Дерзкие мысли о климате

Большую часть Северного Ледовитого океана без Гренландского, Норвежского и Баренцева морей принято называть Арктическим бассейном, отделенным от перечисленных незамерзающих или частично замерзающих морей группами островов и подводных возвышенностей. Общая площадь Арктического бассейна составляет 8,85 млн. км². Бассейн связан водо- и ледообменом с Атлантическим океаном и только водообменом с Тихим. Из Атлантики ежегодно поступает 123×10³ км ³ воды, а из Тихого океана 30×10³ км³, которая частично со льдом вся возвращается только в Атлантический океан. Следовательно, всего в Арктический бассейн поступает 153×10³км ³ воды из смежных океанов. Из-за увеличенного, по сравнению с другими океанами, речного стока, вытекает в Атлантику больше, примерно 156×10³км³, однако часть этого стока, а именно: около 3×10³км ³ возвращается из бассейна Арктики уже в виде льда.

Притекающие воды поступают нагретыми из Атлантики до плюс 1,9 °C, а из Тихого океана до плюс 0,8 °C. Привнос тепла следует считать не от 0 °C, как часто делается, а от температуры замерзания морской воды, то есть минус 1,8 °C. Тогда теплосодержание атлантических вод должно отсчитываться от температуры 3,7 °C, а тихоокеанских от 2,6 °C. Отсюда общий приток тепла в Арктический бассейн из смежных океанов только за счет «нагретости» их вод выше температуры замерзания составляет абсолютную величину около 525×10¹⁵ ккал/год или 22×10¹⁷кДж/год, что в 2 раза больше, чем принималось ранее. Уточнение в градусах вроде бы незначительное, а эффект существенный. Теперь еще раз вспомним, что вынос льда из акваторий сопровождается эквивалентным приходом тепла к водной массе водоёма, поскольку уплывший лёд замещает вода, не терявшая теплоты кристаллизации. Замещение ею льда выражает соответствующий изотермически осуществившийся приход теплоты. Далее не сложно рассчитать, что с уплывающим холодным льдом в Арктическом бассейне компенсируется потеря теплоты примерно 260 × 10¹⁵ ккал/год, или 11 × 10¹⁷ кДж/год, то есть половина от поступившей с теплыми водами из смежных океанов. Но ее остается ещё примерно столько же, сколько считалось во всем приходе ранее. Где теряется оставшаяся теплота, пришедшая с водами, мы попытаемся разобраться дальше.

В нашу задачу не входит расчет теплового баланса Арктического бассейна. Пока более важно разобраться в методическом подходе к подобным расчетам и попробовать выяснить природу тех явлений, которые обусловливают сам характер теплообмена этого полярного водоёма, в частности, и природу его водообмена со смежными океанами.

Из представления о гравитационном массо- и теплообмене можно уверенно заключить, что весь (возбуждаемый силой притяжения) теплообмен практически сводится лишь к двум формам передачи тепла конвекции и адвекции, то есть в любом случае к обмену масс. При этом сила притяжения, в отличие от механических перекачивающих устройств, возбуждает обмен одной и той же массы обычно дважды, как бы с двух концов и по-разному. Например, конвекция в атмосфере или в водной массе может возбудиться по причине уменьшения её плотности от нагревания, но она не осуществится, если на месте поднимающейся массы не опустится способная её заместить плотная масса. Если в объяснении природы морских течений отсутствует указание на вероятность приложения этих двух действий силы притяжения, а называется лишь одна, например, сила постоянных ветров, то объяснение представляется неполным. В этом смысле массу сомнений и в то же время наибольший интерес давно порождает природа мощного притока теплых вод в Северный Ледовитый океан, именуемого морским течением Гольфстрим. Часто его причиной, по аналогии с системой водяного отопления с естественной циркуляцией, называли разность нагрева вод, и следующим от нее изменением их плотностей. Но эта разность заметна лишь на поверхностных водах и называется исчезающе малой в глубинных слоях океана. К тому же передача вод, растянувшаяся на тысячи километров, встречает гидравлические сопротивления, определенно способные погасить ту энергию движения, которая возбуждается лишь малыми разностями температуры воды. Здесь нужна какая-то более значимая причина возбуждения циркуляции глубинных вод, тогда и объяснение станет более удовлетворительным.

Очень долго этой причиной считалась сила ветров. Само зарождение Гольфстрима объяснялось нагоном воды пассатными ветрами через Юкатанский пролив в Мексиканский залив и возникающую в силу этого значительную разность уровней между Мексиканским заливом и прилегающей частью Атлантического океана.