Гольфстрім зник або змінив напрям. Сталося глобальна зміна клімату. Людська цивілізація на межі зникнення. Як ставитися до цих страшилок, відомим по фільмах-катастрофах і статей деяких кліматологів-футурологів? Щоб це відношення виробити, варто перш за все розібратися в надзвичайно цікавий феномен морських течій.
Що взагалі змушує воду рухатися у воді? Наприклад, її неоднорідність. Солоніша і більш холодна вода важче більш прісної і теплою. А оскільки і солоність в різних точках Світового океану може відрізнятися, і поверхня моря нагрівається сонцем нерівномірно, в товщі води виникає градієнт тисків, і точно так само, як повітря в атмосфері, вода починає рух від зони високого тиску до зони низького. Такі течії в науці називають термохалінної. Існують і течії, викликані перепадами рівня океану, їх можна назвати баротропного. Але все ж творці найпотужніших переміщень води - вітер і сила Коріоліса.
Океан в тесніне
Течії, буквально промешівают пів-океану, - це вітрові течії. Приклад - великомасштабна циркуляція води в північній частині Атлантики. Потік, що охоплює всю верхню товщу вод, рухається за годинниковою стрілкою з напрочуд маленькою швидкістю - всього-то 1-2 см / с. Здавалося б, все просто - уздовж східних берегів Атлантики протягом рухається з півночі на південь, вздовж американських берегів - з півдня на північ. Але є одна суттєва деталь, що має вирішальне значення для клімату в цій частині світу. Сила Коріоліса - сила інерції, що виникає через обертання нашої планети, - притискає протягом до американського материка. Частина потужного потоку океанських вод стискається у вузькій прибережній зоні, утворюючи так зване західне прикордонне перебіг. Далі все відбувається за законами гідравліки: опинившись в свого роду тесніне, вода різко збільшує швидкість приблизно до 2 м / с, тобто в сто разів. Ця потужна струмінь в кінці кінців відривається від породив її кругового течії і йде на північ, стаючи течією Гольфстрім.
Зрозуміло, що навіть така потужна і швидке океанська течія, як Гольфстрім, все одно відчуває на своєму шляху вплив різноманітних сил і факторів. Воно поступово втрачає енергію, починає петляти, створюючи, подібно річці, меандри. Іноді ці меандри відриваються і формують окремі вихори - так звані ринги, мають діаметр близько 200 км. У кожен момент часу цих вихорів в Північній Атлантиці існує більше десятка. Якщо вони, відділяючись, йдуть на південь, то несуть більш холодну воду в тепліші зони океану, якщо на північ, то навпаки - заносять відносно теплу воду в полярні області.
Тверда вода
Вихори - постійний супутник морських течій. Сама межа течії є фронт, тобто перепад характеристик водного середовища. Він практично ніколи не буває площиною, перпендикулярної дну, але має ухил. Фронт постійно змінює положення, і поруч з ним незмінно народжуються вихори - від гігантських, діаметром в сотні кілометрів, до найменших, які тільки можуть бути. Зрозуміло, що воду закручує одночасна дія різних сил, і тут знову-таки не останню роль відіграє сила Коріоліса.
Як вивчають океанські течії
Одним з головних інструментів вивчення океанських течій стала розвивається з кінця 90-х рр глобальна мережа роботизованих буїв-поплавців ARGO. Якщо подивитися на карту мережі, можна побачити, що буї рівномірно розподілені по всій акваторії Світового океану, крім арктичної зони, з кроком приблизно 300 км. Спочатку заплановану кількість в 3000 буїв було досягнуто ще в 2007 році, і зараз їх кількість постійно збільшується. Характерною особливістю роботизованого «поплавка» ARGO є його змінна плавучість. Вона досягається шляхом зміни ефективної щільності за рахунок варіювання об'єму апарату. Поршень розтягує знаходиться в нижній частині буя гумовий мішок, і обсяг зонда при незмінній масі зростає. Буй працює циклами по 10 днів. Основний час (9 днів) він працює на глибині близько 1000 м, потім короткочасно опускається на 2000 м, і потім спливає, щоб протягом дня передати на супутник всі зібрані за вахту дані. На різних глибинах і на поверхні буй заміряє щільність, електропровідність і навіть оптичні властивості води.
