Океан и атмосфера

В числе задач ближайшего времени, решение которых уже начато, находится изучение течений одновременно на больших пространствах (полей течений) и проведение непрерывных наблюдений в течение года — изучение их изменчивости во времени. Такие наблюдения необходимы при разработке методов прогнозов течений.

Накопленные данные о течениях позволяют свести их к определенной системе. Заметим, кстати, что по этому вопросу у ученых возникали разные мнения, и всего несколько десятилетий назад была введена унификация, единообразие понятий. Классификация может быть основана на различных признаках, и прежде всего на происхождении течений. К этой системе относятся: ветровые течения (или дрейфовые), создаваемые движением воздуха над поверхностью моря благодаря силе трения; сгонно-нагонного характера, возникающие при наклонах уровня моря (первопричина — также ветер); приливо-отливные, вызванные периодическими приливообразующими силами Луны и Солнца; плотностные, порождаемые неравномерным распределением плотности воды.

Течения могут быть классифицированы и по продолжительности, или устойчивости. Это — постоянные непериодические и периодические течения. К первым относятся такие течения, которые всегда наблюдаются в определенных районах и, хотя и имеют ту или иную изменчивость, в целом сохраняют генеральное направление (Гольфстрим, Куросио, пассатные течения). Естественно, что непериодические, временные течения возбуждаются внешними силами, прежде всего ветром. Периодические течения вызываются, в основном, приливами.

Есть и другие принципы классификаций — по глубине расположения (поверхностные, глубинные, придонные), по характеру движения (прямолинейные, криволинейные, в том числе циклонические и антициклонические); по физико-химическим свойствам (теплые и холодные, соленые и распресненные).

Таковы основные классификации течений, из которых главной является первая — по происхождению.

При всей очевидной ясности и необходимости для науки и практики классификации течений заметим, что редко течения вызываются какой-то единственной причиной из тех, что были рассмотрены выше. По большей части течения обусловлены комплексом причин. Характерным примером может служить опять-таки Гольфстрим, который вызывается и наклоном уровня, и ветром, и др.

Обычно, когда течение уже возникло, вступают в действие вторичные силы, видоизменяющие его: Кориолиса (сила вращения Земли), отклоняющая поток вправо в северном полушарии и влево в южном; трение, которое всякое движение замедляет; центробежная, проявляющаяся при криволинейных движениях малого радиуса.

Таким образом, наблюдения и теоретические методы привели к общему выводу, что основной силой, благодаря которой возникают непериодические поверхностные течения в океанах и морях, остается ветер, т. е. циркуляция воздуха. Когда ветер непродолжительный, появляется ветровое течение, когда длительный или господствующий, рождается течение, называемое дрейфовым, — пассатное, экваториальное.

Ветер, вызывающий дрейфовые течения, создает в то же время наклон уровня, так как большие массы воды переносятся с одного места в другое. Особенно заметны такие наклоны у берега. В результате появляется сгонно-нагонная циркуляция во всей толще моря от поверхности до дна. В мелководном море наибольший нагон возникает при ветре, дующем перпендикулярно к берегу, а сгон — при ветре, направленном от берега.

Накопления воды в том или ином районе порождают так называемые стоковые течения. Эти накопления образуются не только под действием ветра, но и от других причин: притока речных вод, обильного выпадения осадков и таяния льдов, неравномерного распределения плотности ВОДЫ.

