Покушение на турбулентность

Вначале нужно договориться о терминах… Латинское слово «turbulentus» означает «бурный, беспорядочный». А образованный от него термин «турбулентный» толковые словари объясняют как «вихревой, отличающийся стремительным, неупорядоченным движением частиц». Давным-давно было замечено, что течение жидкости может быть либо ламинарным, то есть слоистым, либо турбулентным — беспорядочным.

В конце XIX века английский физик и инженер Осборн Рейнольде провел серию лабораторных опытов. Он наблюдал, как течет вода в длинной прозрачной трубе. При малых скоростях каждая частица жидкости двигалась по прямолинейной траектории и с постоянной скоростью. Однако из-за внутреннего трения струи жидкости, расположенные ближе к стенкам, текли медленнее, чем те, что были удалены от стенок. Течение было ламинарным: жидкость как бы разделялась на отдельные слои. Окрашенная жидкость, которую Рейнольде вводил в трубу, двигалась в ней резко очерченной струйкой.

Но стоило увеличить напор воды в трубе, скорость течения, как картина резко менялась. Струя краски внезапно расплывалась, образуя вихри, и равномерно окрашивала всю жидкость. Расчеты показывали, что коэффициент перемешивания при этом внезапно и резко возрастал…

В океане перемешивание играет очень важную роль. Ведь Солнце фактически единственный источник энергии для всех процессов, происходящих в толще океанской воды. Тепло с поверхности должно быть каким-то образом перенесено в глубинные слои. Но каким?

Все знают со школьных лет, что теплопроводность жидкости невелика. Передача тепла от молекулы к молекуле — процесс медленный. Если мы изменим температуру воды на поверхности на один градус, то через сутки на глубине один метр она станет иной только на одну сотую градуса. Нет, такой процесс не может быть единственным механизмом перемешивания. В океане тепло распространяется примерно в тысячу раз быстрее — перемешивание происходит так же энергично, как при возникновении турбулентности.

Но за счет чего возникает турбулентность? Может быть, волны перемешивают океан? Казалось бы, это не вызывает сомнения — достаточно посмотреть на клокочущий прибой, с ревом накатывающийся на берег. Но давайте проведем опыт.

Попробуйте бросить поплавок подальше от берега. Одна за другой «бегут» мимо поплавка волны, но сам он только качается вверх-вниз, оставаясь на месте.

Дело в том, что каждая частица воды в идеальной волне движется по эллипсу, ее траектория замкнута. Перемещается — бежит — только сама волна. Можно сказать, что в волновое движение включаются все новые частицы.

В глубинных слоях волнение затухает — эллипсы становятся все меньше. Каждая частица по-прежнему колеблется около своего положения равновесия, но размах этих колебаний постепенно уменьшается.

Конечно, океанологи знают об этом уже давно. Знают, но словно бы закрывают на это глаза, когда говорят о «волновом перемешивании». Хотя понятно, что если траектория каждой частицы в волне замкнутая, то никакого перемешивания быть не может. Правда, при сильных ветрах, когда друг на друга накладываются системы разнонаправленных волн, когда гребни волн обрушиваются, вода начинает перемешиваться. Но сила ветра для этого должна быть не меньше 5 баллов — в общем-то не такой уж частый случай.

Осознавая, что все не так просто, океанологи часто употребляют термин «ветровое перемешивание». Действительно, роль ветра не вызывает сомнения. Но термин «ветровое» дает представление только о движущей силе, никак не объясняя сам механизм процесса.

Только за последнее время ученые сумели кое-что понять. В одной из работ американские океанологи подводят итоги исследований следующим образом: «Эксперименты обнаруживают три различных механизма перемешивания в океане: термохалинную конвекцию, экмановский поток, ленгмюровскую циркуляцию».

«Термохалинная конвекция», «экмановский поток», «ленгмюровская циркуляция»… Что стоит за этими непонятными читателю терминами? За ними — революция в океанологии, революция, которую еще не все океанологи успели заметить!..

Солнечные лучи входят в толщу воды через поверхность океана. Здесь они поглощаются, преобразуясь в тепло. Это поглощение происходит по-разному в разных диапазонах волн солнечного света. Например, красная часть спектра поглощается приблизительно в тысячу раз быстрее, чем голубая, а инфракрасная — даже в миллион раз. Кстати сказать, этим, в общем-то, и определяется цвет моря.

