферными явлениями и с присущим воздушным течениям значительным хаосом. Отсюда непонятно, как осадки и испарения могут создавать стационарный перепад уровней вод между западным и восточным берегами океанов, а также между экватором и полюсами? И тем самым обеспечить мощную стационарную структуру океанических течений?
Нагревание и охлаждение поверхности воды. Да, подогревая снизу тонкий слой вязкой жидкости можно получить движение жидкости в форме ячеек Бенара. Но, во-первых, поверхность океанов подогревается сверху. Во-вторых, получение конвективных ячеек планетарного масштаба при тех удельных энергиях, которые подводятся к поверхности океана с лучами Солнца, столь же запредельно гипотетично, что и возникновение конвективных ячеек в кристаллической мантии Земли, вызывающих, по мнению некоторых геофизиков, подвижку литосферных плит.
Различия в плотности вод. Различие в плотности вод объясняют осадками и испарением. О них мы уже говорили. Но даже если мы имеем стационарный градиент распределения в плотности, связанный с распределением солевой концентрации, то, как это вызовет динамические потоки воды? Диффузия не вызывает потоков энергии, а для перепада давлений за счёт явления осмоса в океанах нет соответствующих пористых перегородок. Да, более тяжёлые холодные и солёные массы воды под действием сил тяжести медленно опускаются на нижние горизонты. Но при чём здесь мощные горизонтальные потоки воды?
Проанализируем теперь на основании доводов автора [1] механизм движения, порождаемый волнами Россби. Отметим, что автор неоднократно пишет: “Однако механизм связи волн и течений объяснён не был”.
Приведём доводы автора [1] которыми он обосновывает свои представления:
“Анализ параметров волн Россби или континентальных шельфовых волн и крупномасштабных течений подсказал учёным что, эти два явления, волны и течения, как-то должны быть взаимосвязаны. Обычно в местах с более крупными волнами наблюдались крупномасштабные течения с большими скоростями. Наличие связи многие исследователи объясняли так: крупномасштабные течения сформированы волнами Россби за счёт передачи их энергии течениям. Преимущественно рассматривались два механизма образования крупномасштабных течений путём передачи энергии волн течениям: отрицательной вязкости в волнах и нелинейного взаимодействия волн.
Однако объяснения формирования течений волнами не получили должного развития в океанологии. Как нам кажется, этому две причины: они не были обоснованы экспериментально, впрочем, как и все другие объяснения, и свойство учёных придерживаться прежних представлений о явлениях и не верить новым. Впрочем, это свойство присуще не только учёным, но и всем людям.
Волны и течения следует рассматривать как единый процесс: волны - течения. Общий сигнал течений можно разделить на собственно волновое течение и волновой перенос, т.е. то, что принимается за крупномасштабное течение. Однако механизм связи волн и течений объяснён не был.
Мы уже отмечали, что волны градиентно-вихревые. Движения частиц воды в них имеют вихреобразную форму. Согласно нашим исследованиям, такие вихреобразные движения воды существуют не в Гольфстриме, а с его боков.
Как и во всяких волнах, в волнах Россби масса воды в пространстве не переносится, она перемещается по замкнутому контуру внутри волны. Создаётся только некая иллюзия переноса масс, поскольку прибор не фиксирует движение частиц воды по орбите, которые и переносят массу воды, а только некую горизонтальную составляющую действия на дрифтер движущихся по различным орбитам частиц воды, или на прибор неподвижно установленный в потоке. Они однонаправлены. Рассматривая пульсирующее течение, исследователь считает, что движения частиц воды происходят в горизонтальной плоскости и возвратно - поступательно по одной линии, а поэтому он разделяет исходное измерение на некоторую квазипостоянную, характеризующую однонаправленное движение воды и переменную, квазигармоническую по форме части “течений”. Первую он ошибочно относит к крупномасштабным течениям, в частности Гольфстрима, а вторую к волнам Россби. Таким образом, и создаётся иллюзия однонаправленного движения вод Гольфстрима.
Такое пульсирующее течение свидетельствует о том, что движения воды происходят в вертикальной плоскости. Помните, мы задавали вопрос, что заставляет Гольфстрим останавливаться, затем набирать скорость и снова останавливаться? Ответ: волны Россби, они формируют такой поток в вертикальной плоскости. Таким образом, пульсирующий характер течений Гольфстрима указывает на их волновое происхождение. Вертикальные скорости невелики, при горизонтальных скоростях течений Гольфстрима приблизительно равных 1 м/c, они составляют всего 1 мм/c.
Таким образом, мы объяснили, почему Гольфстрим не переносит одно направленно массы воды, почему вода из Мексиканского залива не поступает, каким образом возникают противотечения, глубинные и с двух сторон Гольфстрима, каким образом возникают температурные аномалии.
Гольфстрим не переносит однонаправлено массы воды, как это нам представляется. Возможно, и существуют однонаправленные перемещения воды в сторону направления течений, но можно однозначно утверждать, что они невелики, на уровне величин второго порядка малости по сравнению со скоростями измеренных течений. Возможно, механизмом таких течений является Лагранжевым или Стоксовым переносом. Это требует дальнейшего изучения. Течения Гольфстрима это преимущественно однонаправленные пульсирующие движения частиц воды волн Россби. В волнах, как и положено, массы воды одно направленно практически не переносятся, а только циркулируют внутри волны. К зоне Гольфстрима волны приходят из открытого океана.” [1].
Выдержки из доводов автора [1] подчёркнуты автором данной статьи.
Прежде чем высказать критические замечания по поводу воззрений автора [1], отметим, что нами ни в коем случае не отрицается факт существования волн Россби и их влияния на океанические течения, о чём изложено ниже. Но мы уже отмечали энергетическую несостоятельность ветрового источника океанических течений. Если конечно не стоять на позиции, что струйные океанические течения, в том числе и Гольфстрим, есть только иллюзия водного потока. Этому вопросу автор [1] уделяет основное внимание в своих исследованиях. При этом, совершенно правильно указывая на тот физический факт, что волны не переносят массу. Но если Гольфстрим иллюзия, то, как тогда объяснить тёплый климат в Западной Европе? Если нет однонаправленного струйного потока от экватора к Европе, то нет и переноса экваториального тепла к Европе. Согласно [1], за скорость направленного перемещения вод Гольфстрима, воспринимается скорость волнового циркуляционного движения, при котором масса воды не переносится, а переносится только энергия. Из такой постановки вопроса вытекает, что кинетическая энергия волнового переноса энергии того же порядка, что и энергия однонаправленного струйного течения.
И второй трудный вопрос. Если однонаправленного потока нет, а происходит круговое движение частиц по сторонам потока, создающее иллюзию однонаправленного потока, то почему горизонтальная скорость в вихре в 1000 раз больше вертикальной скорости? Ведь в таком случае согласно закону сплошности вихревой поток на вертикальных участках должен иметь сечения в 1000 раз большее, чем на горизонтальных участках. Как это объяснить?
Другие замечания к волновой природе течений изложены в разделе 4.