Страница 12 из 47
В марте на борту «Академика Курчатова» была часто слышна английская и немецкая речь. Туда прибыли иностранные океанологи и привезли с собой автономные регистраторы течений различных конструкций. Ученые решили сравнить, откалибровать измерители течений производства разных стран. Для этого на полигоне недалеко друг от друга выставили 4 дополнительные станции. Две недели работали параллельно подвешенные к тросам станций океанологические приборы, изготовленные в СССР, Норвегии, Великобритании, ГДР, США. Затем провели сверку и калибровку приборов. Эта важная работа обеспечила в дальнейшем успешное проведение. совместных работ по международным исследовательским программам.
В результате проведения новаторского и масштабного эксперимента, названного «Полигон-70», был собран колоссальный объем информации. К обработке его приступили немедленно. Судовые вычислительные центры «Академика Курчатова» и «Дмитрия Менделеева» справились с этой ответственной работой. Уже первоначальные обобщения собранного экспериментального материала после подъема первой станции выявили поразительную картину. Прежде всего оказалось, что, когда начались измерения, течение в слоях до 1500 м было направлено не на запад и юго-запад, как ему положено было быть, учитывая расположение полигона в районе Северного Пассатного течения, а на северо-восток, то есть почти в прямо противоположном направлении…
Примерно через две недели направление течения стало северо-западным. Еще через три недели оно снова изменило направление. Ученые поняли, что они наблюдают новое неизвестное до этого времени явление с временным масштабом несколько недель или месяцев. Перед ними возникла грандиозная и запутанная картина, так как течение на разных горизонтах меняло свое направление по-разному.
После того как провели глубокий анализ данных, замеренных всеми 17 станциями за полгода, картина прояснилась. Океанологи установили, что через зону полигона проплывали огромные вихри размером 100–150 км со скоростью перемещения водных масс вокруг центра вихря 10–20 см/с. А сами гигантские вихри не стояли на месте, а медленно (со скоростью около 4 см/с) перемещались в направлении, которое ученые всегда обозначали как направление Северного Пассатного течения.
Об этом эпохальном открытии советские ученые сообщили в октябре 1970 г. на Международной океанографической ассамблее в Токио, где сообщение вызвало повышенный и вполне оправданный интерес всех океанологов.
В марте – июле 1973 г. в районе Саргассова моря аналогичный эксперимент провели американские ученые. Они назвали свое исследование «Серединно-океанический динамический эксперимент» (Mid Ocean Dynamical Experiment) no первым буквам английских слов – MODE. Их исследования подтвердили существование синоптических вихрей.
Эти два выдающихся полигонных океанологических исследования позволили ответить на ряд вопросов, но в результате возникло еще больше новых. Было неясно, как возникают эти вихри, как они взаимодействуют друг с другом и со средним течением. Для решения этих и многих других вопросов в 1977–1978 гг. был проведен большой совместный советско-американский эксперимент Полимоде, название которого сложили из начальных слогов «Полигон-70» и обозначения американского эксперимента МОДЕ.
Советские участники исследований проводили работы в течение года на полигоне размером 310x310 миль в юго-западной части Саргассова моря. Советские ученые создали и поддерживали с конца июня 1977 г. до октября 1978 г. систему из 19 буйковых станций. В работах на полигоне участвовало 9 НИС: «Академик Курчатов», «Академик Вернадский», «Витязь», «Михаил Ломоносов», «Петр Лебедев», «Сергей Вавилов» – из академического флота, от Гидрометеослужбы – «Виктор Бугаев», а также гидрографические суда «Академик Крылов» и «Молдавия».
Советские автономные буйковые станции непрерывно фиксировали с интервалом от 12 до 60 мин на нескольких горизонтах направление и скорость течений и значения температуры воды. Параллельно с этим советские НИС осуществили множество гидрологических съемок, в ходе которых замерялись параметры водных масс на различных горизонтах в других районах полигона.
