“Эти наблюдения  привели к коренному пересмотру динамики океана, обнаружив существенную изменчивость динамики вод, что весьма резко расходится с существующими теоретическими концепциями. Настоящий этап в исследованиях можно назвать волновым”. (С.С. Лаппо, 1979 г).

          “В январе 2003 года группа исследователей, работающая с установкой LEPS на японском накопителе SPring-8, опубликовала результаты поиска экзотической частицы Z+. Частица была найдена! И более того, она была найдена именно там, где ее предсказывали солитонные модели устройства барионов. Если выяснится, что это не случайное совпадение, то нам придется сделать вывод, что вся материя вокруг нас - и мы сами! - состоим из сплошных солитонов!”           (astronet)

Смысл эпиграфов станет ясен по мере прочтения статей (автор).

 

 

 

Автор данной статьи давно изучает Гольфстрим и другие океанские течения и уверенно заявляет: человечество имеет совершенно неверные представления об океанских течениях, в частности,  и Гольфстриме. Современная океанология объясняет неверно или вообще не может объяснить  многое, а практически почти всё, в поведении Гольфстрима. Причина этому такая: учёные в своих объяснениях океанических течений руководствуются неверными, хотя и общепринятыми представлениями об их природе. С позиции новой, своей концепции течений, автор иначе  объясняет динамику Гольфстрима и его поведение. Обо всём этом доказательно, с привлечением натурных наблюдений  изложено в  статьях автора.

 

В настоящее время о Гольфстриме пишут много в печатных изданиях и особенно в Интернете. Причина этому такая. Человечество, наряду с другими, волнуют проблемы изменения в перспективе климата Земли, которые часто увязываются с течением Гольфстрим. В частности рассматриваются такие сценарии изменения климата. В настоящее время, как считается, тёплые воды Южной Атлантики и Мексиканского залива Гольфстримом  переносятся к берегам Европы и в Северный Ледовитый океан, которые их обогревают, формируя здесь климат более тёплый, чем он мог бы быть при отсутствии Гольфстрима. Но вот учёные – прогнозисты видят возможность изменения климата за счёт “остановки” Гольфстрима или изменения направления его движения, в частности, в сторону Африки.  Поэтому для решения задач прогноза климата возникает необходимость знания параметров и свойств, закономерностей течения Гольфстрим и прогнозирования его на будущее.

 

Существующие представления о течениях Гольфстрима

 

         Вот как Гольфстрим представляется в настоящее время учёным.

         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 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. Двигаясь к северу, он набирает силу, расход Гольфстрима увеличивается, и в стрежне своём достигает скоростей вплоть до 2,5 м/с. Это уже скорости, характерные для горных рек и очень редко наблюдаемые в океанах, но в Гольфстриме они наблюдаются часто. Относительно большие скорости Гольфстрима наблюдаются вплоть до района большой Ньюфаундлендской банки.

         В поведении Гольфстрима и в целом течений океанов много неясного, необоснованного и противоречивого, если рассматривать их с позиции популярных, хорошо известных научной общественности и практически общепринятых объяснений их природы.  Учёные всегда стремились понять и объяснить, почему по всему океану течения имеют небольшие скорости, а в западных и экваториальных областях они очень большие. Невозможно доказательно объяснить быстрое меандрирование (раскачивание в стороны) струи Гольфстрима, образование вихрей с очень большими скоростями (считается до 1,5 м/с), трудно объяснить, почему массы воды за пределами Гольфстрима с двух сторон и на глубине движутся в обратную сторону по отношению к Гольфстриму. Фактически ложе, по которому течёт Гольфстрим, движется в противоположную сторону его движения. Непонятно, почему Гольфстрим пульсирует: останавливается, затем набирает скорость, через некоторое время снова останавливается, и далее  всё повторяется с некоторой квазирегулярной периодичностью. Такое невозможно объяснить, ещё и потому, что смена ситуаций повторяется через короткие промежутки времени, порядка 30 суток. Попытки учёных воспроизвести на моделях все эти свойства Гольфстрима не венчались успехом. Это необъяснимое в поведении Гольфстрима часто называют  загадками Гольфстрима.

