Дерзкие мысли о климате

При выходе в океан это течение усиливается Антильским течением и далее вовсе не согласуясь с кориолисовым ускорением, отклоняется влево, следуя вдоль материковой отмели Северной Америки. Это отступление иногда объясняется повышением уровня океана в антициклонической области его субтропической части. У мыса Хаттерас Гольфстрим отклоняется на северо-восток к Ньюфаундлендской банке, после чего, теряя некоторую часть воды и тепла, переходит в Североатлантическое течение, которое под влиянием ветров пересекает океан с запада на восток и далее вдоль северных берегов Европы попадает уже в Северный Ледовитый океан. Но это опять же сила недостаточная, чтобы возбудить столь значительную циркуляцию вод с одного конца их круговорота. К тому же как объяснить, что из Атлантики воды поступает меньше, чем обратно возвращается туда же с добавлением вод из Тихого океана?

Здесь кое-что прояснили исследования зарубежных ученых, произведенные в пятидесятых-шестидесятых годах нашего века. Г. Стоммел предположил, что второй, если не главной причиной зарождения циркуляции вод между Атлантикой и Северным Ледовитым океаном, может являться гравитационное опускание полярных вод в результате увеличения их солености, что можно доказать существованием глубинного противотечения Гольфстрима. В 1967 г. Д. Свал-лоу и Л. Уортингмон прямыми определениями с помощью звуковых буёв, спущенных с корабля на глубины I 500…3 000 м, установили, что такое противотечение существует.

Открытие глубинного противотечения вряд ли можно считать неожиданным, поскольку оно с неизбежностью следует из закона сохранения массы. Не может же притекающая вода накапливаться в открытом водоёме, а поскольку она в том же объёме вытекает, то измерив расход в более доступных мелководных проливах можно приближенно определить и наличие, и величину глубоководного стока воды из Арктического бассейна. Но вот предположение о том, что побудительной причиной оттока глубоководных масс является увеличение солености глубинных вод Арктического бассейна, заслуживает внимания. Здесь уже может открыться завеса над таинственностью главной силы, движущей воды между Северным Ледовитым океаном и Атлантикой.

Действительно соли могут вызывать конвекцию морских вод за счет увеличения их плотности, за чем следует и погружение их на глубину. Такая конвекция называется термохалинной.

В полярном водоёме она может усиливаться низкой температурой рассолов и дополнительным увеличением плотности воды, в которой они появляются. Вообще же в механизме изменения солености периодически замерзающей морской воды и его следствий в термике моря сохраняется некоторые неясности.

Исследуя теплообмен через морской лёд и влияние солей на процесс его намерзания и таяния, мне удалось по-новому, в известной мере независимо, взглянуть на природу возбуждения термохалинной конвекции, чем и хочу поделиться ниже.

Обратимся к необходимому здесь анализу. Нам уже известно, что при замерзании морской лёд существенно, а многолетний почти полностью, рассоляется. Концентрированные и охлажденные до температуры вмещающего их льда рассолы сначала скапливаются в замкнутых ячейках, сквозных капиллярах и межкристаллических прослойках, откуда уже постепенно под воздействием тяготения мигрируют вниз. Чаще всего миграция происходит через каналы стока рассолов, представляющие собой цилиндрические вертикальные полости «стволы» во льду диаметром до 7 мм, открытые снизу. Таких каналов иногда насчитывается до 50 на 1 м ² нижней поверхности льда.

Эти каналы в толще льда имеют древообразные «Ветви», по которым в них периодически стекает рассол из разрозненных ячеек. Вероятно, за счет усиленного намерзания льда под действием более холодных стекающих рассолов, нижние части каналов сужаются, образуя шейки с диаметром меньшим, чем диаметр канала в 3…5 раз. Благодаря шейкам рассол вытекает не постоянно, а порциями, чередующимися заполнением полостей каналов подлёдной морской водой (рис. 15).

Рис. 15. Схема горизонтального разреза вертикального канала и его лучей, по которым происходит наклонная миграция рассола по льду (по В. Л. Цурикову, 1976)

Не стану утомлять читателя объяснениями почему и как образуются и мигрируют солевые ячейки во льду, почему их миграция, вопреки действию силы притяжения, отклоняется к названным каналам, и так далее, поскольку это в общих чертах известно и можно узнать из книги В. Л. Цурикова «Жидкая фаза в морских льдах» (1976). Отметим лишь, что холодный и высоко концентрированный рассол в конце концов выпадает изо льда в виде капель, устремляющихся ко дну. Подо льдом происходит своего рода соленый капельный «дождь», наблюдать который видимо ещё никому не удавалось. Интенсивность этого «дождя» под многолетним ледяным покровом мало изменяется по сезонам года.