Внутренние волны
Изучение внутренних волн — одна из важнейших задач океанологии нашего времени. Ученые сначала теоретически предсказали существование этих волн, а потом, лишь полвека спустя, открыли их в природных условиях.
В середине XVIII века Франклин, совершая морское путешествие, обратил внимание на необычное явление. В светильной лампе, стоявшей на столе у него в каюте, поверх воды бьшо налито масло. Слой масла оставался абсолютно спокойным, а на его границе с водой происходило что-то непонятное: здесь возникла волна. Это, образно говоря, была «буря в стакане с водой». Франклин незамедлительно поспешил опубликовать свои наблюдения. И правильно сделал: его сообщение стало первым «лабораторным наблюдением». Но самое интересное заключалось в том, что в жизни моряки часто сталкивались с подобными явлениями!
Вот только один пример. Очень давно норвежские мореплаватели обратили внимание на странное явление, которому дали название «лежать в мертвой воде». Суда, пересекая местные фиорды, вдруг застывали на месте и, точно удерживаемые магической рукой, не в силах были двинуться ни вперед, ни назад. В 1904 году норвежский путешественник Ф. Нансен и шведский физик В. Экман, изучая эту особенность фиордов, выяснили, что она характерна для тех мест, где над соленой водой имеется слой более легкой опресненной воды. Резкие перепады в плотности воды и создают эффект, удерживающий суда на месте.
Внутренние волны наука стала изучать только после Второй мировой войны. И почти сразу же удалось выяснить любопытнейшие, просто потрясающие подробности. И вот что интересно: существуют они даже тогда, когда поверхность океана идеально спокойна.
Предположим, что вы видите совершенно гладкую поверхность воды. Это совсем не значит, что и во внутренних ее слоях все спокойно. Там, на глубине 200-300 метров от уровня океана, могут «бушевать» (это слово взято в кавычки только потому, что подводные волны развиваются гораздо медленнее, чем поверхностные) настоящие бури и штормы, причем подводные волны достигают иной раз внушительных размеров: амплитуда по высоте достигает 50 метров, а ширина — более 100 метров в длину. Правда, период их колебаний может лежать в интервале от нескольких минут до нескольких суток. Удивительно и другое: волны эти могут пронизывать всю толщу океана до самого дна! Как это можно себе представить?
Вот, скажем, колеблется поверхность воды. Поверхность воды — это граница воды и воздуха, то есть двух сред с разной плотностью. Но ведь и в глубинах океана располагаются слои с разной плотностью. Представьте теперь границу между двумя такими слоями. В покое она, как и поверхность воды, гладкая. Но вот какая-то причина заставляет тяжелый слой подняться, выгнуться горбом. Потом он идет вниз, и возмущения распространяются во все стороны — бегут внутренние волны…
В свое время английский океанолог Дж. Вуде высказал гипотезу, что существующие между соседними слоями с неоднородными характеристиками четко выраженные границы — океанические фронты, или фронтовые разделы, являются, по-видимому, теми «окнами», где происходит обмен повышенной интенсивности теплом и солями между поверхностными и глубинными зонами Мирового океана. Сейчас эта идея находит подтверждение…
А недавно было сделано еще одно неожиданное открытие: весь океан, сверху донизу, состоит из своеобразн неоднородностей, вызываемых множеством причин. Оке точно сшит из отдельных лоскутов — разных слоев воды, отличных друг от друга по своей «фактуре» — температуре, солености, плотности, скорости течения, прохождению звука и электропроводности. Причем, подобная «пестрота» существует как по вертикали, так и по горизонтали. Эти «лоскуты»— могут быть весьма разнообразными по форме и размерам. Ширина их колеблется от 100 метров до 100 километров, но никогда она не занимает площадь от берега до берега. Они не «пришиты» к какому-то одному месту, а как бы «скользят» горизонтально и наклонно, в разных направлениях. Такая тонкая структура была обнаружена на всех глубинах, и, не будь ее, многие процессы и явления в океане протекали бы совершенно по-иному.
Ученые установили, 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 причинами, в частности, и из- за упомянутых выше океанических фронтов.
Больше того, внутренние волны, например, искажают подводные акустические колебания. А это очень важно для тех, кто занимается вопросами подводной акустической связи и с их помощью прогнозирует районы скопления промысловых рыб, поскольку пища выносится внутренними волнами в те или иные места океана.
Конечно же внутренние волны важны и 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.
Природа глубинных волн очень сложна и пока еще полностью не изучена. Но зачем нам это все знать? 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, 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 миллионно-тонные массы воды.
Вихри
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, котор! 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 метров.
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 — это сложная совокупность разномасштабных вихрей в океане с некоторым oбщим направлением перемещения. Помимо этого, было выяснено, что океанические течения проявляются не только на поверхности океана, но существуют и в виде других, 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