Если просуммировать этот процесс в целом, то окажется, что слой воды толщиной в один сантиметр поглощает около двадцати процентов, а десятисантиметровый — уже половину приходящей радиации. Таким образом, около половины солнечной энергии аккумулируется в тонком поверхностном слое. Но ведь в этом случае сама поверхность должна сильно нагреваться? Оказывается — нет. Более того, на поверхности почти всегда есть тонкая холодная пленка (скин-слой), температура которой ниже температуры подстилающей воды. Почему?

Прежде чем ответить на заданный вопрос, вспомним об одной забытой статье выдающегося океанолога, профессора, контр-адмирала Николая Николаевича Зубова. Точнее, это не статья, а заметка, опубликованная в № 10—12 «Метеорологического вестника» за 1934 год. Называется она «Замечательный случай образования льда».

На якорной стоянке у берегов Шпицбергена Н. Н. Зубов наблюдал, как за одну ночь на поверхности моря образовался слой льда толщиной до 7 миллиметров. А замечателен этот случай тем, что температура воды на глубине в полметра — океанологи обычно считают ее «поверхностной» — была плюс 4,9 градуса!

Понятно, что лед может образоваться только тогда, когда температура воды понизится до точки замерзания (для морской воды около —1,9°). Но как это могло случиться, если и температура воздуха не опускалась ниже плюс 2.6 градуса? Парадокс? Вовсе нет.

Даже в жаркий летний день, когда светит Солнце, океан не только нагревается, но одновременно и охлаждается. Он постоянно отдает тепло в атмосферу в результате собственного излучения, в результате испарения и контактного теплообмена с атмосферой. Иногда поступление тепла превышает потери — это бывает летом и днем. Иногда, наоборот, потери тепла превышают поступление — это бывает зимой и ночью. В целом же по океану они приблизительно равны — иначе океан год за годом должен был бы нагреваться или охлаждаться. Мы для простоты будем рассматривать именно этот случай: потери тепла равны поступлению.

Однако даже при равенстве потоков на самой поверхности возникает дефицит тепла. Дело в том, что потери энергии за счет собственного излучения происходят в слое миллиметровой или даже микронной толщины. Механизм испарения связан с вылетом наиболее быстрых (можно сказать, самых теплых) молекул воды. Толщина слоя, непосредственно отдающего тепло, не превышает в силу этого длины свободного пробега молекулы воды. Механизм контактного теплообмена подобен механизму испарения.

Получается, что слой воды толщиной в один сантиметр поглощает двадцать процентов приходящего тепла, а отдает все сто (вспомним, что общий приход и расход тепла сбалансирован). Благодаря этому на поверхности океана и возникает холодная пленка. Все эти рассуждения теперь уже подкреплены прямыми наблюдениями в море. Огромную работу провели сотрудники физического факультета МГУ Г. Г. Хунджуа, В. С. Лаворко и Е. Г. Андреев. Попробуйте-ка измерить температуру в слое толщиной один миллиметр, когда высота волны достигает двух метров. Группа Г. Г. Хунджуа провела более тысячи таких измерений. И теперь мы можем достаточно обоснованно говорить о характеристиках холодной пленки.

Выяснилось, что толщина скин-слоя колеблется от одного до трех миллиметров. Температура его обычно на 0,4—2 градуса ниже температуры подстилающей воды. Но в отдельных случаях перепад температур может достигать 5—6 и более градусов. Наблюдения показывают, что холодная пленка не пропадает и при значительных ветрах. При этом, когда волна обрушивается, пленка исчезает, но за несколько секунд до прихода следующей волны успевает восстановиться.

Нужно также отметить, что поскольку испарение играет не последнюю роль в возникновении холодной пленки, то ее соленость обычно чуть выше солености подстилающей воды.

Но самое важное — оказалось, что обман в пленке и на границе океан — атмосфера определяется молекулярными процессами.

Как раз незнание этого, последнего обстоятельства и вызывало у большинства океанологов на протяжении полувека недоверие к факту существования холодной пленки. А ведь Альберт Мерц впервые писал о ней еще в 1920 году. Затем холодную пленку наблюдали неоднократно, но океанологи на протяжении полувека «не замечали» этих данных.

Конечно, отчасти это объясняется тем, что не было приборов для измерения температуры в миллиметровом слое. Но консервативность мышления играла не последнюю роль.

Во всем мире температуру поверхности измеряли на самом деле на глубине полуметра — метра. Это никого не смущало — считалось, что поскольку волнение перемешивает весь этот слой, то температура самой поверхности и температура на некоторой глубине совпадают.