Американцы в этот раз широко использовали дрейфующие буи нейтральной плавучести. Такой буй опускается на заданную глубину и дрейфует вместе с водной массой. На буе устанавливается излучатель звука типа органной трубы, излучающий по программе череч заранее заданное время звуковой сигнал определенной частоты.
Звуковой сигнал регистрировался на нескольких (не менее трех) приемных акустических станциях, расположенных на островах, на побережье или на судах в открытом океане. Затем по разнице времени пробега звукового сигнала до различных станций определяли с точностью до километра местоположение буя в каждый данный момент времени. Следовательно, определив линию дрейфа буя, ученые выясняли характер перемещения водных масс, которые несли этот буй.
Во время эксперимента ПОЛИМОДЕ было установлено, что буи, выпущенные в одном и том же месте на отличающихся между собой всего на несколько десятков метров глубинах, могут потом перемещаться по совершенно различным траекториям – еще одно доказательство изменчивости и многослойности динамических характеристик водных масс.
В период эксперимента советскими учеными был выполнен впечатляющий объем работ: 17 крупномасштабных (по всему полигону) гидрологических съемок, 14 среднемасштабных и наблюдения на нескольких микрополигонах. Все буйковые океанографические станции почти непрерывно проработали по 12–13 месяцев. Зарегистрировано около 3 млн. компонент вектора скорости течения и получено около 2 млн. значений температуры воды. Проведены наблюдения на нескольких тысячах гидрологических станций и станциях температурного зондирования.
В результате всей этой, не побоимся сказать, титанической работы за время эксперимента удалось зарегистрировать прохождение через полигон в течение года более 20 синоптических вихрей диаметром 200–300 км и нескольких десятков более мелких вихрей. Ученые установили, что поступательное движение вихрей неравномерно и криволинейно. Вихри сталкиваются друг с другом, взаимодействуют друг с другом и, видимо, при этом обмениваются энергией.
Получается, что океан вопреки всем ожиданиям весьма схож с атмосферой, где такие вихревые образования, как циклоны и антициклоны, обладают большей энергией, чем результирующий средний воздушный поток, определяющий общее направление перемещения воздушных масс. Поэтому в дальнейшем, по предложению члена-корреспондента АН СССР А. С. Монина, эти водные вихри открытого океана стали называть синоптическими.
Анализ данных, полученных на советской системе буйковых станций и на американской системе дрейфующих буев, еще раз убедительно доказал большую роль, которую играют обнаруженные вихри в жизни океана. Подтвердилось, что не менее 90 % кинетической энергии океана заключено в вихрях.
После этих опытов вихри стали обнаруживать в самых различных местах. Хорошо выраженные вихри были обнаружены в Арктике и Антарктике. Они были найдены и в Тихом океане.
Ученым удалось определить объемную структуру синоптических вихрей. Такие вихри имеют приближенно форму несколько скрученного по часовой стрелке (для Северного полушария) усеченного конуса с вершиной, обращенной кверху для циклонических вихрей (вращение против часовой стрелки) и вниз для антициклонических (вращение по часовой стрелке).
Интересно, что циклонические вихри характеризуются сгоном поверхностных вод и подъемом из глубины холодных вод. Это явление важно для биологии океана, так как глубинные воды выносят на поверхность питательные соли, приводящие к бурному развитию жизни. В свою очередь, антициклонические вихри приводят к нагону поверхностных вод и их опусканию на глубину, то есть эти вихри являются «теплыми», так как температура поверхностных вод повышается. Контрасты температуры в различных зонах вихрей могут быть значительными и достигать 10 °C.
Ясно, что теплые и холодные вихри в океане создают особые условия для тепло-и влагообмена с атмосферой и поэтому оказывают самое существенное влияние на изменение параметров воздушных масс, то есть изменяют погоду. Отсюда следует, что постижение тайн океанских вихрей, помимо раскрытия фундаментальных законов жизни океана, позволит создать научную основу для краткосрочных и долгосрочных океанологических прогнозов, для построения прогностической модели системы атмосфера – океан, что усовершенствует методы прогноза погоды.