Страница:
Из школьных уроков физики у некоторых из нас могло сложиться мнение о том, что сила тяжести на поверхности шарообразной Земли всюду одинакова и сообщает любому телу ускорение — g — 981,56 см/с2 . Между тем Земля, как известно, не шар, а эллипсоид, сплюснутый в направлении полюсов, на котором множество выступов и впадин. Существует ли в таком случае «равновесная» поверхность, вдоль которой сила тяжести одинакова и направлена перпендикулярно?
Да, конечно, существует, но лишь как условное понятие, которое носит название «геоид». Итак, «идеальный геоид» это гладкая фигура, которая совпадает с поверхностью «спокойного» Мирового океана. Впрочем, всем понятно, что океан никогда абсолютно спокойным не бывает. На него действуют атмосферные явления, в нем существуют различные течения, на планетарные воды воздействуют гравитационные силы, чередующие отливы и приливы.
Однако измерения, сделанные с помощью гравиметров, показали заметные аномалии силы тяжести в разных районах земного шара. Дело в том, что в каждой точке нашей планеты (если фигуру Земли представить поверхностью, которую должна занимать спокойная жидкость) эта поверхность всегда перпендикулярна направлению силы тяжести. А направление этой силы зависит не только от притяжения Земли как целого, но и от притяжения отдельных неоднородностей в теле нашей планеты.
«Неоднородностью» может, например, оказаться сгущение тяжелых компонентов в глубинном расплаве. Сила тяжести в этом случае отклонена, а соответственно искажается и форма водной поверхности. В рельефе водной поверхности, как это ни странно, «отражаются» и геологические структуры, находящиеся глубоко под дном океана. Увеличение или уменьшение силы тяжести Земли за счет этих неровностей структур сказывается на высоте водной поверхности. Оказывается, что под воздействием высоких температур порядка 2000-2500° Цельсия и огромного давления, превышающего атмосферное в 150-350 тысяч раз, вещество земных недр на глубинах от 400 до 700 километров может стать более плотным.
Проще сказать — скрытый в теле планеты избыток масс как бы стягивает над собой воду. Таков механизм образования «горбов» или «выпуклостей» на поверхности Мирового океана. А недостаток масс проявляется в виде «впадин». Причем в данном случае необязательно виноваты глубинные факторы. Например, часто причиной «горба» может оказаться и подводная гора, которая тоже заметно стягивает над собой водные массы. Теоретически все вышеизложенное было, как говорится, хорошо известно.
А вот доказать аргументирование и как бы зримо увидеть все это удалось лишь в ходе космических исследований с помощью искусственных спутников Земли. С конца 1970-х годов и вот уже в течение многих лет специальные океанографические спутники с высокой точностью измеряют расстояния от себя до поверхности океана. По этим измерениям станции слежения, фиксирующие элементы спутниковых орбит, определяют их истинную высоту с точностью менее десяти сантиметров. Разность величин и есть показатель отклонений в уровне реального земного океана.
Измерения подтвердили теоретические расчеты о том, что наиболее крупные «впадины» могут иметь глубину до 100 метров. Самая глубокая из них находится вблизи острова Шри-Ланка в Индийском океане, где океан опущен на 112 метров. Края этой гигантской воронки очень пологие и потому не заметны для глаза.
Что касается «горбов», то действительно, такие выступы высотой до 100 метров были обнаружены также у Западного побережья Африки и к северо-востоку от Австралии, в районе острова Новая Гвинея, где уровень водной поверхности поднят на 78 метров. Что же касается самой большой «выпуклости» в Мировом океане, то она, как выяснилось, занимает всю юго-восточную часть Тихого океана.
А вот что касается районов Карибского моря и интересующего нас Бермудского треугольника, то американские ученые установили: поверхность океана здесь опущена на 64 метра относительно земного эллипсоида. Кстати, вся северная часть Атлантического океана представляет собой «водное плато», самая высокая часть которого поднята на 67 метров.
Подобные понижения и повышения уровня океана обусловлены здесь, как считается, приблизительным соответствием его равномерному положению и форме земного геоида, если учесть рельеф морского дна, а также гравитационными аномалиями, что в первую очередь относится к району Пуэрто-риканской впадины.
