2.
Чтобы оценить громадную величину последней цифры, вспомним, что солнечная постоянная равна 1360 Вт/м2. Получается, что вихрь отдавал энергию с такой же интенсивностью, какую дает излучение Солнца в космосе и какой никогда не бывает на уровне поверхности океана из‑за поглощения излучения в атмосфере.
Отметим, кстати, что в наше время солнечная постоянная, одна из мировых констант, перестала быть постоянной… Как недавно сообщила группа американских исследователей под руководством Р. Уилсона, общая интенсивность солнечного излучения за 1980–1985 гг. понизилась на 0,1 %. Уменьшение солнечной радиации происходило со скоростью примерно 0,019 % в год. Если процесс уменьшения радиации Солнца продолжится и дальше с той же скоростью, то к 1990 г. суммарное затухание составит 0,2 %. В этом случае солнечная «постоянная» станет равной 1357,4 Вт/м2, т. е. будет близка к величине отдачи мощности вихрем. Уилсон связывает уменьшение интенсивности излучения с обычным одиннадцатилетним циклом солнечной активности. В пользу этого предположения свидетельствует одновременно наблюдавшееся его группой уменьшение магнитной активности.
В прежних прогнозах солнечной активности возможность таких колебаний не учитывалась. Однако, как считает автор, реальной опасности для климата Земли обнаруженное уменьшение интенсивности излучения Солнца, видимо, пока не представляет.
В теплообмене вод вихря с воздухом особую роль играют потоки скрытого и ощутимого тепла (испарение с поверхности воды вихря). Оно зависит от скорости ветра, удельной влажности воздуха в приводном слое и разности температуры между воздухом и водой. При разности порядка 10–11 °C испарение может быть очень большим. Поэтому большой теплый вихрь при определенных условиях может натворить много бед, содействуя образованию смерчей (торнадо, ураганов). Факт углубления циклонов при выходе их на теплую поверхность океана хорошо известен.
По данным советских ученых, вихрь отдает тепло атмосфере более интенсивно, чем поверхность невозмущенного океана при тех же условиях. Иной и режим теплообмена над вихрем.
Вихри бывают и холодные. Подход к берегам большого вихря может вызвать похолодание. Особенно если вихрей будет много, если они пойдут друг за другом. Например, у восточного побережья Камчатки были обнаружены целые цепочки больших холодных вихрей, температура воды в которых была на 5 °C ниже температуры окружающих вод. В целом вопрос о влиянии вихрей на атмосферные процессы еще недостаточно изучен. Метеорологи оценивают такое влияние как потенциально существенное.
После обработки фотографических снимков, сделанных с борта американского искусственного спутника Земли «Лэндсат-2» с высоты 915 км, были обнаружены вихри диаметром около 30 км. На одном из фотоснимков зафиксировано сразу не менее восьми вихреобразных образований на поверхности океана, в том числе три хорошо развитых двойных кольцеобразных вихря.
А в 1985 г. экспедиция Института океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР зарегистрировала в тропической зоне Атлантики вихри размером около 50 км.
Следовательно, в океанах встречаются вихри большого диаметра — порядка 100–300 км, среднего — около 50 км и малого — около 30 км. Является ли это типичным для всех океанов? Или такой набор случайный, связанный с недостаточно большим числом измерений? А может быть, имеется непрерывный пространственный спектр вихрей с максимумами на отдельных размерах?
Некоторые ученые полагают, что нет в океанах непрерывного ансамбля вихрей всех размеров. А имеются три основных типа вихрей, размеры которых примерно соответствуют найденным.
Исследование океанских вихрей важно не только с точки зрения взаимодействия океана и атмосферы, но также и для изучения процессов передачи загрязнения в океанах, влияния на биологическую продуктивность, для навигации. Придется, видимо, периодически издавать или передавать по радио синоптические карты течений. Так, как это делается с картами погоды. Ведь каждому судну, идущему в океане, необходимо знать направление и скорость течения, иначе штурман не сможет точно рассчитать путь судна.
Но периодически получать точные карты течений в океане с помощью буйковых постановок с вертушками не так‑то просто. На помощь морякам в наши дни пришла спутниковая навигация. Положение судна в море определяется с высокой точностью с помощью искусственных спутников Земли. Для этого на каждом судне устанавливается особая аппаратура. Погрешность в определении места не превышает ±0,1 мили, а в случае необходимости может быть еще уменьшена. Созданы упрощенные образцы спутниковой навигационной аппаратуры даже для небольших судов.
Спутники могут помочь и в быстром составлении точных карт течений. Для этого в изучаемом районе океана на воду спускают особые буйки, за которыми следит спутник. Находясь в режиме свободного дрейфа, буйки отслеживают течения, а спутник контролирует изменения их положения и сообщает координаты буйков в Центр обработки, где быстро получают информацию о скорости и направлении течений и их изменениях в разных районах Мирового океана.
