CASTLE.PRI.EE

Большинство людей представляет воду океана более или мене однородной, в которой плавает планктон, а температура которой понижается с глубиной.

Ещё 50 лет назад в курсе океанографии можно было прочесть о распределении температуры в океане по вертикали следующее. Первоначально от поверхности вглубь идёт верхний перемешанный слой. В этом слое температура воды практически остаётся постоянной. Толщина перемешанного слоя обычно составляет 60 – 100 м. Ветер, волны, турбулентность, течение всё время перемешивают воду в поверхностном слое, благодаря чему её температура и становится примерно одинаковой. При дальнейшем погружении температура воды, начиная с глубины 135 метров –равномерно понижается.

В 1965 году совместной советско-американской экспедицией проводились испытания нового американского прибора, предназначенного для измерения температуры и солёности воды. Работы велись в Тихом океане, между островами Минданао (Филиппины) и Тимор. Во время испытаний исследователи обнаружили в показаниях прибора странную запись.
Прибор, вопреки общепринятой теории, зарегистрировал повышение температуры на 0,5 °C. Причём слой воды с такой температурой имел толщину всего около 10 метров, ниже этого слоя температура воды резко, скачком уменьшается.

То есть, температура здесь меняется скачкообразно, благодаря чему этот второй слой так и называется – слой «скачка». Обычно составляет 10 –20 метров, и температура воды в нем снижается всего на несколько градусов.

Изменение температуры в слое скачка обычно составляет десятые доли градуса на метр. Этот слой – удивительное явление, которому отсутствует аналог в атмосфере. Он играет большую роль в физике и биологии моря, а также в человеческой деятельности, связанной с морем. Благодаря большому градиенту плотности в слое скачка собираются различные частицы взвеси, планктонные организмы и мальки рыб. Подводная лодка в нём может лежать, как на грунте. Поэтому иногда его называют слоем «жидкого грунта».

Слой скачка представляет собой своеобразный экран: через него плохо проходят сигналы эхолотов и гидролокаторов. Он постоянно перемещается вверх или вниз, иногда с довольно большой скоростью. Ниже слоя скачка располагается слой главного термоклина. В этом третьем слое температура воды продолжает уменьшаться, но медленнее, чем в слое скачка, градиент температуры здесь составляет сотые доли градуса на метр.

В течение двух дней исследователи несколько раз повторяли свои измерения. Результаты были схожи. Записи свидетельствовали о наличии в океане тонких прослоек воды протяжённостью от 2 до 20 км, температура и солёность которых резко отличались от соседних. Толщина слоев от 2 до 40 м. Океан в этом районе напоминал слоёный пирог. Если вы представите себе ломтик бекона (свиное сало с мясными прослойками), то картинка, похожая на бекон, была обнаружена в океане.

В 1969 году английский учёный Вудс нашёл такую структуру в Средиземном море около острова Мальта. Он использовал для замеров двухметровую рейку, на которую укрепил десяток полупроводниковых датчиков температуры. Затем Вудс сконструировал автономный падающий зонд, который помог чётко зафиксировать слоистую структуру полей температуры и солёности воды.

А в 1971 году советские учёные на исследовательском судне «Дмитрий Менделеев» обнаружили в Тиморском море слоистую структуру. Затем во время плавания судна по Индийскому океану они находили такие элементы во многих его районах. Таким образом, применение новых приборов для измерения ранее многократно замеренных физических параметров привело к новым сенсационным открытиям. Их использование дало возможность уловить совсем маленькие изменения параметров водных масс при перемещении зонда по вертикали в пределах десятков сантиметров и фиксировать их изменения во времени за доли секунд.

Оказалось, что везде в океане вся водная масса от поверхности до больших глубин разделена на тонкие однородные слои. Разница в температуре между соседними горизонтальными слоями составляла несколько десятых градуса. Сами слои имеют толщину от десятков сантиметров до десятков метров. Самое поразительное было то, что при переходе из слоя в слой температура воды, ее солёность и плотность менялись резко, скачкообразно, а сами слои устойчиво существуют иногда по многу суток. А в горизонтальном направлении такие слои с однородными параметрами простираются на расстояние до десятка километров.

Первые сообщения об открытии такой структуры океана большинством учёных-океанологов были восприняты скептически. Многие посчитали результаты экспедиций погрешностями измерений и расчётов или сбоями в работе самих приборов. Можно понять их сомнения, ведь во все времена вода являлась символом подвижности, изменчивости, текучести. Тем более в океане, где поверхностные и подводные течения постоянно перемешивают водные массы.

Но почему же тогда сохраняется столь устойчивая слоистость? Однозначный ответ на этот вопрос пока – отсутствует. Ясно одно – это открыто что-то очень важное, играющее существенную роль в динамике океана. По мнению доктора географических наук А. А. Аксенова, причины этого явления пока остаются загадкой.

Кроме того, на основе моделей и наблюдений последнего времени произведена переоценка влияния, которое Атлантический слой может оказывать на лёд. По словам Игоря Полякова, увеличенный поток тепла из глубин океана может быть ответственным за уменьшение толщины льда, наблюдаемое в последнее время, в большей степени, чем потепление атмосферы.

Северный Ледовитый океан, также, как и весь Мировой океан в целом, очень похож на слоёный пирог. В Арктике эта аналогия выражена особенно хорошо. Сверху находится холодный слой воды, который взаимодействует с атмосферой и подвергается воздействию при образовании льда, конвекции и так далее. Слой этот довольно лёгкий, поскольку распресняется реками, осадками и таяньем льда летом. Поэтому он находится наверху. Солёность и температура в этом слое примерно однородны по глубине, так что вода может свободно вертикально перемещаться в нём.

Дальше идёт слой (галоклин), в котором солёность резко увеличивается с глубиной. Через него проходит мало тепла. Под галоклином начинаются «чудеса» – слой тёплой воды, называемой Атлантическим слоем. Эта вода, приходящая из Атлантического океана через пролив Фрама и жёлоб Святой Анны, солёнее и теплее той, что находится на поверхности Северного Ледовитого океана. Поскольку при низких температурах изменения плотности воды в основном определяются величиной солёности, Атлантическая вода, как более плотная, опускается на глубину.

У самого же дна находится довольно толстый слой холодной солёной воды. Так получается, что Атлантический слой образует в Северном Ледовитом океане что-то вроде тёплой начинки, температурой максимум +2-3° С. Для Арктики, где у поверхности температура воды близка к температуре замерзания, которая у солёной воды минусовая, это довольно тепло.

Измерения, сделанные в океанографических экспедициях, в частности в рамках Международного проекта NABOS, зафиксировали в начале 2000-х увеличение температуры Атлантического слоя на 1°. Атлантический слой поднялся ближе к поверхности, и стал оказывать большее влияние на таяние льда.

Учёные объясняют устойчивую слоистость так: «По какой-то загадочной причине в толще воды возникают многочисленные довольно чёткие границы, разделяющие слои с различной плотностью. На границе двух слоев различной плотности очень легко возникают внутренние волны, которые перемешивают воду. При разрушении внутренних волн возникают новые однородные слои и границы слоев, которые образуются на иных глубинах. Этот процесс повторяется многократно, меняются глубина залегания и толщина слоев с резкими границами, но общий характер водной толщи остаётся постоянным».

Использованы материалы публикации в Journal of Physical Oceanography.

P.S. Учёные признают, что очень мало знают про океан.

Комментарии запрещены.