Безусловно, это очень интересные факты. Но сами по себе они ни о чем еще не говорят. Быть может, сам факт изгиба, то есть подъема и опускания океанической поверхности в процессе ее приспособления к напряженности гравитационного геополя, в некотором смысле напоминает живое существо…
Например, ученые считают, что никакими особыми свойствами «бугры» и «впадины» поверхности океана якобы не обладают. По их мнению, они не оказывают существенного воздействия даже на циркуляцию в этих местах воды. Однако, на наш взгляд, это мнение не учитывает долговременных процессов и явлений, могущих происходить между этими аномалиями поверхности океана, например с учетом ее динамических свойств и т.д.
Внутренние волны
Вихри
Да, конечно, существует, но лишь как условное понятие, которое носит название «геоид». Итак, «идеальный геоид» это гладкая фигура, которая совпадает с поверхностью «спокойного» Мирового океана. Впрочем, всем понятно, что океан никогда абсолютно спокойным не бывает. На него действуют атмосферные явления, в нем существуют различные течения, на планетарные воды воздействуют гравитационные силы, чередующие отливы и приливы.
Однако измерения, сделанные с помощью гравиметров, показали заметные аномалии силы тяжести в разных районах земного шара. Дело в том, что в каждой точке нашей планеты (если фигуру Земли представить поверхностью, которую должна занимать спокойная жидкость) эта поверхность всегда перпендикулярна направлению силы тяжести. А направление этой силы зависит не только от притяжения Земли как целого, но и от притяжения отдельных неоднородностей в теле нашей планеты.
«Неоднородностью» может, например, оказаться сгущение тяжелых компонентов в глубинном расплаве. Сила тяжести в этом случае отклонена, а соответственно искажается и форма водной поверхности. В рельефе водной поверхности, как это ни странно, «отражаются» и геологические структуры, находящиеся глубоко под дном океана. Увеличение или уменьшение силы тяжести Земли за счет этих неровностей структур сказывается на высоте водной поверхности. Оказывается, что под воздействием высоких температур порядка 2000-2500° Цельсия и огромного давления, превышающего атмосферное в 150-350 тысяч раз, вещество земных недр на глубинах от 400 до 700 километров может стать более плотным.
Проще сказать — скрытый в теле планеты избыток масс как бы стягивает над собой воду. Таков механизм образования «горбов» или «выпуклостей» на поверхности Мирового океана. А недостаток масс проявляется в виде «впадин». Причем в данном случае необязательно виноваты глубинные факторы. Например, часто причиной «горба» может оказаться и подводная гора, которая тоже заметно стягивает над собой водные массы. Теоретически все вышеизложенное было, как говорится, хорошо известно.
А вот доказать аргументирование и как бы зримо увидеть все это удалось лишь в ходе космических исследований с помощью искусственных спутников Земли. С конца 1970-х годов и вот уже в течение многих лет специальные океанографические спутники с высокой точностью измеряют расстояния от себя до поверхности океана. По этим измерениям станции слежения, фиксирующие элементы спутниковых орбит, определяют их истинную высоту с точностью менее десяти сантиметров. Разность величин и есть показатель отклонений в уровне реального земного океана.
Измерения подтвердили теоретические расчеты о том, что наиболее крупные «впадины» могут иметь глубину до 100 метров. Самая глубокая из них находится вблизи острова Шри-Ланка в Индийском океане, где океан опущен на 112 метров. Края этой гигантской воронки очень пологие и потому не заметны для глаза.
Что касается «горбов», то действительно, такие выступы высотой до 100 метров были обнаружены также у Западного побережья Африки и к северо-востоку от Австралии, в районе острова Новая Гвинея, где уровень водной поверхности поднят на 78 метров. Что же касается самой большой «выпуклости» в Мировом океане, то она, как выяснилось, занимает всю юго-восточную часть Тихого океана.