На самом деле о существовании холодной пленки можно было догадаться, внимательно наблюдая природу. Ведь тысячи гидрометеостанций во всем мире должны были почти ежегодно фиксировать начало ледообразования еще до того, как температура воды «на поверхности» достигнет точки замерзания. Но ничего такого не замечали, а вернее, считали, что «этого не может быть потому, что не может быть никогда». Нужна была научная смелость профессора Н. Н Зубова, чтобы, зафиксировав явление, не убояться сообщить о нем.

Грустный пример того, как много вреда науке может принести инерция мышления. Теперь, когда споры о существовании холодной пленки уже поутихли, океанологам труднее всего, пожалуй, «привыкнуть» к представлениям о молекулярном характере обмена на границе океан — атмосфера, хотя эти представления открывают весьма, на мой взгляд, радужные перспективы.

Не будем, впрочем, отвлекаться от нашей основной темы. Попробуем разобраться, как перемешивается вода в поверхностном слое океана.

Первый механизм, упоминаемый в американской статье, — термохалинная конвекция. В научной литературе иногда употребляются термины «микроконвекция», «микроконвективные движения» — эти названия мы и будем в дальнейшем использовать.
Своим возникновением микроконвекция целиком обязана скин-слою. Отдельными пятнами холодная и более соленая вода пленки лежит на более теплой и менее соленой. Поэтому тонкий поверхностный слой не бывает устойчивым. До времени поверхностное натяжение удерживает пленку у поверхности. Но выхолаживание продолжается, и «пятно пленки» постепенно «стягивается» тем же поверхностным натяжением в «каплю».

Достигнув некоторого критического объема, «капля» отрывается от поверхности и опускается вниз, постепенно рассеиваясь. Вы наверняка видели, как конденсируется водяной пар на потолке теплого и влажного помещения. Постепенно пар собирается в каплю, объем его увеличивается, сама капля постепенно вытягивается и наконец, отрывается от потолка. В океане происходит нечто подобное.

Наблюдать микроконвекцию в море можно только при штиле. Лабораторные опыты показывают, что иногда холодная вода опускается не отдельными каплями, а вдоль линий — так называемых полос схождения.

В общем-то микроконвекция проникает только на глубину до полуметра. Но при штиле это единственный способ обмена поверхности с толщей воды.

Как только появляется ветер, в океане возникает ветровое течение — экмановский поток. Здесь мы должны сделать небольшое историческое отступление.

Вальфрид Экман, тогда еще студент, пришел в океанологию случайно, «по приглашению». Фритьоф Нансен после своего знаменитого плавания на «Фраме» предложил ему создать теорию ветровых течений. Собственно говоря, теория уже существовала, но она явно не выдерживала проверки. Немецкий ученый Цёппритц, создатель теории, предполагал, что на частицы воды не действуют никакие силы, кроме силы трения, и что теплообмен в океане определяется молекулярными процессами. Энергия передается от молекулы к молекуле. Впрочем, второй постулат никто не оспаривал, ведь теория турбулентности в самом зачатке появилась только десяток лет спустя. А вот неучет влияния отклоняющей силы вращения Земли — силы Кориолиса вызывал возражения.

Нансен, наблюдая дрейф льдов в Северном Ледовитом океане, заметил, что направление дрейфа всегда отклоняется вправо от направления ветра.

«Это отклонение вправо,— писал Нансен, — очевидно, вызвано отклоняющей силой вращения Земли. Странно, что очень мало авторов достаточно осознали факт, что поверхностное течение, созданное ветром, не может следовать в направлении ветра, но должно отклоняться вправо. Вследствие этого они, говоря о действии ветра на поверхность моря, приходили к неверным результатам. Еще меньше обращалось внимание на то обстоятельство, что поверхностное течение, созданное ветром, не может увлекать лежащую ниже воду в своем собственном направлении, но вода будет стремиться отклониться вправо и, таким образом, угол отклонения слоев воды будет увеличиваться с глубиной».

Согласно теории Экмана, угол отклонения течения на поверхности от направления ветра должен составлять 45°. В нижележащих горизонтах течение постепенно поворачивает вправо (спираль Экмана), скорость его уменьшается, и на некоторой глубине оно развернувшись в противоположную сторону, становится исчезающе малым. Теплообмен в таком потоке постоянен и определяется молекулярными силами.

Однако по всем данным течение должно было затухать уже на глубине в полметра. Нансен счел это абсурдным и, поскольку в то время появились первые работы Рейнольдса по турбулентности, предположил, что величина теплообмена в тысячи раз больше — обмен турбулентный.

