Николай Вершинский: Загадки океана

14 июня 1982 г. на одной из станций в Средиземном море на глубинах от 15 до 25 м при штилевой погоде было получено много записей внутренних волн с периодами от 56 до 0,5 с. А на пределе разрешения применявшейся приемной аппаратуры были даже отмечены волны с периодом всего 0,3 с. Наиболее четкими и часто повторяющимися оказались записи внутренних волн с периодом 2 с. Они шли отдельными цугами («пакетами»). Распространение отдельными «пакетами» различной длительности — одна из особенностей, характерная и для ранее известных более низкочастотных внутренних волн. Они редко ходят более или менее непрерывными порядками, как поверхностные волны. С этой стороны ничего особенного нет. Тут удивительно другое. Чтобы частота внутренних волн имела порядок 1 Гц, согласно формуле Вяйсяля — Брента, градиент плотности в слое их распространения должен быть больше взятого в предыдущем примере в 230 тыс. раз. Следовательно, он должен быть 147 г/см 4, что практически невозможно.

Одновременно с регистрацией необычных внутренних волн производились многократные исследования толщи моря с помощью измерительного комплекса «Исток». Это один из лучших отечественных приборов такого типа. «Исток» позволяет получать профили распределения по вертикали температуры и электропроводности, а по ним вычислять распределение солености и плотности. Но прямого распределения плотности он не дает.

Измерения показали, что наблюдаемые градиенты плотности явно недостаточны для появления таких короткопериодных внутренних волн. Дело в том, что пространственное разрешение «Истока» в поле электропроводности по вертикали не менее 1 м. Поэтому он не мог дать вполне точную информацию о слое, где производились измерения внутренних волн, из‑за неизбежного усреднения.

Это обстоятельство связано с особенностями конструкции преобразователя электропроводности зонда "Исток". Для решения подобной задачи нужен измеритель электропроводности морской воды с более высоким пространственным разрешением. Подобным качеством обладают преобразователи контактного типа.

На профилях плотности, приведенных в цитируемом сообщении и построенных по данным измерений с помощью «Истока», имеется инверсия. Термин этот означает, что с увеличением глубины в некоторых местах по вертикали плотность воды в море не возрастает, а уменьшается. Следовательно, здесь имеются слои воды с отрицательным градиентом плотности. Равновесие подобных слоев в морю неустойчиво. С этим явлением автор сообщения и связывает образование странных волн с периодами около 1 с и более.

Неизвестно, правда, чем объяснить появление еще более короткопериодных внутренних волн.

Неизвестное перед глазами. На это неизвестное долго не обращали внимания. Попросту не замечали, что было связано с недостаточно совершенной техникой и методами измерения. Новые измерительные приборы, как правило, позволяют получить и новые результаты. Иногда новые результаты дают давно известные приборы, примененные по новой методике. Речь идет о тонкой микроструктуре в полях температуры, солености и плотности самого верхнего слоя воды в океане (в первом десятке метров, считая от поверхности вглубь).

Начнем с температуры. Как измеряли температуру воды в этом слое? Главным источником информации долгое время служили данные стандартных гидрологических серий. Так называется способ измерения температуры воды с помощью опрокидывающихся термометров. Термометры в особой оправе прикрепляются к тонкому стальному тросу и опускаются в воду с помощью судовой лебедки. По достижении заданной глубины лебедка останавливается. Производится выдержка в течение 5 мин, после которой с палубы судна по тросу посылается маленький грузик. Он так и называется — посыльный. Грузик падает вдоль троса, достигает оправы первого термометра и ударяет по спусковому рычажку.

В результате удара грузика оправа с термометром переворачивается на 180°. Термометр опрокидывается «вверх ногами». Ртутный столбик в нем обрывается. Ртуть переливается в другой резервуар на противоположном конце термометра. Количество перелившейся ртути соответствует температуре воды в точке измерения. Так фиксируется температура воды на той глубине, где находился термометр.

Опрокидывание — своеобразный способ сохранения информации, придуманный в то время, когда не было современных способов регистрации.

Несколько опрокидывающихся термометров, привязанных к одному тросу, составляют гидрологическую серию приборов. Чтобы зафиксировать показания второго термометра, его тоже необходимо опрокинуть. Эту задачу выполняет второй посыльный грузик. Он отрывается от нижней части оправы первого термометра в момент его опрокидывания. Падая вдоль троса вниз, второй грузик достигает второго термометра и в свою очередь ударяет по спусковому рычажку. Снова оправа переворачивается вместе с термометром. После чего отрывается третий грузик и движется по тросу в глубину к третьему термометру.