А вот что касается районов Карибского моря и интересующего нас Бермудского треугольника, то американские ученые установили: поверхность океана здесь опущена на 64 метра относительно земного эллипсоида. Кстати, вся северная часть Атлантического океана представляет собой «водное плато», самая высокая часть которого поднята на 67 метров.
Подобные понижения и повышения уровня океана обусловлены здесь, как считается, приблизительным соответствием его равномерному положению и форме земного геоида, если учесть рельеф морского дна, а также гравитационными аномалиями, что в первую очередь относится к району Пуэрто-риканской впадины.
Безусловно, это очень интересные факты. Но сами по себе они ни о чем еще не говорят. Быть может, сам факт изгиба, то есть подъема и опускания океанической поверхности в процессе ее приспособления к напряженности гравитационного геополя, в некотором смысле напоминает живое существо…
Например, ученые считают, что никакими особыми свойствами «бугры» и «впадины» поверхности океана якобы не обладают. По их мнению, они не оказывают существенного воздействия даже на циркуляцию в этих местах воды. Однако, на наш взгляд, это мнение не учитывает долговременных процессов и явлений, могущих происходить между этими аномалиями поверхности океана, например с учетом ее динамических свойств и т.д.
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.
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 отрицательную температуру, а антициклонические вихри — положительную температуру, поэтому их соответственно называют «холодными» и «теплыми». В случаях, когда ядро более холодное, внутри вихря наблюдается повышенна биологическая продуктивность, что объясняется подъемом внутренних вод, богатых питательными веществами. Oба типа этих вихрей, естественно, создают особые, труднопрогнозируемые условия для теплового и влажного обмена с воздушной атмосферой Земли.
Значимость динамики океана в областях, где «живут», то есть развиваются и действуют, синоптические вихри, которые проникают на глубину более полутора километров, усугубляется 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.
В связи с этим пришлось отказаться от долго бытовавшего представления о «реках» в океане. Как всякая ломка старых понятий, процесс данного осмысления был нелегким и болезненным. И как следствие этого процесса возник принципиально новый подход к измерениям течений на различных глубинах — появился метод полигонов. Дело 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. По одному из них измерители течений устанавливают на различных горизонтах во многих фиксированных точках океана (с разнесением до многих сотен километров). По другому — 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 именно 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.
Одновременно вихри-"ринги" вращаются со скоростью порядка 1,0-1,5 метра в секунду, которая может достигать и 25 метров в секунду. Это вращение поднимает со дна океана холодные воды. Перемещение такого количества воды в океане, естественно, сказывается на атмосферных явлениях.
Над загадками вихрей кроме советских 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», который вместе с «Полигоном-70» положил начало советско-американскому научному сотрудничеству.
В период проведения эксперимента «Моде» велись наблюдения за поплавками нейтральной плавучести на глубине 700 и 2000 метров. Местоположение поплавков определялось с помощью станций акустического прослушивания, расположенных на Бермудских, Багамских и Антильских островах. Кроме того, со спутников ежесуточно проводились температурные съемки поверхности океана и, в частности, района Бермудского треугольника, что позволяло исследовать пространственные и временные характеристики изменчивости Гольфстрима.
Все вышеуказанные обстоятельства позволили объединить усилия ученых двух стран, и начиная с 1974 года было решено проводить совместно подобные исследования. Так родилась общая программа «Полимоде». Название ее включает слово «Полигон», а «Моде» — сокращение английского термина «срединно-океанический динамический эксперимент». Проведение полигонных экспериментов — дело очень трудное и дорогостоящее. Обычно в таких работах бывает занято несколько судов и сотни ученых и моряков.
Проект предусматривал проведение экспериментальных и теоретических исследований. Тщательно разработанная программа была составлена так, чтобы с минимальными для каждой из сторон затратами времени и средств получить наиболее полные результаты. В программу «Полимоде» входило, например, изучение скорости течений и плотности воды на сравнительно небольшой площади. Для этой цели в северо-западной части Атлантического океана был намечен круг радиусом в несколько сот километров.