Многие исследователи [Стоммел, 1963] Гольфстрима сравнивают его с течением реки в океане. Они считают, что Гольфстрим часто меняет свое положение и настолько неустойчив, что определить его границы просто невозможно. Считается, что положение струи Гольфстрима может существенно измениться за 2 – 3 недели в результате её меандрирования.

         По мнению известного отечественного океанолога М.Н. Кошлякова [Каменкович, Кошляков, Монин, 1982] Гольфстрим – очень сильное струйное геострофическое течение. На поверхности океана струя Гольфстрима имеет ширину 70 – 100 км, её глубина от поверхности приблизительно равна 500 м. 

Считается,  что Гольфстрим проходит вдоль границы раздела холодной (и менее солёной) склоновой воды на западе и севере и тёплой (и более солёной) воды Саргассова моря на востоке и юге. Такая граница раздела вод  называется гидрофронтом.  Считается, что струя Гольфстрима меандрирует в пределах расстояния порядка 500 км, о чём в принципе судят по параметрам гидрофронта.

Если допустить, что течения Гольфстрима, геострофические, как считается, то  температурному полю  воды должны соответствовать течения, направленные вдоль изотерм, так что справа относительно движения воды её температура будет выше, а слева ниже. Считается, что скорость течения зависит от градиента температуры воды: большим градиентам соответствует и большая скорость. В соответствие с этим струя Гольфстрима должна проходить по области гидрофронта, наибольших градиентов температуры воды и приблизительно с одинаковой скоростью.

Считается, что меандрирование струи Гольфстрима приводит к образованию вихрей за её пределами с диаметром до 400 км, скорость течения в которых, как отмечалось, 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 учёными преимущественно путем анализа термохалинных  (температуры и солёности) параметров воды, но не прямых измерений течений. При этом предполагалось, что поле плотности воды, течений и предполагаемых вихрей находятся в режиме геострофического приспособления, т. е. течения Гольфстрима и его вихрей геострофические.

Считается, что тёплые воды Гольфстрима проникают далеко на север, в Северный Ледовитый океан и к берегам Европы, создавая там климат более мягкий, чем он мог бы быть при отсутствии Гольфстрима.

         Так всё это считается, можно утверждать, что условно, и не доказано. Где  истина и где ложные представления о течениях Гольфстрима? Попытаемся в этом разобраться.

Автор данной работы изучил эту проблему. Оказалось, что многое в поведении течений Гольфстрима объяснено неверно, а необъяснимое ранее объяснить можно, но уже с позиций представлений автора статьи о природе течений непопулярных и практически неизвестных научной общественности, хотя раннее опубликованных [Бондаренко, 2016].

Выяснилось, что описание этого о Гольфстриме требует большого текстового изложения, что затруднит его прочтение и усвоение изложенного. Поэтому описание Гольфстрима решено было опубликовать по частям, но под единым названием: “Гольфстрим: ложные представления и реальность”.   

Далее будет рассказано о течениях Мирового океана и Гольфстрима, представлениях существующих об их природе.

 

 

Основные закономерности формирования течений Мирового океана: общепринятая концепция

 

 

                   Понятие «течения»,  океанические или морские, двояко. Во-первых, это  океанические или морские  динамические образования, в которых огромная масса воды вовлечена в движения с относительно большими скоростями. К ним относятся крупномасштабные течения, среди которых всем известные: Гольфстрим, Куросио, мощные экваториальные течения и т.д. Во-вторых, под  словом “течения” подразумеваются конкретные движения, перемещения масс воды. Чтобы различить оба понятия, одновременно со словом “течения” мы будем иногда использовать словосочетание “движения воды”. К примеру, можно выразится, так: “Скорость течений, движений воды в Гольфстриме  составляет …. см/с.”  После этого пояснения понятно, где речь идёт о течениях  как о динамических образованиях, а где о движениях воды.

