Загадки океана

Данные гидрологических серий практически всегда показывали отсутствие каких‑либо неоднородностей в поле температуры вблизи поверхности океана. В результате сложилось мнение, что верхний слой океана хорошо перемешан. Появился термин «верхний перемешанный слой океана». Он получил широкое распространение, но оказался далеко не всегда соответствующим истине.

Современный способ исследования физических параметров океана — применение зондов. Они начали широко использоваться в 70–е гг. Зонд — это комплексная измерительная система, одновременно измеряющая, как минимум, три основных параметра — температуру, электропроводность и давление воды. Такие зонды сокращенно часто называются «зонды СТД» (соленость, температура, давление).

Более совершенные зонды способны одновременно измерять еще и содержание кислорода, концентрацию водородных ионов или ионов многих других элементов, встречающихся в морской воде. Они были созданы для исследования глубоких слоев океана. Поэтому практически не могли дать новой информации о структуре верхних слоев океана. Почему?

Потому, что зонд на кабель — тросе можно опускать в океан только с наветренного борта. В верхнем слое толщиной около 10 м в момент входа в воду в датчиках зонда возникают переходные процессы, которые на некоторое время лишают их возможности правильного восприятия информации; в момент входа в воду сам корпус зонда вызывает перемешивание воды в верхнем слое воды; в момент входа корпуса зонда в воду, спускаемого лебедкой, возникает переходный процесс в установлении скорости его погружения; при входе в воду зонд может слегка раскачиваться, что искажает его показания.

В результате суммарного действия ряда причин самые лучшие зонды обычно начинают давать правильную информацию с глубины 6–8 м. По сравнению со средней глубиной океана цифры эти малы. Считалось, что обстоятельство это не имеет особого значения. Все же с помощью гидрофизического СТД-зонда была обнаружена тонкая структура в верхнем слое океана при дневном прогреве.

На основании этих измерений сложилось представление о том, что глубина слоя дневного перемешивания составляет десятки метров, т. е. сравнима с глубиной сезонного однородного слоя океана. Но в рамках таких представлений не удалось объяснить суточные колебания температуры поверхности океана при слабых ветрах, достигавшие 1–2 °C.

Для таких ^больших колебаний температуры в слое толщиной в несколько десятков метров требуется приток тепла, в несколько раз превышающий максимально возможный поток за счет поглощения солнечной радиации. Но откуда ему взяться, этому таинственному потоку тепла?

И еще одно очень странное явление: в штилевую погоду на поверхности океана были замечены скачки температуры воды в 1–2 °C. Такие большие скачки показывали датчики температуры при буксировке их за судном на небольшой глубине. Они происходили через каждые 10—150 м, казалось бы, без какой‑либо заметной закономерности.

Скачки эти получили название «горизонтальные неоднородности штилевой погоды», физическое происхождение которых, однако, нельзя было объяснить с точки зрения имевшихся представлений. По этому поводу было опубликовано несколько работ. Иногда наличие скачков температуры на поверхности океана отвергалось, но потом снова подтверждалось. Почему они возникали в штиль и на ходу? Вопросы эти долго оставались без ответа.

А однажды в верхних метрах океана было зарегистрировано повышение температуры воды на целых 3 °C. Зарегистрировано в дневное время, в штиль с помощью обрывного зонда.

Обрывной зонд катапультируется с судна. На плаву остается катушка, с которой сматывается тончайшая двухжильная хорошо изолированная проволока, соединяющая датчик температуры с регистрирующей аппаратурой на судне. А измерительная часть в виде маленькой торпедки с чувствительным датчиком температуры в лобовой части и второй катушкой такой же проволоки в хвостовой части уходит в глубину. Вся измерительная система функционирует несколько минут — до тех пор, пока торпедка не достигнет предельной глубины. Тогда происходит обрыв соединительных проводов. Но дело сделано — записан профиль температуры (график распределения в координатах глубина — температура). Обрывной термозонд — прибор однократного применения.

С помощью подобного прибора в дневные часы и был получен единственный профиль, отметивший повышение температуры в поверхностном слое. Он не отличался особой детальностью из‑за относительно высокой постоянной времени датчика температуры (0,1 с).

Развитие учения о взаимодействии океана с атмосферой требовало более точной информации о физических процессах вблизи поверхности раздела. Скачки, пятна, неизвестно откуда берущийся мощный поток тепла, значительное превышение температуры — все это требовало объяснения. Может быть, все это — новые загадки океана?

Нет. Все дело в том, что известная аппаратура не годилась для точных измерений в приповерхностном слое океана.