То, что главным гидрофизическим полигоном оказался район Бермудского треугольника, — случайность. Вначале предполагалось работать гораздо севернее — к югу от Ньюфаундлендской банки. Но там слишком сложные климатические условия, а в районе Бермуд погода получше. Когда был утвержден этот район, кто-то из присутствовавших заметил, что работать придется почти в самом центре «зловещего Бермудского треугольника». И хотя шуток по этому поводу было высказано немало, ни у кого не возникла мысль проводить исследования в другом месте.
Основные работы были запланированы на 1977-1978 годы. В них предполагалось участие также ученых Англии, Канады, Франции и ФРГ. Экипажу советского научно-исследовательского судна «Академик Вернадский» было поручено провести исследования, позволявшие определить пути подхода к решению данной проблемы, и в частности создать соответствующие физико-математические модели поля синоптических вихрей и методы расчета нестационарных океанских течений. Помимо прочего, необходимо было также уточнить район проведения экспериментов.
Изучение оптики, химии и биологии, замеры температур и параметров вихревых образований в океане проводились совместно с американскими учеными. При этом широко использовались американские искусственные спутники Земли: они позволяли непрерывно контролировать положение буев в океане. Для этого наши буи снабжались американскими ответчиками. Кроме того, с помощью спутников была получена исходная информация о положении «рингов» Гольфстрима. Американские «кусты» буйковых станций позволили получить большой объем информации, статистическая обработка которой дает представление о географическом распределении синоптических вихрей и о самом вихревом поле в океане.
В июне 1977 года наши ученые приступили к основным экспериментальным исследованиям синоптических вихрей в юго-западной части Северной Атлантики. Они включали изучение кинематики, динамики и строения синоптических вихрей, их взаимодействия между собой, а также с движениями других водных образований: средними течениями, внутренними волнами, турбулентностью и т.п. Кроме этого, исследовалось также распределение вихревой энергии в пределах крупномасштабной циркуляции вод.
На протяжении 13 месяцев отечественная часть программы осуществлялась на специальном гидрофизическом морском полигоне размером 550x550 километров, который был расположен между Бермудскими и Багамскими островами. Непрерывная работа около 20 буйковых океанографических станций, снабженных измерителями течений и температуры воды, обеспечивалась все время менявшимися поочередно несколькими экспедиционными судами, в том числе флагманским судном «Академик Курчатов», а также судами «Академик Вернадский», «Михаил Ломоносов», «Академик Крылов», «Молдавия» и другими.
Анализ траекторий вихрей позволил установить, что движение их крайне неравномерно и что оно носит криволинейный характер. Как выяснилось, вихри непрерывно взаимодействуют друг с другом: они сталкиваются, сливаются в один более мощный вихрь или, наоборот, распадаются на несколько новых.
Очень важным являлся вопрос, как географически распределяются вихри. В свое время была предложена гипотеза об их «плотной упаковке» в океане. Согласно этой гипотезе, весь океан почти сплошь заполнен вихрями. Как же обстояло дело в действительности?
Чтобы ответить на комплекс подобных вопросов в рамках «Полимоде» был предусмотрен специальный статистике-географический эксперимент. Эту часть программы выполняли американские ученые с помощью более 20 буйковых станций, размещенных «кустами» в различных районах Атлантики. Каждый «куст» — это несколько автономных буйковых станций с измерителями течений, расстояния между которыми внутри «куста» выбирались таким образом, чтобы можно было оценить некоторые характеристики отдельных вихрей. Американские буйковые станции работали к северу, востоку и югу от советского полигона, а также у южной оконечности Гольфстрима, где проводился локальный динамический эксперимент. В районе проведения этого эксперимента кроме буйковых океанографических станций использовались также и акустические поплавки нейтральной плавучести, свободно дрейфовавшие через район полигона на глубине 700 и 2000 метров.
Совместный советско-американский эксперимент «Полимоде» успешно закончился в октябре 1978 года. За проведенное в центре Бермудского треугольника время экспедиции пережили достаточно много, например, трижды — тропические ураганы, а в осенние и зимние сезоны — жестокие штормы. Летом же температура воды океана нагревалась более чем на 30°С.
