АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается механизм формирования океанических течений. Показано, что эффект центробежного насоса, создающего океанические течения, возникает при суточном вращении Земли. В результате вращения Земли создаётся перепад уровней вод между западным и восточным берегами океанов по линии экватора в 60 сантиметров. Это твёрдо установленный факт. К полюсам в меридиональном направлении этот перепад уменьшается до нуля. Перепад уровней и формирует течения.

В качестве вынуждающей силы, формирующей бегущие долгопериодные волны на поверхности океана, рассматривается нутация оси суточного вращения Земли.

Ключевые слова: океанические течения, Гольфстрим, противотечения, климат, пассатные ветры, волны Россби, нутация, меандрирование, циркуляции.

Сложная картина движения водных масс океана формируется как суммирование совокупности различных движений, порождённых не связанными между собой физическими силами и явлениями. Наиболее фундаментальными, базовыми движениями в океане являются океанические круговороты, струйные адвективные течения, как поверхностные, так и придонные, и долгопериодные волны на поверхности океана. К движениям второй величины (по мощности) относятся ветровые волны, приливные волны, формируемые притяжением Луны и Солнца, движения водных масс, связанные с градиентами температуры и концентрации солей. В современной океанологии нет общепринятых представлений о природе струйных адвективных течений и долгопериодных волн. Рассматривается множество механизмов, большинство из которых не обеспечивают энергетику реальных мощностей океанических движений.

1. НАБЛЮДАЕМЫЕ ФАКТЫ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОКЕАНИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ

Приведём выдержки из [31]:

“В океанах и морях в определенных направлениях на расстояния в тысячи километров перемещаются огромные потоки воды шириной в десятки и сотни километров, глубиной в несколько сотен метров. Такие потоки — “реки в океанах”— называются морскими течениями. Движутся они со скоростью 1-3 км/ч, иногда до 9 км/ч. Причин, вызывающих течения, несколько: например, нагревание и охлаждение поверхности воды, осадки и испарение, различия в плотности вод, однако наиболее значимой в образовании течений является роль ветра. Течения по преобладающему в них направлению делятся на зональные, идущие на запад и на восток, и меридиональные – несущие свои воды на север или юг. В отдельную группу выделяют течения, идущие навстречу соседним, более мощным и протяженным. Такие потоки называют противотечениями.

Среди меридиональных течений наиболее известен Гольфстрим. Он переносит в среднем каждую секунду около 75 млн. тонн воды. Для сравнения можно указать, что самая полноводная река мира Амазонка переносит каждую секунду лишь 220 тысяч тонн воды. Гольфстрим переносит тропические воды к умеренным широтам, во многом определяя климат, а значит, и жизнь Европы. Именно благодаря этому течению Европа получила мягкий, теплый климат. Из зональных течений наиболее мощным является течение Западных ветров. На огромном пространстве Южного полушария у побережья Антарктиды нет сколько-нибудь значительных массивов суши. Над всем этим пространством преобладают сильные и устойчивые западные ветры. Они интенсивно переносят воды океанов в восточном направлении, создавая самое мощное во всем Мировом океане течение Западных ветров. Оно соединяет в своем круговом потоке воды трех океанов и переносит каждую секунду около 200 млн. тонн воды (почти в 3 раза больше, чем Гольфстрим). Скорость этого течения невелика: чтобы обойти Антарктиду, его водам необходимо 16 лет. Ширина течения Западных ветров около 1300км. В зависимости от температуры воды течения могут быть тёплыми, холодными и нейтральными. Вода первых теплее, чем вода в том районе океана, по которому они проходят; вторые, наоборот, холоднее окружающей их воды; третьи не отличаются от температуры вод, среди которых протекают. … Многочисленные измерения показали, что течения оканчиваются на глубинах, не превышающих 300 метров”. [31].

Приведём выдержки из [1]:

“Течения имеют различные пространственно - временные масштабы, механизмы и  вызваны различными причинами. По пространственно - временным масштабам течения океанов и морей принято разделять на переменные по скорости и направлению, вектор которых меняется неким квазициклическим образом с периодичностью приблизительно до сорока суток и устойчивые или квазиустойчивые по направлению, соизмеримые с масштабами океана или моря. Течения, которые образованы такими движениями воды, получили название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции.

В крупномасштабную циркуляцию океанов вовлечены  практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению часовой стрелки)  и циклоническое – в Южном.  В целом по океану скорости движения воды  небольшие, ~ 10 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади,  они проявляются в виде мощных струйных течений, движений воды со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и Экваториальных течениях и т. д.

С учётом кинематики течения, движения воды  можно разделить на такие виды: дрейфовые, градиентные и длинноволновые. Считается, что основными причинами, вызывающими течения является ветер  и колебания атмосферного давления, а также неравномерное положение уровенной поверхности воды, обусловленное  такими процессами, как осадки, испарение с поверхности океана, соединение вод различной плотности и т. д. и тот же самый ветер. При этом одна и та же причина может создать течения, имеющие различные механизмы и пространственно-временные масштабы.

