Вихри

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…"

А вот что говорит о результатах проведенных исследований участник экспедиций, сотрудник Института океанологии, кандидат географических наук К.В. Морошин:

"Совместный советско-американский эксперимент «Полимоде» является крупнейшим в истории океанографии экспериментом по изучению природы и синоптических вихревых течений в динамике вод Мирового океана. Наш исследовательский полигон – около 300 тысяч квадратных километров – действительно находился почти в центре Бермудского треугольника, хотя в нашу задачу не входило выяснение степени достоверности связанных с ним легенд. Советские суда совершили в этот район 15 рейсов и проплавали около 5 судолет. Мы сняли более 5 тысяч профилей вертикального распределения характеристик верхнего слоя океана, выполнили около 3 миллионов измерений скорости течений.

Вихревые течения здесь по своей энергии значительно выше, чем в центральных районах океана. Вихри дрейфуют в толще воды, взаимодействуют друг с другом. Может случиться так, что один вихрь вбирает в себя энергию многих вихрей. Может ли вихрь погубить корабль? Ну, нет. Вы думаете, что это гигантский водоворот, омут? Нет, площадь вихря измеряется иногда многими десятками километров, засосать, втянуть в глубины корабль или лодку он не может.

Другое дело, что в районе Бермудского треугольника существует сложная и очень изменчивая картина океанских течений. Неуправляемое судно сегодня может дрейфовать в одном направлении, завтра – в другом… Однажды мы приняли навигационное оповещение: «Всем, всем, всем… Обнаружено полузатопленное судно, на радиозапросы не отвечает, очевидно, покинуто экипажем…» Мы были ближе других и пошли на выручку. Оказалось, что на экран локатора попал один из наших буев. Так появился «зародыш» очередной легенды. У нас был длительный сбой радиосвязи, настолько длительный, что на Родине даже забеспокоились. В это время наша судовая ионосферная станция зафиксировала сильные вспышки на Солнце, которые и вызвали эти сбои связи. Ничего таинственного в этом. нет, и мы особенно не волновались. Не давил ли Бермудский треугольник на нашу психику? Угнетал ли он наше сознание? Да нет, не замечал. Мне лично лучше работать зимой. Летом жарко, влажность большая, духота. Тропики они и есть тропики…"

Как следует из вышесказанного, в ходе исследования ученые получили много новых данных, но их анализ совершенно определенно показывает, что в водах Бермудского треугольника не происходит ничего такого, чем можно было бы объяснить таинственные исчезновения судов, яхт, паромов и лодок.

Эксперименты, конечно, не ответили на все вопросы ученых и породили новые. Но все же несколько вполне определенных выводов можно сделать…

Прежде всего, выяснилось, что Мировой океан буквально усеян разнообразными вихревыми образованиями, но неравномерно – в некоторых зонах их значительно больше, чем в других. И главное – кинетическая энергия океанических вихрей может значительно превышать энергию известных течений.

Теперь мы имеем полное право утверждать, что океанические циклоны, так же как и морские течения, участвуют в перераспределении тепла по всему океану. Захватив миллиарды кубометров теплой и холодной морской воды, они способны перебросить ее на огромные расстояния, во многом определяя термический режим океана. Самое примечательное при этом, что «экспортируемая» вода, проделав огромный путь в несколько тысяч километров, сохраняет все свои первоначальные особенности: температуру и минерал изованность.

Когда прикинули примерно, сколько же тепла способны доставлять океанические циклоны, то неожиданно выяснилось, что значительно больше того, что переносит атмосферная циркуляция. А ведь раньше полагали, что перераспределение тепла по планете в целом в меридиальном направлении происходит главным образом в земной атмосфере, а не в океане.

После завершения исследований в районе Бермудского треугольника ученые с помощью вычислительной техники продолжили построение модели общей циркуляции океана с учетом существующего вихревого поля, постоянно генерирующего циклоны и антициклоны.

Итак, имеются все основания полагать, что на стыке двух стихий – океана и атмосферы, можно отыскать ключ к пониманию причин, от которых зависит погода на завтра, на месяц, на год вперед. Ученые надеются получить и ответ на вопрос: в чем причина глобальных колебаний климата и каких его изменений можно ожидать в будущем?..

В конце 1978 года Комитет по делам изобретений и открытий СССР зарегистрировал новое открытие отечественных ученых: энергонесущие синоптические возмущения большой силы в экваториальной области Атлантического океана. Исследования, которые легли в основу открытия, сделанного в 1970 году, были продолжены и получили новые подтверждения во время дальнейших советско-американских экспериментов по программе «Полимоде».

Использование новых приборов и методов в исследовании Мирового океана, и в частности, района Бермудского треугольника, в том числе космической техники, помогло установить ряд совершенно новых факторов, таких как слоистая структура океана, его фронтальные разделы, синоптические океанические вихри, внутренние волны, «бугристость» океана и т.п. Все эти явления, которые служат и источником энергии, и одновременно теми гигантскими «миксерами», помогают «перемешивать» воду вдалеке от поверхности океана, способствуя тем самым бесперебойному круговороту энергии в системе «океан-атмосфера», а также возникновению некоторой «необычности» в поведении океана в данном районе…

Итак, напрашиваются свои выводы по рассмотренным выше проблемам…

Бермудский треугольник – район своеобразный, природные условия здесь сложны, запутанны, и разбираться с ним ученым придется еще долго. Эти условия не всегда благоприятны для судоходства и полетов самолетов, как, впрочем, и некоторые другие районы Мирового океана. Именно здесь экваториальное течение переходит в теплый Гольфстрим, именно сюда идут зародившиеся над горячим Африканским континентом непредсказуемые по своему поведению тропические депрессии.

Капризы погоды в Бермудском треугольнике непредсказуемы, поскольку для них характерны внезапные резкие ухудшения на относительно небольших пространствах, что застает врасплох пилотов и моряков. Здесь очень часто случаются смерчи, ураганы и штормы; ложатся густые туманы и создаются помехи радиосвязи. А сравнительно сильное, бурное и вихреобразное течение Гольфстрима быстро уносит обломки потерпевших бедствие воздушных и морских судов, что и вызывает иллюзию их бесследного исчезновения. Вместе с тем, например, с чисто метеорологической точки зрения этот район, отличающийся сложными процессами формирования погоды, не противоречит сегодняшним, пусть во многом еще несовершенным представлениям ученых об особенностях общей циркуляции земной атмосферы.

Как бы там ни было, но при объективной оценке всех сведений о загадочном треугольнике туман мистики постепенно рассеивается. Действительно, нам не всегда известны последовательность, связь и взаимодействие процессов, там происходящих. И в этом смысле в Бермудском треугольнике еще немало сюрпризов, секретов и тайн….

Данный текст является ознакомительным фрагментом.