                   Воды всего Мирового океана, от поверхности до дна,  находятся в движении. В основном по океану средние по времени скорости этих движений, течений  небольшие, порядка 10 см/с.  Но в отдельных областях океана, охватывающих незначительную площадь Мирового океана, скорости течений  большие. Такие области океана с большими скоростями течений названы Крупномасштабными течениями, а отдельным из них даны собственные названия: течение Гольфстрим, Куросио, Экваториальные течения, Циркумполярное течение и т. д.

 

Рис. 1. Векторы средних по ансамблю дрифтерных наблюдений течений Северного (а) полушария Атлантического океана. 
Течения: 1 – Гольфстрим, 2 – Гвианское,   4 – Лабрадорское, 6 – Канарское.

 

 

Рис. 2. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Северного (а) полушария Атлантического океана.
Красным цветом выделены участки трасс дрифтеров, в которых их скорость перемещения, следовательно, и скорость течения превышала 50  см/с, а жёлтым цветом - меньше указанных значений.

 

Некоторое представление о реальных течениях Мирового океана  и Гольфстрима можно получить, изучив схемы течений Северной части Атлантического океана (рис. 1, 2).     Поясним их. В воды Мирового океана к 2005 г было запущено около 18 тысяч дрифтеров, каждый из которых,  дрейфуя,  выдавал информацию о скорости течений в среднем полтора года.   

Дрифтер – устройство, позволяющее следить за движением воды и  определять скорость, направление течения, на горизонте 15 м.

          Информация о положениях дрифтера в океане передаётся через спутник в центр сбора данных и затем помещается в Интернете. В районе Гольфстрима и в некоторой близости от него было запущено более четырёхсот дрифтеров. В результате собрана огромная информация о течениях и температуре воды, которая и позволила автору данной статьи более глубоко исследовать океанические течения и их природу, в частности, и течения Гольфстрима, а также построить схемы течений всего Мирового океана [Бондаренко, 2016]. Схемы (рис. 1, 2) являются частью этих схем.         

Течения с учётом кинематических их свойств принято делить на градиентные, дрейфовые и длинноволновые. Считается, что основные, вызывающие их причины: ветер, колебания атмосферного давления, неравномерное положение поверхности воды, обусловленное осадками, испарением, нагревом океана, соединением вод различной плотности. При этом одна и та же причина может создать течения, имеющие различные механизмы и пространственно-временные масштабы. К примеру, дрейфовые течения создаются ”влекущим” действием ветра. Перемещение масс воды в пространстве осуществляется неравномерно, что создаёт наклон уровня поверхности океана и, соответственно, горизонтальный градиент давления на воду, который и создаёт градиентные течения. Поскольку положение уровня в океане зависит от температуры и солёности морской воды, то чаще эти градиентные течения называют термохалинными. Ветер и колебания атмосферного давления создают волны, в том числе и долгопериодные, с периодом порядка от одних до нескольких десятков суток. Они имеют такие параметры, как  орбитальные движения частиц воды и волновой перенос, т.е. фактически это волновые течения.

                 Интерес к океаническим течениям человечество проявляет с глубокой древности, в основном в утилитарных целях, например, в судовождении, не касаясь их природы. Сейчас исследователи изучают возникновение и влияние течений на экологию Мирового океана,  климат и погоду. В этом случае необходимо знать природу течений, их параметры, свойства, закономерности  развития.

Некоторые исследователи стремились и раньше объяснить природу течений,  их закономерности, свойства, режимные характеристики. Так, Аристотель  полагал, что причина океанических течений кроется в гидрологическом цикле (Vв до н. э.) [Фащук, 2002, Перри, Уоккер, 1979 ]. Испарения в тропиках, по его мнению, понижают уровень океана, а дожди в приполярных областях его повышают, в результате чего морские воды перемещаются от высокого уровня в полярных областях к более низкому в тропиках. Фактически это градиентные течения. Вполне естественно, что Аристотель практически ничего не знал о реальных течениях в океане. 

