Андрей Монин - Черные приливы

Атмосфера воздействует на океан главным образом динамически. Это воздействие характеризуется потоком количества движения, передаваемого поверхности океана дующим над ней ветром. Как показали лабораторные опыты, результаты которых приводит академик В. Шулейкин в монографии «Физика моря», наличие нефтяной пленки на спокойной поверхности воды практически не влияет на передачу количества движения (импульса) от ветра к воде. Однако это вовсе не означает, что нефтяная пленка не оказывает влияния на обмен импульсом между атмосферой и океаном. Суть в том, что поверхность океана весьма редко бывает спокойной. Если же она взволнована, то нефтяная пленка ее «выглаживает».

На «молекулярном» уровне такое явление выглядит следующим образом. При действии ветра на водную поверхность, на которой плавает нефть, молекулы нефти в толще пленки приходят в колебательное движение, перемещаясь вверх и вниз. Указанные молекулы очень громоздки и обладают сложным пространственным строением, что ведет к появлению в пленке внутреннего трения, благодаря которому и происходит поглощение энергии волн. Количество энергии, которое отнимает нефтяная пленка, меняется обратно пропорционально квадрату периода волн. Поэтому основные волны нефтяными пленками не гасятся, нефть поглощает энергию только вторичных, третичных и других волн, образующихся на поверхности основных, то есть «выглаживает» мелкие волны, тем самым изменяя аэродинамические свойства поверхности океана. В результате передача импульса от ветра к воде уменьшается. Приведем приближенные расчеты В. Шулейкина, показывающие соотношение энергии волн и поглощающего эффекта пленки: при ветре 15 метров в секунду энергия волн возрастает приблизительно на 50 эрг в секунду на 1 квадратном сантиметре поверхности моря; между тем нефтяная пленка поглощает не менее 480 эрг в секунду на ту же единицу поверхности моря при периоде волн 0,5 секунды.

Следует отметить также еще один момент влияния нефтяной пленки на обмен импульсом между океаном и атмосферой. Передаваемое от ветра к воде количество движения «усваивается» океаном двояким образом: часть его идет на возбуждение в верхнем слое океана течения, которое называют дрейфовым, другая часть передается ветровым волнам. Если же на поверхности моря разлить пленку, то мелкие волны «выгладятся», однако согласно одному из фундаментальных законов физики присущее им количество движения исчезнуть не может. Оно передастся дрейфовому течению: скорость поверхностного дрейфа воды возрастет. Таким образом, наличие нефтяной пленки на поверхности океана, помимо ослабления обмена импульсом между атмосферой и океаном, приводит также к перераспределению передаваемого от ветра к воде количества движения между дрейфовым течением и волнами.

Хочется подчеркнуть, что нефтяная пленка сдерживает такой процесс, как обрушивание волн, то есть предотвращает брызгообразование, с которым связано попадание в атмосферу морской соли. Поэтическое определение «соленый ветер», когда говорят о ветре, дующем со стороны моря, является достаточно точным. Представим себе бесконечные просторы океана, покрытые белоснежной пеной. При ближайшем рассмотрении можно увидеть, что пена состоит из огромного числа пузырьков. Пузырьки постоянно лопаются, разбрызгивая морскую соль. Допустим, что в любой момент времени акватория Мирового океана хотя бы на 3–4 процента покрыта пузырьками и что в каждую секунду лопается 10 18пузырьков. В этом случае окажется, что в атмосферу ежегодно выбрасывается значительно более миллиарда тонн соли. Частицы соли вездесущи. Еще в прошлом столетии было экспериментально установлено, что морская соль, пусть в ничтожных концентрациях, присутствует в каплях дождя, выпадающих не только в приморских, но и в континентальных странах.

Но океан является источником насыщения атмосферы не только морской солью, но и другими веществами, например органическими. Мельчайший органический материал покрывает тонким жирным слоем ветровое стекло автомашины, стоящей на берегу моря. Во время же так называемых «красных приливов» у жителей прибрежных районов появляется болезненный кашель и постоянно воспаляются глаза, поскольку в воздухе носятся токсичные вещества, содержащиеся в микроскопических планктонных водорослях динофлагеллятах, огромное скопление которых и есть «красный прилив».

Итак, нефтяная пленка препятствует и солеобмену, и выносу в атмосферу органических и многих других веществ, содержащихся в морской воде.