Имеются и другие радиотехнические способы определения местонахождения судов в море, не связанные со спутниками. Некоторые из них отличаются чрезвычайно высокой точностью определения. Например, советские фазовые радиогеодезические системы для проведения различных морских исследований дают «привязку» с ошибкой в пределах от 2–3 до 30 м на расстояниях от станций до 200 км ночью и до 300 км днем. Указывается место судна в условных координатах, которые легко пересчитать в обычные географические координаты, т. е. широту и долготу. Столь точное определение местонахождения судна требуется при проведении различных геофизических исследований на морском дне. Например, при поисках нефти и других полезных ископаемых, при бурении, при аварийно — спасательных работах и для других целей.
Вихри в океане и широкий круг вопросов, связанный с ними, — одна из наиболее важных проблем современной океанологии. Приоритет советской науки в этом вопросе признан учеными всего мира.
Гидротермы и экологические оазисы
Радиограмма. 19 ноября 1986 г. в Институт океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР пришла радиограмма с борта научно — исследовательского судна «Дмитрий Менделеев», находившегося в Тихом океане. Сквозь даль океанских просторов и атмосферные помехи мы получили фантастическую информацию от руководителя экспедиции члена — корреспондента АН СССР А. П. Лисицына.
На входе в Калифорнийский залив на дне котловины Гуаймас обнаружено большое количество гигантских башен гидротермальной постройки. Высота их достигает несколько десятков метров, а вес — нескольких сотен тысяч тонн. Пробы показали богатое содержание цветных металлов. Башни гудят, шипят, некоторые извергают жидкое пламя высотой до 1 км. Оно сжигает изоляцию кабеля. Измерительный зонд поврежден. В условиях термоопасности сделано 25 погружений подводными обитаемыми аппаратами «Пайсис». После погружений они пахнут дизельным топливом. В гидротермальных постройках, возможно, имеется нефть. В том же районе обнаружены выходы газогидратов. Найдено 8 групп микроорганизмов, другие необычные животные. Собрали богатую коллекцию.
Наша экспедиция нашла очень большие гидротермальные сооружения на дне океана — башни. Представление об их размерах дает рисунок на с. 30, где семиэтажное здание Института океанологии в Москве изображено на фоне одной из таких построек. Она чем‑то напоминает гигантский термитник.
Гигантская гидротермальная постройка в сравнении со зданием Института океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР.
В ней более полумиллиона тонн ценнейшей руды.
Интересно, что очень горячая вода на поверхность океана не выходит. В этом состоит одна из трудностей поиска гидротерм. На высоте всего 200 м над местом выхода горячих струй на дне (по измерениям американских ученых), температура воды только на 0,02 °C больше температуры окружающих слоев воды океана.
Куда девается горячая и, видимо, более соленая вода? Вопрос этот недостаточно исследован. Дело, видимо, в коллапсе. Так называется мало изученное явление, вызванное стратификацией океана. Поднимающиеся вверх струи воды наталкиваются на неподвижный слой океанской воды иной плотности. Он действует как потолок. Натыкаясь на него, идущие снизу струи не в силах его пробить и растекаются в стороны, образуя подобие «блина».
В результате этого эффекта близ дна могут образовываться большие объемы воды с высоким градиентом температуры. Может быть именно там следует располагать установки для преобразования энергии теплового градиента в электрическую энергию?
Начался новый этап в исследованиях Мирового океана, в котором классическая океанология связана с физикой и химией реакцией при высоких давлениях и температурах, биологией и биохимией существ, живущих там при высоких температурах.
Фантастика, ставшая действительностью. А. может ли в океане температура воды быть в несколько сотен градусов Цельсия? Например, градусов 450–50 °C?
Не правда ли, еще и сейчас этот вопрос звучит странно? А в начале 70–х гг. он казался просто фантастическим.
Само собой разумеется, не вся вода, а лишь небольшая часть ее у дна в отдельных, особых местах. Таких, где есть выход гидротерм. Гидротермами называются разогретые внутренним теплом Земли воды, отличающиеся по своему химическому составу от обычной воды большим содержанием различных солей, или повышенной минерализацией.
Мысль о том, что на дне океана могут быть источники с очень высокой температурой воды, впервые была высказана Т. В. Розановой. К ней отнеслись с недоверием. Но в 1977 г. на дне Тихого океана американская экспедиция обнаружила источники с температурой 17 °C, а в 1982 г. — с температурой около 400 °C! Выло найдено много неожиданного, в том числе особые сооружения, выросшие на дне благодаря отложению солей. Что‑то вроде гигантских сталагмитов, встречающихся в пещерах. Но самым удивительным оказался необычный животный мир, процветающий там без солнца, во мраке. Богатые жизнью придонные области вокруг горячих источников — гидротерм получили название экологических оазисов. Гидротермы и экологические оазисы — одно из открытий науки.