Чтение онлайн

Изучение внутренних волн. Как определить, есть внутренние волны в океане или нет? Точно ответить на этот вопрос не так-то просто. О внутренних волнах известно еще очень мало, и любая получаемая из космоса информация о них имеет исключительную ценность. Чем больше у нас будет фактических данных, тем проще определить закономерности появления динамических эффектов в акваториях и их последствия. С помощью орбитальных аппаратов удается в короткие сроки осмотреть весь земной шар.

Спутник передает не только фотографии, но и сведения о температуре отдельных участков океана, направлении и скорости ветра у воды и другую информацию.

Существенную роль играет визуальный контроль с судов и самолетов. Внутренние волны образуют на поверхности океана слики. Так называются выглаженные области поверхности, отличающиеся по оптическим свойствам

от окружающей воды. Речь идет о полосах и пятнах на поверхности морей и океанов, резко отличающихся по своему виду от соседних участков. Причем дело не только в изменении оптических свойств, но также и в изменении механических характеристик поверхности. Сликовые пятна и полосы выглажены, т. е. на них приглушено волнение. Поэтому они хорошо выделяются на фоне окружающей их взволнованной поверхности воды. Факт связи появления сликов с внутренними волнами в основном установлен. Однако слики могут образовываться и под влиянием других факторов. Появление сликов может вызвать пленка нефти или иных поверхностно — активных веществ. Слики получаются при образовании водоворотов и циркуляций Ленгмюра (особого вида поверхностных волн).

Еще один способ контроля — наблюдение за распределением пены и водорослей на поверхности воды. Они могут собираться на линиях конвергенции. Действие поверхностно — активных веществ вызывает гашение коротких поверхностных волн и образование сликов, что и затрудняет контроль.

Более надежен инструментальный способ контроля. Имеются измерительные приборы, позволяющие достаточно точно судить о присутствии внутренних волн в океане и определять их характеристики. Один из самых простых и надежных — антенна К. Д. Сабинина. Основная часть прибора — антенна, длинный кусок изолированного кабеля с грузом на нижнем конце. Верхний конец кабеля крепится к буйку, плавающему на поверхности, и соединяется с судном. Можно спускать антенны не с буя, а прямо с борта научно — исследовательского судна, подобные измерения производить и на ходу судна. В этом случае вместо простейших антенн необходимо использовать более сложные измерительные системы, называемые термокосами (несколько десятков преобразователей, т. е. датчиков температуры, укрепленных на общем кабеле через равные расстояния по вертикали). Таким образом, при регистрации на ходу несколько усложняется обработка получаемых записей. На судне находится обрабатывающая (ЭВМ) и регистрирующая аппаратура.

Информация о внутренних волнах получается путем регистрации колебаний электрического сопротивления. При прохождении внутренних волн электрическое сопротивление антенны или датчиков периодически изменяется благодаря колебаниям температуры. Под влиянием внутренних волн изотермы вместе с массами воды океана совершают колебания в вертикальной плоскости. Холодные и теплые слои океана периодически поднимаются вверх или опускаются вниз от своего обычного положения равновесия с частотой внутренних волн. Конечно, длина кабеля — антенны или термокосы по вертикали должна быть не меньше высоты внутренних волн в слое, где они регистрируются, да еще необходимая «притравка», чтобы достигнуть этого слоя.

Известны и другие приборы для измерения параметров внутренних волн. Доставить приборы в район измерений не всегда просто, но всегда дорого. Ведь для этого надо послать научно — исследовательское судно. И не всегда это можно сделать быстро. Самый современный и наиболее оперативный способ получения информации о внутренних волнах — исследование поверхности океана из космоса.

Наблюдение за внутренними волнами из космоса дает возможность быстро получить информацию о подводных штормах в разных районах Мирового океана. Это очень важно. Развитие подводного судоходства требует знания подводной погоды в океане. Предложены, например, подводные танкеры (значительно экономичнее обычных) для перевозки больших количеств нефтепродуктов. Высокие внутренние волны могут повредить их. При добыче подводных руд также, видимо, придется считаться с возможным воздействием мощных внутренних волн. Детальное изучение природы внутренних волн требует применения одновременно с космическими методами и корабельных средств.

О частоте внутренних волн. Одна из особенностей внутренних волн — низкая частота колебаний. Обычно она составляет малые доли герца. Поэтому удобнее говорить не о частоте их колебаний, а о длительности периода. В зависимости от условий он чаще всего изменяется в пределах от нескольких минут до многих часов. Например,

период колебаний самых больших внутренних волн в Гибралтарском проливе — более полусуток.

Частота внутренних волн в основном зависит от градиента плотности. Он может изменяться в широких пределах. Пропорционально квадратному корню из его значения изменяется и частота образующихся внутренних волн. Например, для внутренних волн с периодом 8 мин (т. е. 480 с), наблюдавшихся в районе гибели «Трешера», частота равна около 0,002 Гц при градиенте плотности, примерно равном 6,410– 4 г/см4.

Давно известны были и более короткие внутренние волны с периодом 5 и даже 2 мин. А сравнительно недавно было опубликовано сообщение об обнаружении внутренних волн с периодами около 1 с и даже короче — десятые доли секунды. Такие волны первоначально были зарегистрированы, как сообщается, на морских экспериментальных станциях Тихоокеанского океанологического института Дальневосточного научного центра Академии наук СССР в бухте Витязь и на острове Попова в Японском море. Они были обнаружены летом 1982 г. в Средиземном море во время первого рейса научно — исследовательского судна «Академик А. Несмеянов».

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/см4, 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).