Альберт Леонидович Бондаренко
Крупномасштабные течения
и долгопериодные волны
Мирового океана
Глава VIII
Основные
закономерности поступления
в Северный Ледовитый океан тёплых вод Атлантики.
Куда течёт Гольфстрим?
Показано,
что в Северный Ледовитый океан тёплые воды Атлантики поступают путём
турбулентного обмена вод океанов, но не адвективно. Воды Гольфстрима не
попадают в Северный Ледовитый океан [Бондаренко и др., 2007, Бондаренко, 2009].
Воды Северного Ледовитого океана, находящиеся в зоне соприкосновения с водами Атлантического океана, Гренландского, Норвежского и Баренцева морей, гораздо теплее вод остального океана. Воды этих морей, практически никогда не покрываются льдом, в то время как остальной океан большую часть года покрыт мощными льдами. Соответственно и воздух над этими морями и прилегающими к ним частями суши значительно теплее, климат мягче, чем над остальным океаном. Объяснение этому простое: в Северный Ледовитый океан поступают тёплые воды из Атлантического океана с помощью системы течений Гольфстрим – Северо - Атлантическое – Норвежское течения с ответвлением в Баренцево море Нордкапского течения (рис. 2).
Создаётся впечатление, что тёплые воды Мексиканского залива, частично и Атлантического океана, как бы транзитом, в виде единого потока, адвективно поступают в Северный Ледовитый океан. При этом считается, что эти течения являются градиентными геострофическими течениями, в которых сила градиента давления на воду, обусловленная наклоном уровня океана, уравновешена силой Кориолиса [Бондаренко, Жмур, 2007а, Бондаренко и др., 2008, Бондаренко и др., 2007, Бондаренко, 2009а, 2009б].
Исследования, приведенные ранее, показали, что крупномасштабные течения вовсе не градиентные и не геострофические, как обычно считается, а длинноволновые, они сформированы волнами Россби, Гольфстрим не переносит воды поступательно, адвективно и, следовательно, они не попадают в таком виде в Северный Ледовитый океан. Из исследований также следует, что Гольфстрим и другие крупномасштабные течения не изменят своего положения, как бы не менялся климат Земли. Тогда как же тёплая вода Атлантического океана проникает в Северный Ледовитый океан?
Рассмотрим схемы средних многолетних течений Гольфстрима, построенные по дрифтерным измерениям (рис. 9а). На этой схеме чётко выделяется область течений Гольфстрима с большими скоростями. В южной части Гольфстрима средние скорости течений ~ 1 м/с, а в северной ~ 50cм/с, в то время как за пределами Гольфстрима скорости течений небольшие и составляют ~ 10 cм/c. Слабо выражено Северо-Атлантическое течение, его скорости небольшие, ~ 20 см/с, а около Ирландии и вообще малые, ~ 10 см/с, т. е. соизмеримы со скоростями течений остальной части океана. Скорости Норвежского течения ~ 25 см/с. Создаётся впечатление, что не существует непрерывного перехода Гольфстрима в Норвежское течение.
Однако исследователи руководствуются не этой схемой, а схемами такого типа (рис. 2), на которых изображён довольно мощный поток Гольфстрима переходящий в Норвежское течение. Поэтому у исследователей создалось впечатление, что из Мексиканского залива в виде мощного потока вода вытекает в Атлантический океан и далее вдоль берега распространяется в северо-западном направлении, в сторону Северного Ледовитого океана. Около Ньюфаундлендской банки струя Гольфстрима заметно ослабевает и переходит в Северо-Атлантическое течение и далее в Норвежское. Считается, что вода из Мексиканского залива адвективно попадает в Северный Ледовитый океан.
Такое представление о течениях, в частности о Гольфстриме, находится в противоречии с наблюдаемым составом вод Гольфстрима. Установлено, что воды Гольфстрима сформированы водами Саргассова моря, поступающими справа от Гольфстрима и склоновыми водами, поступающими с слева от Гольфстрима, а вод Мексиканского залива в Гольфстриме практически нет. Значит вода Мексиканского залива не может попасть в Северный Ледовитый океан. Объяснение этому было дано ранее.
Ранее было показано на примере течений Гольфстрима, каким образом формируются крупномасштабные течения, почему Гольфстрим не переносит (или переносит крайне мало) однонаправленно массы воды, почему его воды не вытекают из Мексиканского залива, почему струя Гольфстрима пульсирует, почему дрифтер однонаправленно перемещается, в то время как воды остаются на месте. Становится ясным, что воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан, во всяком случае адвективно и в большом количестве, как представляется.