Так, движение воздушных масс - ветер в атмосфере создаёт так называемые дрейфовые течения, вызванные ”влекущим действием ветра”. Перемещение масс воды в пространстве осуществляется неравномерно, что создаёт наклон уровенной поверхности океана и, соответственно, градиентные течения. Ветер и колебания атмосферного давления могут создать волны, в том числе и долгопериодные, в частности волны Россби с периодом до 40 суток.

Система Западных пограничных течений от п-ва Флорида до Большой Ньюфаундлендской банки получила название течения Гольфстрим. Считается, что Гольфстрим – это струйное течение, расположенное у восточного побережья Северной Америки, в том месте, где зона материкового шельфа, окаймляющего побережье континента, переходит в прибрежный склон. Гольфстрим – тёплое поверхностное течение, температура воды в котором в отдельных местах иногда достигает 30^o C. Но от берега его отделяют, так называемые, склоновые воды, распреснённые и прохладные. Холодными они становятся севернее, ближе к Ньюфаундленду, где чувствуется влияние по настоящему холодного Лабрадорского течения. Начинается Гольфстрим в проливе между Флоридой и Карибскими островами и сначала не удивляет наблюдателя чрезмерными скоростями течений. Но к северу он набирает силу, расход его увеличивается, и скорости течения иногда достигают 2,5 м/с. Это уже скорости, характерные для горных рек и очень редко имеющие место в океанах, но в Гольфстриме они наблюдаются часто. Относительно большие скорости течений Гольфстрима наблюдаются вплоть до района большой Ньюфаундлендской банки.

Многие исследователи  Гольфстрима сравнивают его с течением реки в океане. Они считают, что Гольфстрим часто меняет свое положение (меандрирует) и настолько неустойчив, что определить его границы просто невозможно. Считается, что положение струи Гольфстрима может существенно измениться за 2 – 3 недели. В южной части Гольфстрима он имеет ширину 70 –100 км, а в северной, около Ньюфаундленда около 500 км. Глубина Гольфстрима от поверхности приблизительно равна 500м.

Считается, что меандрирование струи Гольфстрима приводит к образованию вихрей за её пределами с диаметром до 400 км, скорость течения в которых достигает 1,5 м/с. Слева от струи Гольфстрима (т. е. северо-западнее струи) образуются аномалии тёплой воды, которые принимаются за тёплые вихри - антициклоны, а справа (юго-восточнее) – аномалии холодной воды, которые принимаются за холодные вихри - циклоны. Все эти представления о динамике вод Гольфстрима были получены преимущественно путем анализа термохалинных  (температуры и солёности) параметров воды, но не прямых  измерений течений.

В поведении Гольфстрима и в целом струйных  течений океанов много неясного, необоснованного и противоречивого, если рассматривать их с позиции популярных, устоявшихся, хорошо известных научной общественности и практически общепринятых объяснений их природы. Вот некоторые из них. Почему по всему океану течения имеют небольшие скорости, а в западных и экваториальных областях океанов их скорости очень большие?  Не объяснено, почему массы воды за пределами Гольфстрима с двух сторон и с глубиной движутся в обратную сторону. Фактически ложе, по которому течёт Гольфстрим, движется в противоположную сторону его движения. Не понятно, почему Гольфстрим пульсирует: останавливается, затем набирает скорость и через некоторое время снова останавливается и далее всё повторяется с некоторой квазирегулярной периодичностью. Такое сложно объяснить ещё и потому, что смена ситуаций повторяется через очень короткие промежутки времени, порядка 10 – 20 суток. Многочисленные попытки воспроизвести на моделях Гольфстрим с этими его особенностями не увенчались успехом. Непонятно, почему так быстро Гольфстрим меандрирует, меняет своё положение с периодичностью до двух – трёх недель. Какие силы заставляют его так быстро менять своё положение?

Мори (1863 г) предложил свою гипотезу формирования Гольфстрима. Восточные пассатные ветры вызывают медленный дрейф вод Атлантического океана к западу в виде Пассатного течения. Большая часть вод Пассатного течения попадает в Карибское море, а затем в Мексиканский залив. Нагон вод в Мексиканский залив приводит к повышению уровня воды в нём по сравнению с уровнем вод Атлантического океана. В результате перепада уровней воды вода из Мексиканского залива через Флоридский пролив поступает в Атлантический океан. Так образуется Гольфстрим. Это гипотетическое объяснение формирования Гольфстрима хотя и  популярно, и в настоящее время, никогда не было обосновано экспериментальными наблюдениями уровня океана и течений. Такой информации ранее просто не существовало. В настоящее время ведутся наблюдения уровня океана из космоса и установлено, что уровень воды западной части Атлантического океана у берегов Америки превышает уровень восточной части, около берегов Европы, всего лишь на 0,2 м. Многие исследователи выражают сомнение в возможности создания таких мощных течений такими незначительными перепадами уровня океана. Вообще-то разность уровней океана всё время меняется. Так, в районе экватора Тихого океана течения меняются сезонно в направлениях восток – запад.