Разница в атмосферном давлении над различными частями океанов вызывает течения небольшой силы. Так, изменение давления на 1 мб приводит к изменению уровня на 1 см, т. е. возбуждаемые при этом течения (они называются бароградиентными) не являются сколько-нибудь значительными. Когда над морем медленно проходит циклон, частицы воды начинают двигаться от центра к периферии; далее, под действием силы Кориолиса они отклоняются вправо — в море возникает циркуляция по часовой стрелке (антициклоническая). Эта циркуляция будет ослабляться ветровыми течениями с обратной циркуляцией. В то же время через проливы станет поступать вода из соседних морей. Циклон, который предположительно находился над центром моря, будет, естественно, смещаться к его окраине, и тогда в центре моря уровень начнет понижаться, течения в проливах станут откачивать воду из данного моря в соседние. Такая сложная система получается при довольно простой ситуации, рассмотренной здесь схематически. При всей сложности реальных условий взаимодействия океана и атмосферы, их постоянной изменчивости, наложении друг на друга различных причин трудно составить единую систему взаимодействий океана и океанических течений. Поэтому пока приходится прибегать к рассмотрению отдельных типичных ситуаций, в частности таких, как прохождение различных барических систем через определенные моря или участки океанов.

В последнее время изучается также влияние на морские течения рельефа дна и очертания берегов. И хотя размеры проливов ничтожно малы по сравнению с морями и океанами, их роль в водообмене очень велика. Недаром поэтому в океанологии существует специальный раздел — учение о проливах, родоначальником которого был, как уже упоминалось, С. О. Макаров, а продолжателем — Н. Н. Зубов. Макаров оставил замечательную работу о водообмене между Средиземным и Черным морями через пролив Босфор. Его наблюдения, их анализ и оригинальные выводы не утратили своего значения до наших дней.

Исследования Макарова позволили сформулировать следующие общие правила движения вод в проливах северного полушария: течения вокруг больших островов и архипелагов движутся в направлении часовой стрелки; в широких проливах течения вдоль различных берегов противоположны по направлению. Различны также направления течений в вертикальном разрезе. Макаров наблюдал это в Сангарском проливе Японского моря. Такие же наблюдения известны в Корейском проливе и др.

В самом общем виде схема течений Мирового океана может быть представлена так. В северных частях трех океанов — Атлантического, Тихого и Индийского — отчетливо видны системы больших антициклонических круговоротов, а в южных частях — циклонических. Особенно нужно отметить проникновение в высокие широты Северо-Атлантического течения, являющегося ветвью Гольфстрима.

Гольфстрим оказывает большое влияние на климат нашей страны. В частности, в районе Баренцева моря ветвь теплого течения оттесняет границу постоянных льдов на север, до 81° с. ш. — самой высокой широты в мире. Как указывал В. В. Шулейкин, даже в Карское море теплое течение приносит в 9 раз больше тепла, чем воды Енисея и Оби. Изучено и более отдаленное воздействие Гольфстрима, например на средний уровень Каспийского моря.

Тепло Гольфстрима ощущает вся Западная Европа и восточные районы Северной Америки. При небольших скоростях Северо-Атлантического течения (0,1–0,2 см/с) тепло, приносимое им к северо-западным берегам Европы, так велико, что на западном берегу Норвегии, в Тромсе, расположенном на 70° с. ш., температура воздуха на 22° выше средней для данного широтного круга.

Начатое давно изучение Гольфстрима (обнаруженного Понсом де Леоном в 1513 г.) пережило качественно новый скачок лишь в 50-е годы нашего столетия. Поставленные в это время синхронные съемки несколькими судами (в том числе и советскими) дали интереснейшие результаты. Среди других проблем особенно внимательно рассмотрено меандрирование Гольфстрима и его многолетние колебания. Материалы исследований впервые обобщил американский ученый Г. Стоммел в книге «Гольфстрим».

Исследование течений считается проблемой номер один в современной физической океанологии. Это означает не только ее важность, но и то, что еще очень многое в ней предстоит сделать. Стоммел пишет: «Даже теперь, после многих лет усилий, наше представление о Гольфстриме является еще не полным» [2]. Наблюдения последних десятилетий показали, что положение Гольфстрима настолько изменчиво, что его путь даже приблизительно нельзя назвать прямым. Исследования течения Стоммел проводил одновременно с изучением условий атмосферной циркуляции над Атлантическим океаном, системой ветров.