Николай Вершинский - Загадки океана
Явление аномального прогрева тонкого поверхностного слоя в океане оказывает существенное влияние на распространение оптических сигналов в приповерхностном слое. За счет эффекта просветления происходит снижение коэффициента ослабления.
Ослабление — за счет увеличения рассеяния и рефракции света на микронеоднородностях с высокими местными значениями градиентов. Наличие аномального прогрева также, видимо, необходимо учитывать при расчете распространения акустических сигналов вблизи поверхности океана.
Наличие высоких градиентов плотности в области аномального прогрева обеспечивает плейстону — многочисленным морским животным, обитающим в верхних метрах воды, близ поверхности, необходимые жизненные условия. Личинки и яйца плейстонных жителей пользуются комфортом, возникающим при наличии слоев с большими градиентами. Как подводные лодки могут лежать в слое «жидкого грунта» в сезонном термоклине, так и члены плейстонного сообщества, несомненно, пользуются высокими градиентами приповерхностных слоев.
Всплывающий зонд подходит к месту исследования, т. е. к поверхностному 10–метровому слою, вполне готовым к проведению измерений. С этой целью перед пуском он выдерживается некоторое время на глубине около 11–12 м, что позволяет избежать отрицательного влияния процессов переходного режима, к началу измерений они уже затухли.
При проведении измерений зонд подходит к исследуемому слою снизу. Вынесенные вверх датчики производят замеры в практически невозмущенной воде. Размеры датчиков малы. Например, датчик электропроводности позволяет исследовать структуру тонкого поверхностного слоя начиная с миллиметровых значений.
Зонд работает в режиме свободного всплытия. Поэтому на скорости его подъема не сказывается влияние качки судна. Скорость зонда быстро стабилизируется после его старта. Практически она становится постоянной уже после прохождения перво го метра вверх. Скорость всплытия зонда достаточно велика — до 2 м/с, чтобы меньше сказывалось влияние поверхностных волн.
Использование чувствительных датчиков с высоким пространственным разрешением позволило исследовать тонкую микроструктуру поверхностного слоя океана, практически избежав искажений во всем диапазоне ее изменений.
Фотография всплывающего зонда перед спуском приведена на рисунке на с. 132. Зонд опускается в океан не с бортов научно — исследовательского судна, а с балки, вынесенной вперед на 7–8 м перед форштевнем судна, и остается там, на глубине 11–12 м, до момента пуска. Его всплытию препятствует тяжелый электромагнит, притянувшийся к нижней крышке зонда. В момент старта выключается ток в обмотке электромагнита, он отпадает и вытаскивается на палубу на проводах питания. А зонд стремительно всплывает вверх. Одновременно с выключением тока в обмотке электромагнита включается осциллограф, на котором записывается информация, поступающая от датчиков зонда. Она идет на судно по тончайшим изолированным проводам, не мешающим всплытию зонда.
На рисунке с. 132 дана фотография верхней крышки зонда с одним из измерительных датчиков. В зависимости от задачи исследования применялись разные датчики.
Например, при исследовании теплового баланса тонкого поверхностного слоя океана использовался датчик температуры. Хорошие результаты давал платиновый пленочный датчик, обладавший постоянной времени в пределах 3 мс (постоянная времени — время, в течение которого показания прибора достигают 63 % истинного значения измеряемой величины). Исследования теплового баланса подтвердили: обнаруженное явление аномального прогрева вызвано дневным прогревом.
Всплывающий зонд перед окруженный защитным спуском в море. Верхняя часть всплывающего зонда. Виден датчик температуры, окруженный защитным ограждением.
В итоге измерений с всплывающим зондом можно считать твердо установленным, что при слабых ветрах в течение полуденных часов происходит рост температуры поверхностного слоя океана толщиной порядка нескольких десятков сантиметров. Относительно нижележащих слоев воды увеличение температуры может достигать нескольких градусов и сопровождается образованием микроструктуры в полях температуры и электропроводности. Физическая причина этого явления связана с поглощением солнечной радиации и резким ослаблением турбулентного перемешивания в поверхностном слое при слабом ветре.
Гашение турбулентных пульсаций скорости в подобных условиях подтверждено измерениями с помощью специального электромагнитного датчика. Он устанавливался на верхней крышке всплывающего зонда вместо датчика электропроводности. В режиме всплытия он фиксировал турбулентные пульсации скорости в двух перпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости либо только пульсации по вертикальному направлению, совпадающему с направлением всплытия. Эти записи важны для научных разработок необычного явления. Подобные исследования дают возможность оценить затухание турбулентной энергии в верхнем слое океана.