Нельзя сказать, что теория Экмана — Нансена была встречена всеобщими аплодисментами. Очень уж много было в ней противоречий. В особенности вызывал возражения постоянный угол в 45°, под которым положено было отклоняться потоку. Наблюдения показывали, что этот угол мог меняться от 0 до 60 градусов.

И, тем не менее, теория эта считалась общепризнанной. Спираль Экмана вошла во все учебники по океанологии: «Если природа не укладывается в рамки теории — тем хуже для природы».

После первых катастроф супертанкеров проблема ветровых течений перестала быть чисто академической. Когда «Торри Каньон» выплеснул в океан 120 тысяч тонн нефти, потребовалось четко ответить на вопрос: куда и с какой скоростью понесет ветер огромное пятно загрязнения. Нефть, вопреки теории, дрейфовала по направлению ветра. Но и этот удар спираль Экмана выдержала.

Были попытки «улучшить Экмана», но безуспешные. «Если уравнения решены верно, — писал еще в сороковых годах Н. Н. Зубов,- а выводы, получившиеся при этом, маловероятны, то это доказывает, что при составлении уравнений что-нибудь упущено. Именно на эту сторону вопроса, а не на уточнение и дополнение уравнений Экмана, следовало бы обратить внимание». Этим упущенным была холодная пленка…

Трудно преодолеть инерцию сложившихся представлений. Мы знаем теперь, что в холодной пленке теплообмен идет на молекулярном уровне. Но в нижележащих слоях он увеличивается в сотни и тысячи раз. Не остается постоянным по глубине, как думали Цёппритц и Экман, не уменьшается, как предполагали, а увеличивается с глубиной! Как показывают наблюдения, коэффициент перемешивания может увеличиваться в десять раз на каждые 15 сантиметров глубины в поверхностном слое. Еще важнее то обстоятельство, что обмен на границе океан — атмосфера молекулярный. Это означает, что на поверхности воздух и вода как бы прилипают друг к другу и движутся вместе, в одном направлении.

Расчеты показывают, что скорость течения на самой поверхности направлена по ветру и составляет, по-видимому, около 0,035—0,060 скорости ветра. Но уже на глубине 2 сантиметра вектор течения повернут на 20°, на глубине 25 сантиметров — на 45°, на глубине 2 метра — на 60°. Одновременно скорость течения уменьшается.

Тогда становится понятным, почему при проверке теории Экмана угол отклонения течения от направления ветра колебался в диапазоне от 0 до 60°. Все зависит от глубины, на которой установлен измеритель течений. А за точной глубиной его установки никто в общем-то не следил.

Экмановский поток — более энергичная океанская «мешалка», чем микроконвекция, он захватывает слой значительно большей толщины. Но главным орудием перемешивания оказываются все же вихри Ленгмюра.

«Естествоиспытатель» — почти забытое теперь слово. Мы понемногу разучаемся удивляться, привыкаем доверять компьютерам, полагая, что стоит только просчитать достаточно много вариантов, как все тонкости того или иного явления будут поняты и объяснены. Горькое заблуждение! И иллюстрацией тому может служить история открытия и изучения вихрей Ленгмюра.

Ирвинг Ленгмюр не был океанологом. Он был физико-химиком. Но он был естествоиспытателем и не потерял способность удивляться.

В августе 1927 года Ленгмюр плыл на океанском лайнере из США в Англию. Его поразило, что скопления водорослей вытянуты по ветру полосами. Многие, конечно, наблюдали это явление и до и после Ленгмюра, но только он задал вопрос «почему?» и попытался найти на него ответ.

В свободное время (ведь это было хобби!) пятидесятилетний Ленгмюр провел серию экспериментов на озере Джордж близ Бостона. Опыты были чрезвычайно простыми — Ленгмюр бросал в воду листья, поплавки, иногда подкрашивал воду, измерял температуру на различных глубинах. Результаты тех, первых наблюдений были опубликованы в научно-популярном журнале в 1938 году.

Оказалось, что в воде может возникать система чередующихся лево- и правосторонних спиралеобразных вихрей. При скоростях ветра более шести метров в секунду они образуются почти всегда.

Траектории частиц в вихрях Ленгмюра — горизонтальный штопор. Вода движется по направлению ветра, одновременно вращаясь в вертикальной плоскости, то опускаясь в зонах схождения лево- и правосторонних вихрей, то поднимаясь к поверхности в зонах расхождения.