К XVIII веку стало известно, что течения в основном направлены с юга на север, но не наоборот, как считал Аристотель. Объяснение этому дали англичане Ричард Кирван и Бенджамин Томсон (XVIIIв) [Фащук, 2002, Перри, Уоккер, 1979]. Они, также как и Аристотель рассматривали течения как градиентные, но считали, что различия в уровне воды океана обусловлены  плотностью морской воды, которая зависит от её температуры и солёности.  

Солёность океана мало меняется во времени и пространстве, и эти различия существенно не сказываются на различиях в уровне океана. Различия в уровне океана гораздо больше зависят от температурных различий воды. Тёплой воде должен соответствовать более высокий уровень океана, чем холодной. Поэтому  течение должно быть направлено из области максимальных значений уровня или температуры воды в область минимальных их значений. Скорость течения будет зависеть от величины различий уровня или температуры воды между их максимумом и минимумом.

В настоящее время по получаемой информации об уровне и температуре океана доказательно установлено, что эти характеристики воды взаимозависимы. Уровень океана в экваториальной зоне выше, на севере ниже. Это  вроде бы  объясняет, почему течения направлены в основном на север. Но состоятельность гипотез Аристотеля и Ричарда Кирвана, Бенджамина Томсона это не доказывает.

Первым, кто предположил, что течения могут быть дрейфовыми, ветровыми был англичанин Уильям Дампир (1699 г.) [Фащук, 2002]. Механизм этих течений он объяснял так. Ветер обладает свойством увлекать за собой воду. Это, увлекаемая масса воды, и есть дрейфовое, ветровое течение. Ветер и течение должны совпадать по направлению.

В начале двадцатого века такие представления о течениях были математически описаны норвежскими учёными  Сандстрёмом и Хелланд-Хансеном  и немецким учёным Экманом. Им был присвоен статус теорий  градиентных геострофических течений [Sandström, Helland-Hansen, 1903], и ветровых течений [Ekman, 2006]. Эти представления безальтернативно  просуществовали до начала шестидесятых годов XX-го века, популярны они и  сейчас. С позиции этих гипотез объясняются закономерности формирования океанских течений, в том числе и Гольфстрима. Гипотезы волновых течений непопулярны, о них будет рассказано позже.

 

 

Основные закономерности формирования течений Гольфстрима, общепринятая концепция

 

 

                   Впервые изучением течений Гольфстрима занялся заместитель главного почтмейстера Американских колоний Бенджамин Франклин [Перри, Уоккер, 1979]. Он построил схему Гольфстрима в 1770 г (рис. 3) и дал объяснение природы течений Гольфстрима в рамках концепций течений, как градиентных и дрейфовых, они, как мы помним, сформулированы  Аристотелем, Ричардом Кирваном и Бенджамином Томсоном, а также Уильямом Дампиром.

 

       

 

 

 

Рис. 5. Схема Гольфстрима, построенная В. Франклином в 1770 г. [Пери, Уокер, 1979]

 

       Согласно представлениям Б.Франклина ветры пассаты экваториальной зоны Атлантического океана переносят воду с востока на запад к берегам Южной Америки. Далее они вдоль берега распространяются в сторону Карибского моря и Мексиканского залива. Поступающая в Мексиканский залив вода повышает уровень воды в нём, и он становится выше, чем за его пределами в океане.  В результате перепада уровней вода из Мексиканского залива через Флоридский пролив вытекает в океан. Эта, вытекающая из залива вода и есть Гольфстрим.

                   Не вдаваясь в глубокий анализ концепции Б. Франклина о формировании  Гольфстрима, а поверхностно анализируя схемы течений (Рис. 1, 2) можно сделать вывод, что концепция состоятельна, верна.

 

                   Но вот в тридцатых - сороковых годах XX в. было установлено, что воды Гольфстрима состоят из вод Саргассова моря и т. н. склоновых вод, поступающих со стороны материка - Северной  Америки, но вод Мексиканского залива в Гольфстриме нет. Позже, исследователи пришли к выводу, что Гольфстрим не вытекает из Мексиканского залива, а является продолжением “открытого” тогда же  Антильского течения (рис. 3).