Подводные линзы. Эти структурные элементы в океане обнаружены относительно недавно. Своей формой они напоминают чечевицу, т. е. линзу. Вода в форме линзы в воде океана. Как же ученые отличают одну воду от другой? Да еще определяют форму?
Прежде всего по температуре — вода в линзах значительно теплее окружающей воды океана. И еще по солености — в линзах она заметно соленее.
Долго никому не приходила в голову мысль, что повышение температуры воды в глубинах океана может относиться к четко обрисованному объему в форме линзы. Слишком уж необычной казалась мысль о возможности существования (иначе трудно сказать!) в океане автономного громадного объема воды, почему‑то не смешивающегося с окружающей водой. Что‑то вроде микроструктуры в макромасштабе.
Не так просто найти линзу в океане. Ведь сверху ее не видно. Необходимо сделать много измерений температуры или солености воды в обследуемом районе. Тогда по точкам можно оконтурить массу воды с отличающимися параметрами и определить ее форму. Как уже упоминалось, соленость воды в океане обычно вычисляют по измеренным с помощью гидрофизических зондов электропроводности, температуре и давлению.
Первое сообщение о находке линзы в октябре 1976 г. принадлежит Мак Дауэллу. Линза была обнаружена в Атлантическом океане, к северу от Багамских островов, в точке с координатами 25° с. ш., 70° з. д.
Через год Дауэлл и Россби опубликовали еще одно сообщение с удивительными подробностями о той же линзе. Оказалось, что она прошла почти 6 тыс. км от того места, где образовалась. Так показал анализ ее воды. Ядро линзы, т. е. ее центральная часть, состояла из воды Средиземного моря.
Она располагалась на глубинах между 700 и 1300 м, имела диаметр около 200 км и перемещалась на юго — запад со скоростью примерно 6 см/с. Температура воды в ядре была выше температуры окружающей воды примерно на 1 °C, соленость — выше на 0,2 промилле (0/00). Средняя соленость океана равна 35 0/00, т. е. 35 г. соли на 1 кг воды.
Выяснились и другие, очень важные подробности. Линза оказалась вихрем! Одиночным глубинным антициклоническим вихрем в форме линзы. Антициклонический означает, что он вращается по часовой стрелке (для северного полушария). Большие вихри на поверхности океана были открыты почти на десять лет раньше. Теперь найдены подводные вихри, еще более удивительные.
Позже учеными разных стран было исследовано много других линз в разных частях Мирового океана.
Большое количество линз было обнаружено советскими учеными Л. Н. Беляковым и В. А. Волковым в бассейне Северного Ледовитого океана, в Чукотско — Аляскинском секторе. Там они имели диаметр 20–30 км и располагались в слое 30—350 м, превышение температуры в их ядрах порядка 1,0–1,5 °C.
Сообщалось также об обнаружении 19 различных линз в Саргассовом море — с диаметрами до 65 км и толщиной до 220 м. Они располагались на глубинах 550–800 м.
В последние годы были и другие находки различных линз в Атлантическом океане.
Но самой интересной является линза, открытая советской экспедицией «Мезополигон-85» в марте — июле 1985 г. в тропической части Северной Атлантики. В этой экспедиции работали три судна «Академик Мстислав Келдыш» (10–й рейс), «Академик Курчатов» (41–й рейс) и «Витязь» (9-й рейс). Центр района исследований имел координаты 20° с. ш., 37° з. д. Линза названа «Мезополигон-85». Она замечательна во многих отношениях. Прежде всего — высокой температурой ядра, достигавшей примерно 10 °C при температуре окружающих вод океана всего 6 °C. На четыре градуса выше!
А соленость в центре ядра линзы была 35,9 0/00 по сравнению с 35,0 0/00 для окружающих вод. Разница в солености 0,9 0/00, почти целая единица! Это очень много, потому что для средних условий океана изменение солености на 1 0/00 происходит по вертикали на протяжении нескольких тысяч метров. Здесь же такое изменение наблюдалось в пределах относительно скромных размеров. Линза располагалась на глубине в слое между 750–800 м и 1400–1500 м, т. е. ее размер по вертикальной оси был всего около 650–700 м.
