Карта Гольфстрима

Показано, что Гольфстрим не изменит в перспективе своих характеристик (параметров) в пространстве и во времени, как бы не менялся климат Земли. Более того Гольфстрим практически не переносит свои воды в пространстве и поэтому они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.

В последние годы часто в СМИ рассматривается такой сценарий изменения климата. Из-за глобального потепления частично могут растаять ледники Гренландии и Северного Ледовитого океана, что приведёт к опреснению океанских вод и, соответственно, к усилению Лабрадорского течения, которое изменит направление движения вод Гольфстрима. Если сейчас тёплые воды Гольфстрима попадают в северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан и обогревают Европу и Арктику, то в ближайшей перспективе они могут направиться в сторону Африки. Изменению течений может способствовать и изменение режима ветра над океаном. В результате возможно полное прекращение подачи тёплых вод Гольфстрима на север. Как следствие, вслед за потеплением резко похолодает климат Европы и приблизительно через 30 лет средняя многолетняя температура воздуха, например Великобритании, уменьшится примерно на 4°С.

На первый взгляд всё это выглядит очень убедительно. Авторы гипотез, обычно – учёные математики, утверждают, что они всё точно просчитали на сверхсовременных моделях и вычислительных машинах. При этом демонстрируются красочные схемы и графики, как результат точных математических вычислений, свидетельствующие, что всё так и произойдёт.

Не берусь предсказывать возможные изменения климата, но утверждаю, что если он и изменится в прогнозируемых масштабах времени, то это не приведёт к сколько-нибудь заметным изменениям режима крупномасштабных океанических течений, в частности, и Гольфстрима, как предсказывают некоторые специалисты – "модельеры". А отсюда можно считать, что не изменится и климат Земли за счёт предполагаемого изменения режима Гольфстрима. Кроме того, наши исследования показывают, что Гольфстрим не переносит воды в пространстве, а следовательно, они не попадают в cеверную часть Атлантического океана около Европы и в Северный Ледовитый океан. Эта проблема уже рассматривалась[1-4] и будет здесь рассмотрена кратко с позиции новых представлений о длинноволновой природе океанских течений, в том числе и Гольфстрима.

Новые представления о течениях, в частности, Гольфстрима.

Движения вод в масштабах океана получило название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции. В неё вовлечены практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению стрелки часов) и циклоническое (против часовой стрелки) – в Южном. В целом по океану скорости крупномасштабных течений небольшие, приблизительно 10 – 20 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и экваториальных течениях и т. д. Гольфстрим среди них наиболее изучаем. На рис. 1 приведена схема крупномасштабных течений северной части Атлантического океана и части Северного Ледовитого океана.

Схема течений Северной Атлантики. Векторы построены путём осреднения многочисленных дрифтерных наблюдений течений. Хорошо выделяются течения с большими скоростями течений: Гольфстрим – 1, Гвианское – 2, Пассатные вдоль экватора - 3, Лабрадорское – 4.

Рис. 1. Схема течений Северной Атлантики [1]. Векторы построены путём осреднения многочисленных дрифтерных наблюдений течений. Хорошо выделяются течения с большими скоростями течений: Гольфстрим – 1, Гвианское – 2, Пассатные вдоль экватора – 3, Лабрадорское – 4.

Представленные исследования [1-4] показали, что крупномасштабные течения вовсе не градиентные и не геострофические, как считается, а длинноволновые, сформированные волнами Россби. Крупномасштабные течения и Гольфстрим не переносят воды поступательно, адвективно, как и обычно волны, и, следовательно, они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.

Океанические течения не что иное, как течения волн Россби, называемые орбитальными движениями частиц воды. На рис. 2а, б представлены в виде диполя линии токов волн Россби в Гольфстриме. Они движутся против струи Гольфстрима, т.е. в юго-западном направлении, со скоростью ~ 5см/с., на рис.2а,б – влево. Скорость течения пропорциональна плотности линий токов. Движения частиц воды в центральной (верхний рис. – а) и верхней (нижний рис. – б) части формируют поверхностные течения, в данном случае Гольфстрима, с боков и снизу образуют поверхностные и глубинные противотечения, по краям волн создают подъём (апвеллинг) и опускание (даунвеллинг) вод (на рис.2б они обозначены тонкими стрелками вверх – вниз).

Приведём некоторую информацию о волнах Россби в районе Гольфстрима и в нём. Нижняя его часть фиксируется до горизонта ~ 500м, т.е. имеет такую толщину, если так можно выразится, ширина Гольфстрима ~ 100 км. Волны Россби имеют длину ~ 300км, а период ~ 10 -20 суток. Средние скорости Гольфстрима ~ 1 м/с (см. рис. 1), такие же скорости орбитальных движений частиц волн Россби в Гольфстриме.

