До сих пор большинство научных сотрудников считают, что причинами возникновения и существования течений в морях и океанах являются ветер и неравномерность плотности воды.

            А. Л. Бондаренко сомневался в таком понимании причин возникновения течений, потому что исследования природы течений Северного и Среднего Каспия  (1981 – 1993), показали, что основная энергия течений принадлежит шельфовым и инерционным волнам, и шельфовые волны (волны Россби) генерируют квазипостоянные круговые течения Каспийского моря.   Роль ветра ограничена 5%, а роль термохалинных течений сильно завышена.

            Существуют ли научные обоснования зависимости течений от разницы плотностей?

 В фундаментальной работе: Океанология. Физика океана. Т. 1. Гидрофизика океана. Изд. «Наука» М. 1978 г., просто говорится: «Общая циркуляция (мирового океана) возбуждается термохалинными (нагревание, охлаждение, осадки и испарение) и механическими (касательное напряжение, атмосферное давление) факторами, действующими на поверхности океана.

                

Рис. 4.1. Карта динамической топографии поверхности Атлантического океана (слева);

                структура поверхностных течений (справа).

 

            Считается, что скорость термохалинного течения зависит от температуры и солености (плотности) воды, и может быть рассчитана динамическим методом. Полигонные измерения распределения температуры и солености по вертикалям дают возможность построить карту динамической топографии поверхности мирового океана, т. е. высоты одной изобарической поверхности по отношению к другой.

            Считается, что линии равных высот, или динамические горизонтали можно интерпретировать как линии тока геострофических течений (находящихся в равновесии между действием горизонтального градиента давления и отклоняющей силы вращения Земли – кориолисовой силой). В работе приводится структура поверхностных течений (циркуляций) и карта динамической топографии поверхности Мирового океана относительно 1500 дбар.

            Считается, что геострофическая циркуляция, изображаемая с помощью динамической топографии, ближе всего к реальным течениямв том случае, если на отсчетной поверхности (на глубине 1500 м.) либо вовсе нет движения, либо оно пренебрежимо мало по сравнению с другими поверхностями.

                   

Рис. 4.2. Карта динамической топографии поверхности Индийского океана (слева);

                структура поверхностных течений (справа).

 

            Анализируя особенности динамического рельефа океана в прибрежных районах авторам приходится признать, что «динамические горизонтали, как бы «выходят» из берегов (на юге Африки, на юго-востоке Австралии, от северо-востока Японии и. т. д.) и «входят» в берега (западный берег Австралии, на восточном берегу Африки) южней экватора, северо-восточный берег о. Мозамбик и т. д.».

               

Рис. 4.3. Карта динамической топографии поверхности Тихого океана.

             

           Такая незамкнутость линий тока авторы объясняют вертикальными движениями, которые сопутствуют горизонтальным потокам. На самом деле в указанных районах наблюдаются мощные вдольбереговые течения, которые являются частью крупномасштабных климатических циркуляций. Их природа не геострофическая, а волновая.

Таким образом, мы видим, что объяснения далеко не научные.

            Рассмотрим пример расчета процесса образования и затухания термохалинного течения (Джон Гарвей 1982). На рис. 4.5 изображены две точки в море с глубиной Н на расстоянии 50 км. Из рисунка следует, что изобарическая поверхность горизонтальна на глубине z. В точках А и В проведены измерения температуры и солености, позволяющие рассчитать компоненту геострофической скорости, перпендикулярную линии АВ, для глубины z.

                   

Рис. 4.4. Структура поверхностных течений Тихого океана.

           

            Для расчета используют уравнение гидростатики, с оговоркой, что «оно верно для жидкости, находящейся в покое, но для океанских условий, где движение воды медленное и почти горизонтальное, данное уравнение дает неплохое приближение для соотношения между плотностью и давлением». Используя это предположение, получено, что наклон изобарической поверхности на глубине z должен быть от В к А. Далее выводится уравнение Гелланд-Ганзена, которое с начала 20-го века используется для расчета геострофических скоростей.

            Для условий (рис. 4.5) составляющая геострофической скорости перпендикулярная линии АВ на глубине 1000 м. будет равна U=0,39 м/с., а разность высот (h-h) составит приблизительно 0,19 м. Далее следует обычное утверждение, что течение направлено под углом 90 cum sole к направлению, в котором понижается уровень изобарической поверхности.

            Возникает проблема отчетного уровня. Общий удовлетворительный метод нахождения отсчетного уровня так и не был найден. Наилучшие перспективы сулит все возрастающее количество измерений, но они свидетельствуют о значительных изменениях течений, что ставит под сомнение само существование динамического равновесия в океане.

             Но возникает самый важный вопрос: «Сколько времени будет действовать это течение?». Понятно, что скорость будет затухать по экспоненте.