 

 

 

 

Рис. 3.       Схема Крупномасштабных течений на поверхности Мирового океана [Каменкович, Кошляков, Монин, 1987].
Течения: 13 – Антильское,  14 – Северное пассатное, 16 – Гольфстрим,   17 – Северо-Атлантическое.                                                     

 

Рис. 4. Поверхностные течения  в Северной Атлантике [Пери, Уокер, 1979].

 

           Рис. 5. Схема основных черт циркуляции поверхностных вод в Северной Атлантике, по Свердрупу, Джонсону и Флемингу [Стоммел, 1942].

 

 

 

 

 

 

Но некоторые исследователи считали, что Гольфстрим является продолжением Антильского течения и течения выходящего из Мексиканского залива. При этом считалось, что Гольфстрим питается водами в основном Антильского течения на 90% и лишь частично водами Мексиканского залива на 10% (Рис. 5).

Но вот более современная схема течений Северной Атлантики (рис. 6). На ней изображён Гольфстрим, в основном вытекающий из Мексиканского залива.  Во всех этих схемах и объяснениях природы Гольфстрима рассматривается его формирование Северным пассатным течением.

 

 

Рис. 6. Поверхностные течения Северной Атлантики. 

 

До девяностых годов прошлого века схемы течений “рисовались” их авторами так, как они представляли динамику течений. Практически без использования натурных наблюдений течений. Так, В. Франклин считал, что Гольфстрим вытекает из Мексиканского залива (рис. 3).

Позже стало известно, что в Гольфстриме нет вод Мексиканского залива. Тогда исследователи сочли, что из Мексиканского залива вода не вытекает, не поступает в Гольфстрим, и тогда они придумали  Антильское течение и стали рисовать Гольфстрим в виде продолжения Антильского течения (рис. 3,  4). Но из наблюдений течений всё же следовало, что течение из Мексиканского залива существует. Тогда стали утверждать, что такое течение есть, но даёт незначительный вклад в расход Гольфстрима, всего 10%, а в основном, на 90% вода поступает от Антильского течения. И вот выход из сложившейся ситуации.  Схемы рис.5, 6 вроде бы не противоречат таким представлениям о природе течений Гольфстрима. 

Но посмотрим на схемы реальных течений (рис. 1, 2). Никакого Антильского течения  нет, а течение Гольфстрим выходит только из Мексиканского залива. Тогда загадка: как такое может быть, вода вроде бы поступает из Мексиканского залива, а вод Мексиканского залива в Гольфстриме нет?

Объяснение этому будет дано в следующей статье. Для этого будет изложена авторская концепция течений.

 

Можно обсудить содержание статьи по электронной почте. На вопросы будет дано объяснение в последующих статьях или также по электронной почте.  

Автор.

                              

                                        

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Бондаренко А.Л. Крупномасштабная динамика и долгопериодные волны Мирового океана и атмосферы.

 

Каменкович В.М., Кошляков М.М., Монин А.С. Синоптические вихри в океане. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 264с.

 

Монин А.С. Океанология. Физика океана. Т. 1. М.: Наука. 1978. 455 с.

 

Монин А.С., Каменкович В.М., Корт В.Г. Изменчивость мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат. 1974. 262 с.

 

Пери А.Х., Уокер Дж.М. Система океан-атмосфера. 1979. Л.: Гидрометеоиздат. 195 с.

 

Стоммел Г. Гольфстрим. М.: Иностр. Литература, 1963. 227 с.

 

Фащук. Мировой океан. М.: ИКЦ “Академкнига”. 2002. 283 с.

 

Ekman V.W. Beiträge zur Theorie der Meeresströmungen. Annalen der Hydr. u. Marit. Met. 34. 2006.

 

Sandström I.W., Helland-Hansen B. Üвer die Berechnung von Meeresstrmungen// Norw/ Fish., Mar. Invest. 1903. V. 2. № 4.