Ранее мы отмечали, что океанские течении и, конечно, Гольфстрим, не переносят воды в пространстве. Поясним это подробнее. Достоверно установлено, что океанские волны любого типа, в том числе, и волны Россби, массы воды однонаправленно не переносят. Они вращаются в виде орбитальных движений частиц воды в волне около некоего положения равновесия, что в принципе мы и видим.

Линии токов течений Гольфстрима и его окружения обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Вид сверху (а) и по вертикальному сечению через Гольфстрим (б).

Рис. 2а, б. Линии токов течений Гольфстрима и его окружения обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Вид сверху (а) и по вертикальному сечению через Гольфстрим (б).

Теперь объясним, почему вроде бы однонаправленные течения регистрируются дрифтерами и стационарно установленными приборами, а масса воды не переносится. В Гольфстриме вращение частиц воды происходит преимущественно в вертикальной плоскости (рис. 2б, нижний), а с двух сторон от Гольфстрима – преимущественно в горизонтальной плоскости, как изображено на (рис. 2а, верхний) и плоскостях, несколько наклонённых к горизонту. Напомню, что волны движутся в левую сторону. Предположим, вы запустили дрифтер в Гольфстриме в момент 1. Он будет перемещаться вправо однонаправленно проходя последовательно через точки 1 – I – 2 – II – 3 – Ш – 4 и т.д. Модуль скорости будет переменным. В точке 1 – равен 0, I – достигнет максимума, далее последовательно всё повторится. Фактически будет зафиксирован пилообразный пульсирующий сигнал. Такой же будет зафиксирован и при стационарных измерениях течений. Но период пульсаций будет иной, без Допплерова эффекта, который присутствует при дрифтерных измерениях. В реальности мы практически то же самое и наблюдаем (см. рис 3, 4). Мы видим практически однонаправленное движение дрифтера (рис.3) и пульсирующий модуль скорости (рис.4).

Трасса дрифтера, запущенного в воды Гольфстрима. Числа около точек – время движения дрифтера в сутках с момента его запуска.

Рис. 3. Трасса дрифтера, запущенного в воды Гольфстрима. Числа около точек – время движения дрифтера в сутках с момента его запуска.

Модуль скорости движения дрифтера

Рис.4. Модуль скорости движения дрифтера, трасса которого изображена на предыдущем рисунке (рис. 3).

Вот эта информация и является обоснованием правильности предложенных представлений о течениях. Кроме того, эту концепцию подтверждает и следующий факт. Воды Мексиканского залива из него не вытекают и не попадают в Гольфстрим.

Крупномасштабные течения

В южной части Гольфстрима средние скорости течений ~ 1 м/с, а в северной ~ 50cм/с, в то же время, как за пределами Гольфстрима скорости течений небольшие и составляют ~ 10 cм/c. Слабо выражено Северо-Атлантическое течение, его скорости небольшие, ~ 20 см/с, а около Ирландии и вообще малые, ~ 10 см/с, т.е. соизмеримы со скоростями течений остальной части океана. Скорости Норвежского течения ~ 25 см/с.

Глядя на схему (рис.1), может создаться впечатление, что из Мексиканского залива в виде мощного потока вода вытекает в Атлантический океан и далее вдоль берега распространяется в северо-западном направлении, в сторону Северного Ледовитого океана. Около Ньюфаундлендской банки струя Гольфстрима заметно ослабевает и переходит в слабовыраженное Северо-Атлантическое течение и, далее, в Норвежское. Создаётся впечатление, что не существует единого потока воды с непрерывным переходом Гольфстрима в Норвежское течение. В этом случае трудно представить, что воды Гольфстрима поступают в Северный Ледовитый океан, кажется, что они достигают только района океана, где обозначено Северо-Атлантическое течение, т.е. его средней части.

Кроме того, строго экспериментально установлено, что воды Гольфстрима сформированы водами Саргассова моря, поступающими с юга, справа от течения и склоновыми водами, поступающими с севера, слева от него, а вод Мексиканского залива в Гольфстриме практически нет. Складывается, на первый взгляд, парадоксальное представление о динамике Гольфстрима: течение из Мексиканского залива существует, а его вод в Гольфстриме нет. Можно сделать вывод, что течения не переносят воды и воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан. Объяснение этому даётся в работах [1-4] и будет изложено ниже.

Мы объяснили, каким образом формируются крупномасштабные течения, на примере течений Гольфстрима, почему он не переносит (или переносит крайне мало) одно направленно массы воды, почему его воды не вытекают из Мексиканского залива, почему струя Гольфстрима пульсирует и почему дрифтер однонаправлено перемещается, в то время как воды остаются на месте. Становится ясно, что воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан, во всяком случае, адвективно и в большом количестве, как представляется.

Тогда каким же образом в Северном Ледовитом океане оказываются теплые воды Атлантического океана?