 По разным оценкам этот процесс будет продолжаться сутки- двое. А дальше, когда разность высот выровняется?

                  

Рис. 4.5. Горизонтальная (Z) и изобарическая (P) поверхности и два вертикальных столба воды, А и В, имеющие плотность a  и  в   (а  в ).

 

Далее, для возникновения нового эпизода с течением, необходимо возникновение новой разницы в уровнях в точках А и В. Эта разность может возникнуть за счет испарения и изменения температуры. Хорошо известно, что в среднем испаряется 1 метр в год. Разница в испарении в двух точках, расположенных на расстоянии 50 км будет как минимум на порядок или два меньше. Таким образом, чтобы образовалась разница в уровнях равная 0,19 м., необходимо 2-3 года.

             Понятно, что такого случая, когда разница в уровнях накапливалась бы до какой либо значимой величины, практически быть не может. Едва достигнув даже небольшой величины, она исчезнет из за образования микроскопических течений, которые в реальных условиях моря, когда существуют большие течения другой природы, невозможно измерить, показать их роль в переносе водных масс. Понятно, что эта роль ничтожна.

             Таким образом, можно сделать вывод, что термохалинные течения имеют очень малые скорости, а расчеты по формуле Геланд-Ганзена основаны на неверных допущениях, согласно которым «в океанских условиях движение воды медленное, а ниже уровня z течения отсутствуют». Кроме того, по мнению пользователей этого метода, единожды возникнув, течения будут действовать далее вечно. Все это не соответствует действительности.

            Мысль о незначительной роли термохалинных течений в динамике моря высказывали многие исследователи.

             Е. Г. Никифоров на I съезде советских океанологов (1977) сказал: «Проблема объяснения современной циркуляции вод не может считаться удовлетворительно решенной даже на уровне качественных гипотез. Гипотезы о ветровом происхождении циркуляции вод не объясняют глубинную циркуляцию, а гипотеза о термохалинной природе циркуляции вод опирается главным образом на существующее поле плотности. Поэтому никаких выводов о природе циркуляции вод на основе расчетов, выполненных по фактическому полю плотности …сделать так же невозможно”.

            Агафонова Е. Г., Галеркин Л. И., Монин А. С. (1972) рассматривают физические процессы образования термохалинных течений, которые возникают в основном из-за вертикального тепло- и влагообмена с атмосферой. Поток массы по всему мировому океану равен 20 г/см в год. (+) означает превышение осадков над испарением, (-) означает  превышение испарения над осадками. Трудно себе представить, что такие незначительные изменения уровня за год вызвали бы какие либо течения. Теоретически какие то незначительные скорости будут возникать, но на фоне наблюдаемых в действительности течений показать их совершенно невозможно.

            Карл Вунш в статье «Что есть термохалинная циркуляция?» задает вопрос: «Что движет водные массы циркуляций?». И отвечает: «Океан эффективно нагревается и охлаждается в пределах около 100 м от поверхности моря, но почти везде еще есть конечная устойчивая стратификация. Это есть свидетельство, что течение океанских масс поддерживется в основном ветром и вторично приливным воздействием». Как видим, термохалинные течения даже не называются.

            Карл Вунш (2000) сообщает: «Удивительно, но только недавно признали, что необходимость понимания источника энергии для поддержания вертикального перемешивания (подъем плотной воды через легкие), имеет важные последствия. Трудности образования движения жидкости по поверхности нагрева и испарения означает, что механические источники энергии должны контролировать не только потоки образованные непосредственно действием ветра, но и глубоководные компоненты меридиональной циркуляции. Есть только два кандидата для такого источника: ветры и приливы.

            Какие силы движут океанские массы в крупномасштабных циркуляциях? Возможные причины этих движений приливное воздействие и ветер».  

            Стоммел Г.  «Было установлено, что разности плотностей поперек Гольфстрима не имеют ничего общего с движущей силой Гольфстрима, а просто представляют часть равновесия, вызванного косвенным образом действия ветра».

            Egbert G. D., Ray R. D. (2000) пишут: «Из теоремы Sandstrom’s (1908) для нагреваемой и охлаждаемой жидкости на поверхности океана следует, что температура и соленость в глубине (плотность) не будет изменяться несколько тысяч лет, конвективная циркуляция значительна только в тонком поверхностном слое Разница плотностей в тонком слое не способна генерировать движение.  Munk W., Wunsch C. (1998) доказывают, что более вероятным источником внутренних волн и диффузии являются приливы. Отсюда следует, что возможные источники внутреннего перемешивания это только ветер и приливы.

            В конце статьи очень забавная фраза: «To many readers, the proposal that the Moon plays a At the end of the article is very funny phrase: «To many readers, the proposal that the Moon plays a major role in the general circulation will border on the lunatic. Для многих читателей, мысль, что Луна играет важную роль в общей циркуляции граничит с сумасшествием».

