Читаем Загадки океана полностью

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.

Обнаружение аномального прогрева тонкого приповерхностного слоя океана позволило объяснить некоторые экспериментальные данные. Например, «горизонтальные неоднородности штилевой погоды», т. е. беспорядочные скачки температуры, наблюдающиеся при буксировке датчика температуры за судном, возникают из‑за того, что датчик идет на разных глубинах. Датчик как бы «прыгает». То он идет почти по поверхности, на небольшой глубине, где вода теплая, то чуть глубже, где вода холодная. Скачки в 1–2 °C соответствуют разности в температуре между поверхностным слоем воды толщиной в пределах 1–2 м и нижележащими слоями воды, обычно более холодными.

Практическое значение открытия аномально высокого прогрева поверхностного слоя океана заключается в том, что оно позволяет уточнить взаимодействие между океаном и атмосферой. Взаимодействие характеризуется потоками тепла, влаги и механических импульсов.

Сильный нагрев поверхности океана вызывает повышенное испарение. Оно приводит к образованию облачности над данным районом океана. Облачность уменьшает солнечную радиацию и приводит к уменьшению нагрева поверхности океана. Возникает обратная связь между явлениями на поверхности океана и в атмосфере. Ученые обратили внимание на особое влияние аномального прогрева на ход этого процесса.

Явление аномального прогрева тонкого поверхностного слоя в океане оказывает существенное влияние на распространение оптических сигналов в приповерхностном слое. За счет эффекта просветления происходит снижение коэффициента ослабления.

Ослабление — за счет увеличения рассеяния и рефракции света на микронеоднородностях с высокими местными значениями градиентов. Наличие аномального прогрева также, видимо, необходимо учитывать при расчете распространения акустических сигналов вблизи поверхности океана.

Наличие высоких градиентов плотности в области аномального прогрева обеспечивает плейстону — многочисленным морским животным, обитающим в верхних метрах воды, близ поверхности, необходимые жизненные условия. Личинки и яйца плейстонных жителей пользуются комфортом, возникающим при наличии слоев с большими градиентами. Как подводные лодки могут лежать в слое «жидкого грунта» в сезонном термоклине, так и члены плейстонного сообщества, несомненно, пользуются высокими градиентами приповерхностных слоев.

Всплывающий зонд подходит к месту исследования, т. е. к поверхностному 10–метровому слою, вполне готовым к проведению измерений. С этой целью перед пуском он выдерживается некоторое время на глубине около 11–12 м, что позволяет избежать отрицательного влияния процессов переходного режима, к началу измерений они уже затухли.

При проведении измерений зонд подходит к исследуемому слою снизу. Вынесенные вверх датчики производят замеры в практически невозмущенной воде. Размеры датчиков малы. Например, датчик электропроводности позволяет исследовать структуру тонкого поверхностного слоя начиная с миллиметровых значений.

Зонд работает в режиме свободного всплытия. Поэтому на скорости его подъема не сказывается влияние качки судна. Скорость зонда быстро стабилизируется после его старта. Практически она становится постоянной уже после прохождения перво го метра вверх. Скорость всплытия зонда достаточно велика — до 2 м/с, чтобы меньше сказывалось влияние поверхностных волн.