На поверхности полосы схождения хорошо заметны, поскольку в них скапливается пена и плавающий мусор. Поплавки, беспорядочно разбросанные между полосами, через некоторое время вытягиваются в линию. Обычно при ветре поверхность океана покрыта рябью — капиллярными волнами. Но внутри полос ряби нет, здесь, говоря языком океанологов, состояние поверхности моря ноль баллов.

Расстояние между полосами, по-видимому, зависит от скорости ветра. Оно тем больше, чем сильнее ветер, и может достигать в океане многих десятков и даже сотен метров. Между главными полосами возникают вторичные, и, видимо, следует говорить не о вихрях, а о системе вихрей Ленгмюра. Глубина их проникновения приблизительно равна расстоянию между полосами.

Океанологи считали, что вертикальные скорости в океане очень малы по сравнению с горизонтальными. Открытие вихрей Ленгмюра опровергло эту точку зрения. Оказалось, что в полосах схождения вода погружается с огромной скоростью: от двух до десяти сантиметров в секунду. Нисходящее движение, видимо, усиливается при усилении ветра. А между полосами более медленно поднимаются к поверхности глубинные воды.

Вихри Ленгмюра играют определяющую роль в перемешивании деятельного слоя. При их возникновении циркуляция захватывает глубинные слои, турбулентность возрастает в тысячи (если не миллионы) раз.

Впрочем, употребляемый мною термин «турбулентность» в данном случае, видимо, только дань традиции. Турбулентность — процесс случайный, вихри Ленгмюра — процесс закономерный.

Мы предполагали раньше, что в деятельном слое постоянно действует некий турбулентный обмен, определяемый приблизительно постоянными коэффициентами. На самом деле никакого среднего, постоянного коэффициента физически просто не существует. Это — фикция.

Теперь мы знаем, что перемешивают верхние слои океана главным образом вихри Ленгмюра, возникающие время от времени, и сопутствующее им упорядоченное вертикальное движение воды.

К сожалению, осознав роль вихрей Ленгмюра, мы не до конца понимаем причины их возникновения. Отчасти потому, что нам не хватает наблюдений.

Один пример. Американский ученый А. Вудкок, наблюдая дрейф поплавков, установил, что ширина правостороннего вихря в полтора раза больше левостороннего. Почти две трети поплавков, разбросанных между полосами схождения, плыли в его опытах направо. Вудкок утверждал, что медузы физалии «знают» о несимметричности вихрей и биологически приспособились к этому.

Надо сказать, что физалии (как и другой вид медуз — велелла) имеют особый орган — пластинчатый выступ тела, находящийся под водой, что-то вроде паруса. Благодаря этому выступу физалии и велеллы могут дрейфовать под некоторым углом к направлению ветра. Притом у некоторых особей «парус» развернут таким образом, что медуза дрейфует вправо от направления ветра. У других — в обратную сторону.

Вудкок показал, что если правосторонний вихрь действительно в полтора раза шире левостороннего, то для физалий в северном полушарии целесообразнее дрейфовать влево от направления ветра, а в южном, наоборот, вправо. В этом случае медуза большую часть времени проводила бы между полосами — там, где к поверхности поднимаются богатые питательными веществами подповерхностные воды.

Вудкок проводил эксперименты в Северной Атлантике. Он наловил физалий — 421 штуку, и у 412 из них парус был действительно развернут для дрейфа влево от направления ветра. А 19 из 22 медуз, доставленных Вудкоку из южного полушария, были «правосторонними».

Казалось, «биологический» довод Вудкока — решающий, и можно утверждать, что ленгмюровские вихри несимметричны.

Однако наблюдения А. И. Савплова полностью опровергли мнение американского океанолога. «Правосторонние» и «левосторонние» медузы действительно предпочитают различные районы океана. Однако и в северном и в южном полушариях можно найти места с преобладанием того или иного типа медуз.

Вопрос о симметричности вихрей Ленгмюра остается до сих пор открытым — из-за нехватки данных, — хотя его решение помогло бы разобраться и в причинах возникновения вихрей.

В настоящее время есть около двух десятков противоречивых теорий. Возникновение вихрей Ленгмюра объясняют и атмосферными вихрями (которые, впрочем, не обнаружены), и наложением двух разнонаправленных систем волн, и уменьшением шероховатости в полосах схождения (помните — состояние поверхности ноль баллов), а точнее — усилением ветра над полосами.

Не хватает фактов. Большинство исследователей утверждает, что полосы схождения всегда вытянуты по ветру и очень быстро переориентируются, если ветер меняется. Но другие считают, что полосы отклоняются от направления ветра.