Мы уже отмечали, что Гольфстрим сформирован теплыми водами Саргассова моря, поступающими с юга, слева от Гольфстрима, и холодными и менее солёными водами, поступающими с севера, справа от него. Частицы этих вод проникают друг в друга: воды Саргассова моря в склоновые воды и наоборот, таким образом, воды перемешиваются. Эта переходная зона перемешанных вод называется гидрофронтом. Считается, что смешение вод происходит за счёт турбулентности. Но ведь в волнах турбулентность отсутствует, значит можно говорить о слабой турбулентности, о слабом смешении вод, т.е. о крайне медленном проникновении одних в другие.

Скорее всего таким же образом в результате слабой турбулентности и поступает тёплая вода Атлантического океана в Северный Ледовитый, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом, скорее всего на два – три порядка. Так, считается, что смена вод Северного Ледовитого океана (при адвективном их переносе) происходит за 40 лет. Тогда, если учесть что перенос носит слабо турбулентный характер, эта величина может быть увеличена, приблизительно на два порядка, т.е. будет равна 4000 лет.

В принципе в океане вода может перемещаться в пространстве адвективно или за счёт турбулентности. Если мы видим, что вода перемещается и если показываем, что это перемещение не адвективное, то остаётся принять, что оно – турбулентное. Значит, мы сделали правильный вывод о турбулентном характере проникновения вод Атлантики в Северный Ледовитый океан.

Теперь допустим, что данное [1-4] объяснение природы течений неверно. Будем считать, как это принято: течения градиентными геострофическими, они адвективно переносят массы воды, воды Гольфстрима попадают адвективно в Северный Ледовитый океан и дрифтер движется вместе с переносимой течением водой, т.е. дрифтер фиксирует перемещения воды.

Трассы дрифтеров, запущенных в воды Гольфстрима или около него и прошедшие через Гольфстрим. Цифры около точек: время движения дрифтера с момента начала наблюдений в месяцах.

Рис. 5а, б, в, г. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Гольфстрима или около него и прошедшие через Гольфстрим. Цифры около точек: время движения дрифтера с момента начала наблюдений в месяцах.

Тогда с помощью дрифтерных наблюдений должна существовать возможность проследить, куда попадает вода Гольфстрима. Для этого мы выбрали сто трасс дрифтеров, проходящих через Гольфстрим, и исследовали их движения. Обычно дрифтер, попадая в Гольфстрим, быстро его покидает, время пребывания его в Гольфстриме крайне редко превышает два месяца. Большинство дрифтеров направляются в сторону Африки (см. рис.5а,б), иногда – в сторону Европы и ,крайне редко, в сторону островов Великобритании. Но не один из ста дрифтеров не попал в воды Северного Ледовитого океана. Обычно при почти прямолинейном движении дрифтер пересекает океан приблизительно за два года. Часто дрифтер длительное время совершает сложные движения в центральной части Атлантического океана (рис. 5в) или около Гольфстрима (рис. 5г). В первом случае он дрейфовал в океане приблизительно 7 лет (рис. 5в), а во втором (рис. 5г) два года, при этом он сместился на юг и чуть не оказался снова в Гольфстриме.

Выводы

Мы показали, что какой бы гипотезы формирования течений не придерживаться (градиентных, геострофических или длинноволновых), вода Гольфстрима не должна попасть и не попадает в Северный Ледовитый океан, как это считается. Изложенное даёт основание наше объяснение природы проникновения масс воды в Северный Ледовитый океан из Атлантического в результате слабого турбулентного обмена вод океанов считать всё же верным. Вода из Гольфстрима не поступает в Северный Ледовитый океан, в него поступают воды Атлантического океана в результате слабого турбулентного их перемешивания, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом.

К этому добавлю. Дрифтер не движется вместе с водой и не отслеживает её перемещения. Поэтому, часто даваемое дрифтерам название – лагранжевые поплавки – является не правильным.

Литература

  • Бондаренко А.Л. Крупномасштабные течения и долгопериодные волны Мирового океана. Монография.
  • БондаренкоА.Л. Гольфстрим: мифы и реальность.
  • Бондаренко А.Л. Настоящее и будущее Гольфстрима. ж. Природа. № 7. 2007. С.29-37.
  • Бондаренко А.Л. Основные закономерности формирования течений океанов и морей// Новости ЕСИМО. Вып. 31. январь-июнь 2008.

Об авторе

Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН. Область научных интересов: динамика вод Мирового океана, взаимодействие океана и атмосферы. Достижения: доказательство существенного влияния океанических волн Россби на формирование термодинамики океана и атмосферы, погоды и климата Земли.

N.B.

Уважаемые читатели! Если у вас появились вопросы, которые вы хотите задать Альберту Леонидовичу – вы можете написать их в комментариях ниже или отправить мне по электронной почте. Я их обязательно передам Альберту Леонидовичу и опубликую ответы на блоге. Спасибо!