Первые репрезентативные измерения течений в  районе Гольфстрима начали производится  с семидесятых  годов прошлого столетия. Было установлено, что однонаправленное движение вод прослеживается  до горизонта ~  500 м, а ниже существует противотечение, скорости которого увеличиваются с глубиной и у дна они максимальны. Скорости этих противотечений существенны, так во Флоридском проливе они достигают ~ 50 см/с. Вдоль Гольфстрима, справа и слева от него существуют поверхностные противотечения со скоростями порядка 5 – 10 см/c. 

Последние двадцать лет в воды Мирового океана было запущено  более 12 тысяч дрифтеров, каждый из которых в среднем проработал 1,5 года. С их помощью измерялись поверхностные течения и температура морской воды.  В результате получена огромная репрезентативная информация о течениях, в том числе Северного полушария Атлантического океана, здесь очень много было запущено дрифтеров. В результате анализа дрифтерных измерений течений и температуры вод океана была получена информация о течениях, изменившая наши представления о их природе, свойствах и параметрах.

Скорость дрифтера всё время меняется, пульсационно. В какой-то момент она равна нулю (или почти нулю), затем дрифтер набирает скорость и очень быстро, за одну – две недели она достигает максимума, затем скорость уменьшается за такое же время и достигает минимальных значений, близких нулю, а затем все квазициклично повторяется. Но как объяснить другой парадокс: течение вроде бы выходит из Мексиканского залива, мы это видим, а вода из залива не поступает”. [1].

Автор [1] на эти вопросы отвечает, c позиций  длинноволновой природы течений. Но об этом немного позже в разделе критики принятых воззрений.

Перечислим наиболее важные факты, относящиеся к океаническим течениям.

1). Перепад по широте уровней вод между западным и восточным берегами океанов:

- “Например, в зоне Панамского канала разность уровней Тихого и Атлантического океанов составляет 62 см.” [19].

- “Обычно пассатные ветры гонят слой теплой воды от Американского побережья в сторону Азии, Примерно в районе Индонезии течение останавливается. Уровень поверхности океана там в это время превышает отметку у перуанского побережья на 60 сантиметров. Над нагретым океаном образуются облака, которые обычно проливаются как муссонные дожди над югом Азии. Но когда Эль-Ниньо «проявляет характер», пассаты ослабевают либо совсем не дуют. Нагретая вода растекается в стороны, идет обратно к американскому берегу. Теперь исследователи поняли этот феномен и назвали его «южными колебаниями». Они, словно в ванне, раскачивают океанские нагретые воды с запада на восток и обратно. Только в океане все это протекает гораздо медленнее, чем в ванне. За раскачиваемой водой, как бы сопровождая ее, тянутся и дождевые облака, которые обычно проливались в сентябре-октябре над Индонезией и Австралией.” [18].

- “В настоящее время ведутся наблюдения уровня океана из космоса и установлено, что уровень воды западной части Атлантического океана у берегов Америки превышает уровень восточной части, около берегов Европы, всего лишь на 0,2 м.” [1].

2). Океанические течения вдоль западных берегов океанов движутся от экватора к полюсам, на север и на юг. Вдоль восточных берегов, наоборот, от полюсов к экватору.

3). Наличие экваториального противотечения.

4). Во всех океанах пересекаемых экватором (Атлантическом, Индийском и Тихом) наблюдаются по два больших обще океанических течения, имеющих форму вихря. Причём во всех океанах вихри севернее экватора циркулируют по часовой стрелке, а южнее экватора – против часовой стрелки.

5). Океанические течения вдоль береговых линий носят ярко выраженный струйный характер, со скоростью течения до 2,5 метров в секунду. Причём течения вдоль западного побережья океанов более интенсивные (имеют большую скорость) чем течения вдоль восточных побережий. Но поперечные размеры восточных потоков напротив больше чем западных.

6). Струйные течения (Гольфстрим, Куросио) интенсивно меандрируют (меняют “русло”).

7). Скорость струйных течений в зоне формирования меандр носит пульсирующий характер, то, набирая максимальную скорость, то, снижаясь практически до нуля, а затем все квазициклично повторяется.

8). Отрыв и другие парадоксы Гольфстрима.

9). Формирование по обеим сторонам струйных течений вихрей, которые отшнуровываются от основного потока и образуют ринги. Причём характерно, что по правую сторону от струйного течения вихри закручиваются против часовой стрелки, а с левой стороны - по часовой стрелке.

10). Периодическое изменение направления тихоокеанского течения Эль-Ниньо с преимущественного направления от Перу к Индонезии вдоль экватора, на обратное.

11). Течение Западных ветров, огибающее Антарктиду и течение в Северном Ледовитом океане, совпадающих с направлением вращения Земли.

12). Стационарность общей картины океанических течений.

13). Факт переноса вод Северного Ледовитого океана к берегам Антарктиды.

формате PDF (752Кб)