Нужно сказать, что из экспедиций в район Бермудского треугольника ученые возвращались не с пустыми руками. Вот несколько мнений о результатах исследований в этом районе.
Член-корреспондент АН СССР А.С. Монин, руководитель Института океанологии имени П.П. Ширшова:
"…Надо сказать, что этот район всегда находится в поле зрения ученых. Напомню читателям: название Бермудский треугольник носит акватория в западной части Саргассова моря. Моряки Колумба, побывавшие здесь, рассказывали, что оно похоже на зеленый луг. Позже появились легенды о том, что здесь винтовые суда попадали в ловушку. Важно «чудеса» увидеть своими глазами. Во время наших экспедиций… мы видели не сплошной луг, а пятна и полосы желтовато-бурых водорослей. На винт они намотаться не могут — это небольшие кустики вроде клочков сена. Водоросли приспособились к плавучему образу жизни. Уникальное явление. Других чудес мы здесь не обнаружили. Ничего сверхъестественного не происходило и в центральной части. Бермудский треугольник: спокойный «уголок», вода цвета индиго с небольшими скоростями течений. Вообще район Бермудского треугольника не относится к наиболее штормовым в Мировом океане, таким как, например, район мыса Горн…
В «треугольнике» ученые стали свидетелями зарождения интереснейшего явления океана — мощных вихревых образований типа циклонов в атмосфере. На западе и севере акватории Саргассова моря проходит Гольфстрим. Местами он как бы рвется: от основной струи отшнуровываются отдельные волны. При этом образовываются вихревые кольца, имеющие в поперечнике около 100 километров, причем скорости течения в нем могут достигать трех узлов. Вихри, удаленные от Гольфстрима, могут расширяться и имеют поперечник до 200 километров, а скорость перемещения — 5 сантиметров в секунду.
В Бермудском треугольнике нам удалось наблюдать весь «набор» колец Гольфстрима и других вихрей. Вот это действительно представляло и представляет… огромный интерес. Изучение этих процессов необходимо для улучшения прогнозов погоды на море и на суше. Замечу, исследования в Бермудском треугольнике имеют сегодня непосредственное отношение и к созданию долгосрочных прогнозов погоды. Для этого здесь идеальные условия: постоянно можно наблюдать, как интенсивно взаимодействует океан и атмосфера. Таких районов несколько —у Ньюфаундленда, у берегов Норвегии, в тропиках… Угрозы современному мореплаванию вихри не представляют. Однако если в районе таких вихрей происходят аварии, то обломки корабля или самолета могут быть вынесены в стремительный Гольфстрим. Поэтому-то и возникла легенда о загадочном исчезновении остатков крушения…"
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 отрицательную температуру, а антициклонические вихри — положительную температуру, поэтому их соответственно называют «холодными» и «теплыми». В случаях, когда ядро более холодное, внутри вихря наблюдается повышенна биологическая продуктивность, что объясняется подъемом внутренних вод, богатых питательными веществами. Oба типа этих вихрей, естественно, создают особые, труднопрогнозируемые условия для теплового и влажного обмена с воздушной атмосферой Земли.
Значимость динамики океана в областях, где «живут», то есть развиваются и действуют, синоптические вихри, которые проникают на глубину более полутора километров, усугубляется 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.
В связи с этим пришлось отказаться от долго бытовавшего представления о «реках» в океане. Как всякая ломка старых понятий, процесс данного осмысления был нелегким и болезненным. И как следствие этого процесса возник принципиально новый подход к измерениям течений на различных глубинах — появился метод полигонов. Дело 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. По одному из них измерители течений устанавливают на различных горизонтах во многих фиксированных точках океана (с разнесением до многих сотен километров). По другому — 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 именно 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.
Одновременно вихри-"ринги" вращаются со скоростью порядка 1,0-1,5 метра в секунду, которая может достигать и 25 метров в секунду. Это вращение поднимает со дна океана холодные воды. Перемещение такого количества воды в океане, естественно, сказывается на атмосферных явлениях.
Над загадками вихрей кроме советских 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», который вместе с «Полигоном-70» положил начало советско-американскому научному сотрудничеству.