Ось цікавий приклад. Через Гібралтарську протоку, як і через будь-який вузьку протоку, що з'єднує два басейни, в яких вода має різні характеристики, йдуть два швидких зустрічних потоку. Легша океанська вода вливається в Середземне море поверху, а важча, більш солона морська, йде низом і накопичується вже в океані на глибині близько 1000-1200 м (саме на такій глибині середземноморський «розсіл» має нульову плавучість). Виростає свого роду величезний «мішок», а з ним виникає різниця гідростатичного тиску на однаковій глибині. Тепер, здавалося б, є всі умови, щоб виникла течія у напрямку градієнта тисків. Але тут і вступає в дію сила Коріоліса - вона компенсує перепад тисків, і вода, замість того щоб рухатися по ізолінії тиску, виштовхується в перпендикулярному напрямку. Так в Атлантиці закручується гігантський вихор діаметром близько 100 км і товщиною метрів 300. До речі, не вдасться знайти вихору і вивчення його природи стало одним з останніх великих відкриттів в області гідрології океану і фізичної географії взагалі.
Ще одне незвичайне явище, пов'язане з океанськими течіями і народжується ними вихорами, спостерігається між Індійським океаном і Атлантикою. Агульясское течія, що йде уздовж східно-африканського берега на південь, біля узбережжя ПАР (тобто там, де закінчується африканський континент) робить лівий поворот і знову прямує на схід, в Індійський океан. У цьому місці від нього відриваються вихори, що йдуть в сторону Атлантики. Ці вири існують довго, до трьох років, поки їх не виносить до берегів Південної Америки, де вихори поступово перемелюють прибережними течіями. Ці освіти відіграють велику роль в процесі обміну водою і різноманітним біоматеріалом між двома океанами. Дивовижний момент полягає, однак, у тому, що самі ці вихори мають незначну товщину в порівнянні з діаметром. Фактично це тонкі водяні диски, що обертаються по поверхні океану. Що ж їм надає таку неймовірну живучість? Адже обертання однієї в'язкої рідини в інший неминуче повинно було б привести до гальмування і розпаду вихору. Дослідникам вдалося з'ясувати, що в момент утворення - ще всередині Агульясского течії - ці вихори набувають властивостей, характерні для обертання ... твердого тіла. Саме завдяки таким унікальним фізичним характеристикам диск з води Індійського океану досягає американських берегів.
Конструкція буя нескладна і включає в себе антени, блок управління, елементи живлення, а також гідравлічну систему, що дозволяє варіювати плавучість апарату за рахунок зміни ефективної щільності.
Хранителі цивілізації
Історії з вихорами наочно демонструють, що Світовий океан наповнений різноманітними і іноді химерними рухами. Свої особливості мають течії екваторіальній області, де практично не діє сила Коріоліса. Виключне значення для формування клімату на Землі має Течія Західних вітрів - єдине по-справжньому замкнутий океанська течія на планеті. У нього є якийсь північний аналог, проте в нього часом заходить і точно так же виходить атлантична вода, тоді як в Антарктиці вітер жене воду нескінченним колом.
Але все ж найпотужніші течії на Землі - це західні прикордонні, породжувані, як уже говорилося, вітром і дією сили Коріоліса. У Південній півкулі їх міць не так вражає (можливо, через вплив Антарктиди), але в Північному Гольфстрім в Атлантиці і Куросіо в Тихому океані мають вирішальний вплив на клімат, господарство, а значить, і всю людську цивілізацію. Дуже важко собі уявити, принаймні за нинішньої конфігурації океанів і континентів, що механізм, який породжує Гольфстрім, раптом дасть збій. Інша справа - розподіл його енергії.