«Мелочь», — скажете вы. Но такие «мелочи» и позволяют постепенно разобраться в механизме явления. А пока растерянность ученых так велика, что некоторые из них выдвигают по две взаимоисключающих теории.

Можно было бы ограничиться признанием, что океанологи не все еще понимают в этом новом для них явлении. Можно было бы сказать, что все гипотезы имеют право на существование и что окончательная теория должна синтетически объединить все гипотезы. Можно было бы… Но мне все-таки хочется высказать определенную точку зрения.

Можно думать, что природа циркуляций Ленгмюра конвективно-дрейфовая. Здесь играет роль все та же холодная верхняя пленка. Собственно говоря, зависимость различных характерных свойств вихрей от скорости ветра давно и достаточно убедительно доказана, мы уже говорили об этом. Американский ученый А. Фаллер считает — он это показал в лабораторных опытах,— что с увеличением скорости ветровых течений на поверхности экмановский поток может превратиться в систему спиралеобразных вихрей с горизонтальной осью, вполне аналогичных вихрям Ленгмюра.

Но все же только воздействием ветра нельзя объяснить все наблюдающиеся факты. Видимо, важную роль играет и неустойчивость в тонком поверхностном слое, связанная с холодной пленкой.

Во-первых, создается впечатление, что энергии ветра просто недостаточно для того, чтобы перемешать слой толщиной в несколько десятков метров.

Во-вторых, даже при сильных ветрах — до десяти и более метров в секунду — вихри Ленгмюра возникают не всегда. Здесь мне хочется сослаться на собственные наблюдения.

Однажды я целый день провел на берегу Карского моря в полном недоумении. Дул сильный ветер — около 15 метров в секунду, но вихри Ленгмюра отсутствовали. День был хмурый — низкая облачность, клочья тумана. Все, казалось, было пропитано влагой, непрерывно моросил мелкий дождь. Температура и воды, и воздуха весь день держалась около двух с половиной градусов. К вечеру небо минут на двадцать неожиданно расчистилось, морось прекратилась. И почти сразу же на поверхности моря появились долгожданные полосы схождения. Затем небо затянулось, полосы исчезли…

Удивившее меня отсутствие вихрей в Карском море объясняется, наверное, спецификой метеоусловий. Небольшая разница в температуре воды и воздуха, а также высокая влажность уменьшили до предела испарение и отдачу тепла из океана в атмосферу. Низкая температура воды и сплошная облачность уменьшили величину эффективного излучения. Общая теплоотдача океана была предельно мала, образование холодной пленки было затруднено. И вихри Ленгмюра не возникали.

Недавно В. Рянжин показал, что появление вихрей Ленгмюра можно в большинстве случаев предсказать, зная три величины: скорость ветра, температуру воды на поверхности и упругость водяного пара в воздухе. Но и это только нащупывание истины. Понять до конца причины возникновения ленгмюровских циркуляций совершенно необходимо. Но сам механизм перемешивания в деятельном слое океана нам в целом уже теперь ясен. Не беспорядочная турбулентность, а упорядоченные конвективно-дрейфовые процессы играют здесь главную роль.

К сожалению, о том, как происходит перемешивание в глубинных слоях, мы знаем очень мало. Раньше считалось, что здесь тоже «царит» турбулентность. В те совсем недалекие времена мы измеряли температуру и соленость воды только на отдельных горизонтах. И, соединяя точки — значения температуры на глубине 100 метров, 200, 300, 1000, 2000… — получали кривые вертикального распределения температуры.

Помню, как меня, студента, учили:
— Нельзя соединять точки ломаной. Ты должен начертить плавную кривую. В глубинах нет и не может быть скачков…

Но скачки существуют! Мы увидели их, когда появились зонды, которые дали нам непрерывную кривую от дна до поверхности.

Оказалось, что океан больше всего напоминает торт «наполеон». Он состоит из множества отдельных почти однородных слоев толщиной от нескольких сантиметров до дециметров и десятков метров. Слои разделены «кремом» — тонкими прослойками, в которых температура, соленость и другие показатели резко, скачкообразно изменяются.

При такой переслоенности турбулентность может возникать (если возникает?) только внутри отдельных однородных слоев. Но в целом тепло переносится какими-то другими механизмами. Какими? Пока мы можем только строить догадки.

Так или иначе, ломка устоявшихся представлений в океанологии уже свершилась.

Автор: А. Шумилов.