В период проведения эксперимента «Моде» велись наблюдения за поплавками нейтральной плавучести на глубине 700 и 2000 метров. Местоположение поплавков определялось с помощью станций акустического прослушивания, расположенных на Бермудских, Багамских и Антильских островах. Кроме того, со спутников ежесуточно проводились температурные съемки поверхности океана и, в частности, района Бермудского треугольника, что позволяло исследовать пространственные и временные характеристики изменчивости Гольфстрима.
Все вышеуказанные обстоятельства позволили объединить усилия ученых двух стран, и начиная с 1974 года было решено проводить совместно подобные исследования. Так родилась общая программа «Полимоде». Название ее включает слово «Полигон», а «Моде» — сокращение английского термина «срединно-океанический динамический эксперимент». Проведение полигонных экспериментов — дело очень трудное и дорогостоящее. Обычно в таких работах бывает занято несколько судов и сотни ученых и моряков.
Проект предусматривал проведение экспериментальных и теоретических исследований. Тщательно разработанная программа была составлена так, чтобы с минимальными для каждой из сторон затратами времени и средств получить наиболее полные результаты. В программу «Полимоде» входило, например, изучение скорости течений и плотности воды на сравнительно небольшой площади. Для этой цели в северо-западной части Атлантического океана был намечен круг радиусом в несколько сот километров.
То, что главным гидрофизическим полигоном оказался район Бермудского треугольника, — случайность. Вначале предполагалось работать гораздо севернее — к югу от Ньюфаундлендской банки. Но там слишком сложные климатические условия, а в районе Бермуд погода получше. Когда был утвержден этот район, кто-то из присутствовавших заметил, что работать придется почти в самом центре «зловещего Бермудского треугольника». И хотя шуток по этому поводу было высказано немало, ни у кого не возникла мысль проводить исследования в другом месте.
Основные работы были запланированы на 1977-1978 годы. В них предполагалось участие также ученых Англии, Канады, Франции и ФРГ. Экипажу советского научно-исследовательского судна «Академик Вернадский» было поручено провести исследования, позволявшие определить пути подхода к решению данной проблемы, и в частности создать соответствующие физико-математические модели поля синоптических вихрей и методы расчета нестационарных океанских течений. Помимо прочего, необходимо было также уточнить район проведения экспериментов.
Изучение оптики, химии и биологии, замеры температур и параметров вихревых образований в океане проводились совместно с американскими учеными. При этом широко использовались американские искусственные спутники Земли: они позволяли непрерывно контролировать положение буев в океане. Для этого наши буи снабжались американскими ответчиками. Кроме того, с помощью спутников была получена исходная информация о положении «рингов» Гольфстрима. Американские «кусты» буйковых станций позволили получить большой объем информации, статистическая обработка которой дает представление о географическом распределении синоптических вихрей и о самом вихревом поле в океане.
В июне 1977 года наши ученые приступили к основным экспериментальным исследованиям синоптических вихрей в юго-западной части Северной Атлантики. Они включали изучение кинематики, динамики и строения синоптических вихрей, их взаимодействия между собой, а также с движениями других водных образований: средними течениями, внутренними волнами, турбулентностью и т.п. Кроме этого, исследовалось также распределение вихревой энергии в пределах крупномасштабной циркуляции вод.
На протяжении 13 месяцев отечественная часть программы осуществлялась на специальном гидрофизическом морском полигоне размером 550x550 километров, который был расположен между Бермудскими и Багамскими островами. Непрерывная работа около 20 буйковых океанографических станций, снабженных измерителями течений и температуры воды, обеспечивалась все время менявшимися поочередно несколькими экспедиционными судами, в том числе флагманским судном «Академик Курчатов», а также судами «Академик Вернадский», «Михаил Ломоносов», «Академик Крылов», «Молдавия» и другими.
Анализ траекторий вихрей позволил установить, что движение их крайне неравномерно и что оно носит криволинейный характер. Как выяснилось, вихри непрерывно взаимодействуют друг с другом: они сталкиваются, сливаются в один более мощный вихрь или, наоборот, распадаются на несколько новых.