Буй Argo працює на глибинах до 2000 м, що дозволяє проміряти всю товщу води, яку несуть з собою великі океанські течії. Буй запрограмований на десятиденні цикли, по закінченню кожного з них йде перекидання даних на супутник.
У Північній Атлантиці Гольфстрім галузиться: один потік повертає на південь і гріє Європу, інший йде в Північний Льодовитий океан, перетворюючи Мурманськ в цілорічний незамерзаючий порт. Ще одна гілка йде до Ісландії, а потім повертає в бік Північної Америки. Характер розгалуження залежить від розподілу градієнтів тиску в цій частині Світового океану. Якщо припустити, що протягом посилить свою гілку, спрямовану до Європи, а потік, що йде в Баренцове море, вичерпається, в Європі стане спекотніше, а ось в Росії може суттєво розширитися зона вічної мерзлоти.
Якщо ж трапиться навпаки, по Темзі взимку знову їздитимуть на санях, зате розтануть льоди Північного Льодовитого океану. Цей океан підключиться до загальної системи обміну енергією між атмосферою і Світовим океаном, створить нові вітри, які, в свою чергу, напевно змінять картину морських течій. Зрушення клімату в цьому випадку могли б виявитися важкопередбачуваними. Залишається лише головне питання: наскільки це реально?
Найпотужніша цікруляція в світовому океані викликана дією вітром. Повільні кільцеподібні течії, що існують як в Північному, так і в Південному півкулях, грунтовно перемішують воду в океанах.
Головна небезпека, про яку можна було б говорити, - це танення крижаного панцира Гренландії, що призвело б не тільки до підвищення рівня Світового океану, але і напевно до зміни напрямку течій. Тут з Гольфстрімом і могла б трапитися біда. Що ж, льодовики Гренландії дійсно потихеньку тануть, проте нічого такого, що б обіцяло глобальні катастрофічні наслідки в найближчому майбутньому, поки не відбувається. А далі?
А далі все впирається в надійність пропонованих різними групами дослідників моделей прогнозування. Одні абсолютизують сьогоднішню тенденцію до потепління і екстраполюють її на тисячу років вперед: у них виходить, що в кінцевому рахунку океан закипить, а життя на Землі стане неможливим. Інші, навпаки, говорять, що спека скоро зміниться похолоданням.
І нехай прихильники того чи іншого сценарію пропонують свої розрахунки, у міру збільшення терміну прогнозу зростає і величина похибки. Тому, якщо до прогнозів на десять років вперед можна ставитися серйозно, то ймовірність реалізації сценарію, розрахованого на сто років, дорівнює анекдотичним 50 на 50, тобто чи буде, чи ні.
Якщо ж говорити про серйозні публікаціях, що виходять в наші дні, то по їх сукупності можна прийти до висновку про те, що сучасна наука не бачить реальних підстав для катастрофічних сценаріїв, пов'язаних з Гольфстрімом. Щоб в цій потужній і досить стійкою системі щось радикально змінилося, потрібні колосальні зміни на планеті, але таких процесів ми не спостерігаємо, а сучасні нам зміни клімату можуть бути всього лише проявами короткострокових циклів в п'ять-шість десятків років.
Автор - д. Ф.-м. н., зав. Лабораторією морських течій Інституту океанології ім. П.П. Ширшова РАН
Стаття «Навіщо вода тече в воді?» Опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №7, Грудень 2013 ).
Як ставитися до цих страшилок, відомим по фільмах-катастрофах і статей деяких кліматологів-футурологів?Що взагалі змушує воду рухатися у воді?
Що ж їм надає таку неймовірну живучість?
Залишається лише головне питання: наскільки це реально?
А далі?
