Загадки океана

Почти полгода работали научно — исследовательские суда Института океанологии на этом относительно небольшом квадрате в океане: следили за сохранностью буев, проверяли их расположение, перезаряжали или сменяли вертушки, выполняли общую гидрологическую съемку. Чтобы обнаружить вихри и проследить их перемещение по океану, необходимо было достаточно долго вести непрерывные измерения на выбранной акватории. Вертушки простояли на полигоне почти шесть месяцев. Потом их записи скорости и направления течений были обработаны на ЭВМ. В результате был надежно зафиксирован великолепно выраженный антициклонический вихрь (это вращение воды по часовой стрелке для северного полушария), проходивший через район полигона в направлении на запад — юго — запад с начала апреля по начало июля 1970 г. Этот вихрь был назван Главным вихрем.

Одновременно была зарегистрирована задняя часть еще одного антициклонического вихря, который двигался впереди Главного вихря. Вихри шли почти вплотную один за другим.

Главный вихрь имел форму эллипса с отношением осей примерно 1:2. Малая полуось вихря была размером около 100 км; она определялась как расстояние от центра вихря до точек с максимальной орбитальной скоростью на периферии вихря (расстояние «а» на рисунке на с. 21). Средняя скорость движения его центра за время апрель — июль 1970 г. была 5,5 см/с. А наибольшая орбитальная скорость движения воды на периферии вихря достигала 35 см/с на глубинах 400–600 м.

Подобные вихри получили название синоптических. Синоптическими в метеорологии называются изменения с периодом от нескольких суток до нескольких месяцев. С открытием вихрей в океане этот термин прочно вошел в океанологию.

Механизм образования вихрей. Самое интересное заключается в том, что океанский вихрь оказался волной Россби. К такому выводу пришел доктор физико — математических наук М. Н. Кошляков после тщательного изучения результатов работы на «Полигоне-70».

На рисунке на с. 21 приведена схема Главного вихря. Буквой L обозначена длина волны. Подсчет по известной формуле Россби дал значение размеров вихря, довольно близко совпавшее с экспериментальными данными.

Сегодня синоптические вихри открытого океана рассматриваются доктором физико — математических наук М. Н. Кошляковым и другими учеными как сложный синтез волн Россби и крупномасштабной турбулентности. Каждый вихрь — своеобразный комплекс из высокоорганизованного физического процесса (волна Россби) плюс чисто случайное турбулентное завихрение большого масштаба. Процент турбулентной "примеси" может сильно колебаться от вихря к вихрю. В этом заключается одна из трудностей изучения и прогнозирования вихрей открытого океана.

Вихри синоптического масштаба раньше были известны только в атмосфере. Океанологи не сразу признали факт образования их в океане. Ныне это больше не вызывает сомнений. Вихри образуются благодаря бароклинной неустойчивости крупномасштабных течений.

Сообщение советских ученых о перемещающихся в океане громадных вихрях вызвало интерес у ученых — океанологов во всем мире. В 1973 г. американские ученые на своем полигоне в Саргассовом море в расширенном масштабе повторили измерения и подтвердили результаты советских исследователей. Американский эксперимент получил название «Моде-1».

В 1974 г. на новом полигоне в районе Субарктического фронта в северо — западной части Тихого океана советские ученые, работавшие на научно — исследовательских судах «Витязь» и «Дмитрий Менделеев», открыли еще один вихрь. Он — самый большой, овальной формы, размер его по большой оси около 150 миль (1 морская миля = 1852 км), скорость течения на его периферии достигла 100 см/с. Вихрь проникал на глубину до 3000 м.

В юго — западной части Саргассова моря с июля 1977 г. по сентябрь 1978 г. была проведена совместная советско — американская экспедиция под условным названием «Полимоде». В ней участвовали 10 научно — исследовательских судов. Основой эксперимента были 19 буйковых станций Института океанологии, которые располагались в узлах сетки из равносторонних треугольников. Центр сетки находился на 29° с. ш., 70° з. д., расстояние между станциями — 72,7 км. На этом полигоне было найдено много разных вихрей. Особенно сильные вихри (гидрофизики называют их бароклинными) были сосредоточены в слое главного термоклина или выше его. Скорость течения в них достигала 70–80 см/с на горизонтах 100 и 400 м, что значительно выше средней скорости течения в обследованном районе Саргассова моря.

Столкновение вихрей. На полигоне «Полимоде» впервые была получена информация о поведении вихрей при встрече друг с другом. В начале апреля в южную часть полигона вошел крупный вихрь с востока, а в конце апреля в северо — западную часть вторгся с севера такой же сильный вихрь. В начале мая произошло резкое сближение, сопровождавшееся их частичным слиянием. В результате в тылу возникла сильная струя воды юго — восточного направления, плотность кинетической энергии которой возросла в 12 раз. Эффект невиданной концентрации энергии был прослежен в верхнем слое океана толщиной 1000 м.