Тогда каким же образом в Северном Ледовитом океане оказывается теплая вода Атлантического океана? Только что отмечалось, что Гольфстрим сформирован теплыми солёными водами Саргассова моря, поступающими справа от Гольфстрима и холодными и менее солёными водами, поступающими слева от Гольфстрима. Эти воды сходятся где-то около Гольфстрима. В данном случае частицы воды этих вод проникают друг в друга и таким образом воды перемешиваются. Эта переходная зона перемешанных вод называется гидрофронтом. Считается, что смешение вод происходит за счёт турбулентности. Но известно, что в волнах турбулентность отсутствует? Да. Тогда может речь идти о слабой турбулентности. Тогда можно говорить о слабом смешении вод, т.е. о крайне медленном проникновении одних вод в другие.
Скорее всего, таким же образом, в результате слабого турбулентного обмена и поступает тёплая вода Атлантического океана в Северный Ледовитый океан, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом, скорее всего три порядка медленнее. Считается, что смена вод Северного Ледовитого океана (при адвективном их переносе) происходит за 40 лет [Фащук, 2002]. Тогда, если учесть что перенос имеет слабый турбулентный характер, эта величина может быть увеличена в сто раз, т. е. будет равна 40000 лет.
Теперь допустим, что данное объяснение природы течений неверно. Будем считать, как это принято: течения градиентные геострофические, они адвективно переносят массы воды, воды Гольфстрима попадают адвективно в Северный Ледовитый океан и дрифтер движется вместе с переносимой течением водой, т.е. дрифтер фиксирует перемещения воды. Тогда с помощью дрифтерных наблюдений должна существовать возможность проследить, куда попадает вода Гольфстрима? Для этого мы выбрали сто трасс дрифтеров, проходящих через Гольфстрим, и проследили за их движением. Обычно дрифтер, попадая в Гольфстрим, быстро его покидает. Время пребывания дрифтера в Гольфстриме в основном не превышает двух месяцев. Большинство дрифтеров, покидая Гольфстрим, направлялись в сторону Африки (см. образцы рис. 38а,б), иногда – в сторону берегов Португалии и крайне редко – в сторону островов Великобритания. Но никогда дрифтер не попадал в Северный Ледовитый океан. Обычно при почти прямолинейном движении дрифтер пересекает океан приблизительно за два года. Часто дрифтер длительное время совершает сложные движения в центральной части Атлантического океана (рис. 38в) или около Гольфстрима (рис. 38г). В первом случае он дрейфовал в океане приблизительно 7 лет (рис. 38в), а во втором (рис. 38г) два года, при этом он сместился на юг и чуть не оказался снова в Гольфстриме.
Рис. 38а, б, в, г. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Гольфстрима или около него и прошедшие через Гольфстрим. Цифры около точек: время движения дрифтера с момента начала наблюдений в месяцах.
Когда всё это было написано и опуликовано, просматривая Интернет я обнаружил интересную следующую информацию [M. Susun Lozier, 2010]. С 1990 по 2002г сотни дрифтеров, запущенных в Гольфстрим (течение, которое рассматривается, как часть потока океанического конвейера), но только один достиг области полярных круговоротов. Как и я, они пришли к выводу, что воды Гольфстрима не попадают на север.
Вывод. Изложенное даёт основание считать верным объяснение автора природы переноса масс воды в Северный Ледовитый океан из Атлантического океана. Вода из Гольфстрима адвективно не поступает в Северный Ледовитый океан. Можно допустить, что частично поступает адвективно, но в крайне малом количестве, предположим, в режиме Стоксова или Лагранжева переносов. В целом из Атлантического океана в Северный Ледовитый океан воды поступают за счёт турбулентного их обмена, но не адвективно. Турбулентность (слабую) создают волны Россби. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом. Поскольку турбулентный перенос вод зависит от параметров волн, которые в среднем во времени не меняются, то можно считать, что и перенос вод в Северный Ледовитый океан в перспективе не изменится, следовательно, не отразится на изменениях климата.
Сведения об авторе.
Альберт Леонидович Бондаренко, океанолог, доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института водных проблем РАН. Область научных интересов: динамика вод Мирового океана, взаимодействие океана и атмосферы. Достижения: доказательство существенного влияния океанических волн Россби на формирование термодинамики океана и атмосферы, погоды и климата Земли.