            Это все, что касается природы термохалинных течений.

Отдельно нужно сказать  о динамическом методе расчета термохалинных течений.

            Наиболее определенно об этом писал В. Б. Штокман в статье «О применимости динамического метода обработки гидрологических данных в изучении течений Каспийского моря. Журнал геофизики. 1937 г. Т VII вып. 4». Он объясняет широкое распространение “так называемого динамического метода” тем, что “Н. Н. Зубовым была значительно упрощена вычислительная техника. Но кажущаяся простота динамического метода (в упрощенном изложении Н. Н. Зубова) оказалась слишком соблазнительной, и применение этого метода стало носить сугубо механический характер. Стандартное применение метода объясняется непониманием его физических основ”.

            По поводу возможности применения динамического метода в Каспийском море автор пишет: “В связи с высокой изменчивостью течений, обусловленных не только термохалинной природой, невозможно выбрать контур, перпендикулярный по всей глубине к направлению течения, а поэтому применение формулы Сандстрема в таких случаях недопустимо, и единственным практически приемлимым методом, дающим надежные результаты, является непосредственное измерение течений с помощью вертушек.”

            Мы долгое время полагали, что экспериментально невозможно показать незначительность термохалинных течений.

            Измерения параметров течений в Конаковском водохранилище показали, что  скорость и направление течения изменяется незначительно (около 5 см/с). Вдруг два последовательных измерения показали скорость 100 см/с. Мы сочли это за сбой в работе прибора. Но когда совместно с измерениями скорости течения был построен график изменчивости температуры воды, вдруг обнаружилось, что температура в это время понизилась на 7°.

            Было только одно объяснение этого факта: прошел большой корабль, и своими винтами перемешал воду с глубинной холодной водой. А дальше температура воды повышалась до первоначальной в продолжении двух недель. Т. е. перемешанная холодная вода протекала в ложе относительно теплой, не смешиваясь быстро, а нагревалась постепенно. Это наблюдение может служить доказательством незначительности обмена пресноводных масс разной плотности.

            В пресноводных потоках при слиянии двух  рек разной минерализации (и, возможно, температуры) потоки проистекают не смешиваясь десятки и даже сотни километров. «Воды р. Волхов, впадающей в юго-восточной части Ладожского озера, распространяются вдоль восточного берега озера далеко на север, не смешиваясь с водами центральной области.

            Динамический метод расчета термохалинных течений не может быть использован для выявления закономерностей течений, потому что дает неверные результаты.

Сами пользователи показывают это.       

            Н. Н. Филатов в первом пункте для защиты докторской диссертации (1991) писал: «Выполненные эксперименты, наблюдения, расчеты показали отсутствие типичных крупномасштабных циркуляций вод, как это утверждалось ранее». А ранее именно Н. Н. Филатов в книге «Гидродинамика озер» писал: «Во всех крупных озерах и внутренних морях северного полушария существует циклоническая крупномасштабная циркуляция». Этот вывод иллюстрировался многочисленными наблюдениями.

            Р. А. Ибраев (2002) в реферате докторской диссертации писал: «Считается, что крупномасштабная среднегодовая циркуляция поверхностных вод Каспийского моря является циклонической. В то же время целый ряд данных наблюдений противоречит этой точке зрения».

            В действительности автор не сможет назвать ни одного противоречащего наблюдения.

            Но дальше всех пошел Д. Г. Курдюмов. В статье (Океанология, 2004, т.44, №6, с. 843-853) он пишет: «Ограничения инструментов таковы, что только очень малая часть пространственно-временной изменчивости состояния моря может быть измерена непосредственно в море. … Численные модели необходимы как средство для интерпретации данных наблюдений и как средство для понимания динамики моря».

            В действительности закономерности циркуляций вод Каспийского моря достаточно полно описаны в книге, которая в списке литературы его статьи стоит на первом месте (Бондаренко А. Л. 1993). И для интерпретации данных наблюдений совсем не требуется их модель, потому что она ни какого отношения к наблюдаемым процессам не имеет.

            Вывод: роль термохалинных течений незначительна, приборно неощутима, практически никакого влияния на образования течений не оказывает. 

            Но известно, что «большая теплоемкость воды и слабая ее теплопроводность приводят к тому, что взятая в массе, она медленно меняет температуру и благодаря этому далеко переносит с собой некоторые признаки своего происхождения». Эта методически важная мысль французского инженера-гидрографа  Ю-де Тессана (Лакомб 1974) может быть использована для выявления путей распространения холодных и теплых течений.       Примером использования такого метода являются исследования течений Каспийского моря Н. М. Книповича.