Алим Войцеховский - ЗНАК ВОПРОСА 1997 № 04

Ученые установили в последние годы, что внутренние волны буквально пронизывают всю морскую толщу. Найдены доказательства, что в них, к примеру, океан закладывает «остатки» неиспользованной энергии, которую в огромных дозах каждые сутки закачивают в него приливообразующие силы, создаваемые совместным притяжением Луны и Солнца. Но внутренние волны образуются и по другим причинам, в частности, и из-за океанических фронтов.

Конечно же, внутренние волны важны для мореплавания. Кстати, теперь ученые предполагают, что катастрофа с американской подводной лодкой «Трешер» могла быть вызвана встречей ее с одной из таких внутренних волн-гигантов. По их мнению могло произойти следующее: внутренняя волна бросила «Трешер» на сверхпредельную для подводной лодки глубину. Не надо забывать, что внутренние волны искажают подводные акустические колебания, что также вызывает нежелательные для людей последствия.

Природа глубинных волн очень сложна и пока еще до конца не раскрыта. Ученые объясняют ее гидродинамическим эффектом приливно-отливных течений, наталкивающихся на своем пути на горные цепи, протянувшиеся по дну океана. Удалось, например, установить, что волны полусуточного периода вызывают в основном приливы. Но ведь волны такого диапазона — лишь незначительная часть внутренних волн. А что вызывает образование всех остальных — и сейчас неизвестно. Как-то влияют ветры, как-то течения, но что играет главную роль, а что — второстепенную, и сегодня еще не совсем до конца ясно.

Эти невидимые, скрытые от наших глаз волны обладают всеми свойствами обычных волн, которые мы привыкли видеть на поверхности моря. Они также растут, а потом, как обычные волны прибоя, обрушиваются, вызывая при этом турбулентность — вихревые потоки. Но и турбулентность, в свою очередь, может вызвать внутренние волны. Видимо, не последнюю роль играют в данном случае и мощные циклоны, вздымающие и раскачивающие миллионнотонные массы воды.

Явление крупномасштабных вихревых образований впервые было обнаружено советскими учеными во время осуществления программы «ПОЛИГОН-70» в тропической зоне Северной Атлантики. Здесь, вдали от берегов, в открытом океане, вдоль линий, образующих крест, ученые поставили 17 автоматических буйковых станций, которые измеряли параметры течений. Измерения проводились шесть месяцев, а характеристики течений регистрировались каждые полчаса. Когда были обработаны результаты измерений, то оказалось, что здесь было открыто удивительное явление природы — синоптические вихри с горизонтальными размерами от 100–150 до 300–400 километров.

Эти вихри обладают огромными запасами кинетической энергии, которая в сотни раз превышает энергию течений более крупных масштабов. Наряду с этим они заметно влияют на энергетический баланс Мирового океана, поскольку в них заключено до 90 процентов его кинетической энергии. Сами же течения, как было выяснено в результате проведенных исследований, — это сложная совокупность разномасштабных вихрей в океане с некоторым общим направлением перемещения. Помимо этого, было выяснено, что океанические течения проявляются не только на поверхности океана, но они существуют и в виде, например, подводных течений, порой противоположного направления.

Удалось установить, что существуют вихри с циклоническим (против часовой стрелки) и антициклоническим вращением воды. Оказалось, например, что в северном полушарии изотермические поверхности поднимаются в ядрах «циклонов» и опускаются в ядрах «антициклонов». Амплитуда этих смещений составляет 100–150 метров. Из-за подъема вод циклонические вихри имеют в центре отрицательную температуру, а анти-циклонические — положительную, поэтому их соответственно называют холодными и теплыми. Оба типа этих вихрей, естественно, создают особые, труднопрогнозируемые условия для теплового и влажного обмена с воздушной атмосферой Земли.

Значимость динамики океана в областях, где «живут», т. е. развиваются и действуют, синоптические вихри, которые проникают на глубину более полутора километров, углубляется еще и сложным характером взаимодействия их с квазистатическими океанскими течениями. Эти течения, как известно, имеют свои сезонные и годичные флуктуации изменчивости, что, естественно, значительно затрудняет прогнозирование характера их поведения во времени.

Ученым очень непросто было отказаться от устоявшегося представления об океанских течениях как о «реках» в океане. И, как следствие этого процесса, возник принципиально новый подход к измерениям течений на различных глубинах — появился МЕТОД ПОЛИГОНОВ. Дело в данном случае заключалось в том, что измерения океанских течений, сделанные в одном и том же пункте в разное время, как правило, не согласуются с общей картиной циркуляции вод.

Для устранения указанного недостатка используются два подхода. Во-первых, измерители течений устанавливают на различных горизонтах во многих фиксированных точках океана (с разнесением до многих сотен километров). Во-вторых, в океан выпускают большое количество буев нейтральной плавучести, устроенных так, что они уравновешиваются на определенных глубинах и следуют за водными массами. О своем местонахождении буи сообщают регулярно по акустическому каналу на береговые станции. Вот и получается, что преимущество МЕТОДА ПОЛИГОНОВ состоит как раз в том, что на специальном океаническом участке характеристики течений измеряются сразу в нескольких или многих местах.

Преподнес сюрприз Гольфстрим… Выяснилось, что от его основного, хорошо изученного течения постоянно отделяются громадные отростки, постепенно изгибающиеся в причудливые завитки-вихри. Вихри, образуемые течением Гольфстрим, называются «рингами». «Ринг» — это огромная конусообразная масса воды диаметром в 100–150 километров.

Оторвавшись от Гольфстрима, «ринг» долго путешествует по Атлантическому океану, проходя за сутки несколько километров и меняя направление течений, возмущая представителей подводной биологической фауны. Он живет своей, вполне самостоятельной жизнью до тех пор, пока бесследно не растает. За это время он успевает заплыть далеко на север. Один из таких «рингов» наблюдался командой судна «Академик Вернадский» на 60° северной широты и 12° западной долготы.

Вихри-«ринги» вращаются со скоростью порядка 1,0–1,5 метра в секунду, но иногда вращение может достигать и 25 метров в секунду. Это вращение поднимает со дня океана холодные воды. Перемещение такого количество воды в океане, естественно, сказывается на атмосферных явлениях.

Над загадками вихрей кроме наших ученых работали и американские океанографы, и оказалось, что цели обеих программ сводились к изучению одних и тех же морских явлений. В дальнейшем советские ученые провели еще несколько экспериментов в открытом океане с целью исследования природы и особенностей ранее открытых вихрей. В то же время американские ученые приступили в 1972 году к проекту МОДЕ (срединноокеанический динамический эксперимент), который вместе с «ПОЛИГОНОМ-70» положил начало советско-американскому научному сотрудничеству и, начиная с 1974 года, было решено проводить подобные исследования совместно. Так родилась общая программа «ПОЛИМОДЕ», рассчитанная на проведение полигонных экспериментов. Нужно сказать, что постановка подобных экспериментов — дело очень трудное и дорогостоящее. Обычно в работах бывает занято несколько судов и сотни ученых и моряков.