Николай Вершинский: Загадки океана

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.

В 1977 г. был создан всплывающий зонд, который помог провести детальные измерения микроструктуры тонкого приповерхностного слоя Атлантического океана. Применение нового метода позволило обнаружить и исследовать неизвестное ранее явление аномального прогрева тонкого слоя океана вблизи поверхности.

Многократными измерениями было установлено, что при скоростях ветра над океаном, не превышающих примерно 5 м/с в течение дневных часов, происходит рост температуры воды в поверхностном слое толщиной в несколько десятков сантиметров примерно на 1–2 °C. Увеличение температуры этого тонкого слоя происходит не одинаково по всей толщине, а распределяется скачками по еще более тонким слоям — порядка нескольких миллиметров.

Перепад температуры по вертикали, т. е. градиент, часто достигает 0,03—0,04 °C на миллиметр. В пересчете на 1 м градиент температуры составит 30–40 °C/м. Это очень большие цифры. Раньше такие данные получали только при измерениях в Красном море в глубоководных впадинах на дне, заполненных горячим рассолом.

Явление аномального прогрева тонкого поверхностного слоя океана вызвано поглощением лучей Солнца и резким ослаблением турбулентного перемешивания при слабом ветре (примерно до 5 м/с). При большей скорости ветра перемешивание усиливается и аномальный прогрев постепенно исчезает. Такая картина наблюдалась во всех обследованных районах Атлантического океана в пределах от экватора до 59° с. ш. Явление это изучалось во многих экспедициях, в том числе международных. С помощью измерений с искусственного спутника Земли было показано широкое распространение явления аномального прогрева тонкого поверхностного слоя в Ат лантическом океане и его связь с зонами слабых ветров.