Очень важным являлся вопрос, как географически распределяются вихри. В свое время была предложена гипотеза об их «плотной упаковке» в океане. Согласно этой гипотезе, весь океан почти сплошь заполнен вихрями. Как же обстояло дело в действительности?
Чтобы ответить на комплекс подобных вопросов в рамках «Полимоде» был предусмотрен специальный статистике-географический эксперимент. Эту часть программы выполняли американские ученые с помощью более 20 буйковых станций, размещенных «кустами» в различных районах Атлантики. Каждый «куст» — это несколько автономных буйковых станций с измерителями течений, расстояния между которыми внутри «куста» выбирались таким образом, чтобы можно было оценить некоторые характеристики отдельных вихрей. Американские буйковые станции работали к северу, востоку и югу от советского полигона, а также у южной оконечности Гольфстрима, где проводился локальный динамический эксперимент. В районе проведения этого эксперимента кроме буйковых океанографических станций использовались также и акустические поплавки нейтральной плавучести, свободно дрейфовавшие через район полигона на глубине 700 и 2000 метров.
Совместный советско-американский эксперимент «Полимоде» успешно закончился в октябре 1978 года. За проведенное в центре Бермудского треугольника время экспедиции пережили достаточно много, например, трижды — тропические ураганы, а в осенние и зимние сезоны — жестокие штормы. Летом же температура воды океана нагревалась более чем на 30°С.
Нужно сказать, что из экспедиций в район Бермудского треугольника ученые возвращались не с пустыми руками. Вот несколько мнений о результатах исследований в этом районе.
Член-корреспондент АН СССР А.С. Монин, руководитель Института океанологии имени П.П. Ширшова:
"…Надо сказать, что этот район всегда находится в поле зрения ученых. Напомню читателям: название Бермудский треугольник носит акватория в западной части Саргассова моря. Моряки Колумба, побывавшие здесь, рассказывали, что оно похоже на зеленый луг. Позже появились легенды о том, что здесь винтовые суда попадали в ловушку. Важно «чудеса» увидеть своими глазами. Во время наших экспедиций… мы видели не сплошной луг, а пятна и полосы желтовато-бурых водорослей. На винт они намотаться не могут — это небольшие кустики вроде клочков сена. Водоросли приспособились к плавучему образу жизни. Уникальное явление. Других чудес мы здесь не обнаружили. Ничего сверхъестественного не происходило и в центральной части. Бермудский треугольник: спокойный «уголок», вода цвета индиго с небольшими скоростями течений. Вообще район Бермудского треугольника не относится к наиболее штормовым в Мировом океане, таким как, например, район мыса Горн…
В «треугольнике» ученые стали свидетелями зарождения интереснейшего явления океана — мощных вихревых образований типа циклонов в атмосфере. На западе и севере акватории Саргассова моря проходит Гольфстрим. Местами он как бы рвется: от основной струи отшнуровываются отдельные волны. При этом образовываются вихревые кольца, имеющие в поперечнике около 100 километров, причем скорости течения в нем могут достигать трех узлов. Вихри, удаленные от Гольфстрима, могут расширяться и имеют поперечник до 200 километров, а скорость перемещения — 5 сантиметров в секунду.
В Бермудском треугольнике нам удалось наблюдать весь «набор» колец Гольфстрима и других вихрей. Вот это действительно представляло и представляет… огромный интерес. Изучение этих процессов необходимо для улучшения прогнозов погоды на море и на суше. Замечу, исследования в Бермудском треугольнике имеют сегодня непосредственное отношение и к созданию долгосрочных прогнозов погоды. Для этого здесь идеальные условия: постоянно можно наблюдать, как интенсивно взаимодействует океан и атмосфера. Таких районов несколько —у Ньюфаундленда, у берегов Норвегии, в тропиках… Угрозы современному мореплаванию вихри не представляют. Однако если в районе таких вихрей происходят аварии, то обломки корабля или самолета могут быть вынесены в стремительный Гольфстрим. Поэтому-то и возникла легенда о загадочном исчезновении остатков крушения…"