Океан где течет гольфстрим

Течение Гольфстрим — характеристика, описание и направление

Кратко об истории

Люди знают о течении уже более 500 лет. Испанцы считают, что первым, кто сообщил миру об океаническом течении, был испанский исследователь Понсе де Леон, который обнаружил в 1513 году, что Гольфстрим ускорил его плавание из Мексики в Испанию.

Более известной миру стала официальная презентация открытия природного уникального явления в конце XVIII века, когда Бенджамин Франклин и Джеймс Пупардомтал в 1786 году впервые нанесли расположение Гольфстрима на географическую карту. Название появилось само собой, на русском языке оно означает «течение из залива».

В 1844 году было начато систематическое изучение океанического явления с помощью береговой и геодезической службы США. Более серьезные исследования стали проводить только в начале 1930- х годов учеными Океанографического института Вудс-Хоул в штате Массачусетс.

Сложность научного изучения Гольфстрима проявляется в связи с чрезвычайным хаотическим процессом перемещения водных слоев. Это не просто один поток движущейся воды, а сложная сеть течений, которые по ходу меняют курс, исчезают, а затем снова появляются, образуя вихри по своим границам.

Сегодня процесс изучения Гольфстрима стал более эффективным, поскольку на помощь человеку пришли орбитальные космические спутники, которые с высокой точностью помогли сделать описание траектории движения Гольфстрима. В этом исследователям помогли датчики, способные обнаруживать самые незначительные колебания температуры и фиксировать смену цветовой окраски, что позволило отслеживать многие изменения в толще течения.

Полученная информация помогла ученым увидеть полную картину того, что будет проходить в океане и вокруг него. Изменение температуры движения даже на один градус влияет на поведение рыб, вызывает обесцвечивание кораллов и изменение погоды вдоль побережья.

Причины возникновения океанического течения

Океан постоянно находится в движении, перемещая воду с помощью внутренних течений. Гольфстрим является самой большой системой его круговых течений, образующих мощные воздушные потоки, называемые океаническим круговоротом. На Земле есть пять таких источников.

Гольфстрим является частью североатлантического субтропического круговорота. Он переносит теплую воду из Мексиканского залива практически до Норвежского моря. Когда поступает теплая вода, холодная, более плотная, опускается и начинает двигаться на юг по дну океана практически до Антарктиды. Экваториальные источники Гольфстрима:

1. Северное экваториальное течение (NEC), которое течет на запад вдоль тропика Рака.
2. Южное экваториальное течение (SEC), текущее на запад от Юго-Западной Африки в Южную Америку, а затем на север к Карибскому морю.

Теплые течения вместе с водами Мексиканского залива образуют Гольфстрим, имеющий огромное влияние на климат планеты. Этот процесс легко объяснить. Количество тепловой энергии, переносимой движущейся водой, пропорционально ее плотности. Учитывая, что вода в 1 тыс. раз плотнее воздуха, она несет во столько же раз больше тепла, чем тот же объем воздуха.

Перепады температур между морем и нижним слоем атмосферы являются одной из основных причин высоких или низких давлений, которые определяют климат.

Глобальный перенос тепла через океан

Земля получает больше тепла от Солнца на экваторе, чем на полюсах. Этот дисбаланс компенсируется теплом, непрерывно переносимым в более высокие широты посредством глобального круговорота тепла между океаном и атмосферой.

В Северной Атлантике Гольфстрим и горизонтальная циркуляция тепловых потоков и ветров играют ключевую роль в создании мягкого климата. В этом помогают постоянные западные ветры, переносящие тепло из океана в значительную часть континентальной Европы. Характеристики североатлантического субтропического круговорота:

1. Флоридский пролив. Гольфстрим движется с объемной скоростью 30 млн м³/с на глубине около 1,6 км, ширина течения составляет 80 км, средняя температура — 27 °C.
2. К северу от Северной Каролины объемная скорость потока достигает 80 млн м³/с, толща воды — до 1,2 км, ширина — до 150 км.
3. Поверхностные воды Гольфстрима имеют максимальную линейную скорость около 2 м/с на северной границе, а в целом составляют примерно 1,2 м/с.
4. Средняя зимняя температура поверхности Гольфстрима у Новой Англии на 11 °C выше, чем поверхностные воды на расстоянии 240 км к северо-западу.
5. Солёность — 36,3%.
6. Длина — 1610 км.

На мысе Хаттерас (Северная Каролина) холодный NEC встречает теплый SEC, что помогает образоваться самым большим и сильным штормам в мире. Подобное влияние Гольфстрим оказывает на климат полуострова Флорида. Его участок у побережья называют Флоридским течением, которое зимой поддерживает среднюю температуру воды не менее 24 °C.

География движения и рециркуляция вод

Гольфстрим берет свое начало в Мексиканском заливе, где собирает тепло, двигаясь через северную часть Атлантического океана в Норвежское море. Так он отдает большую часть тепла атмосфере. Теплый поток уравновешивается более холодным обратным течением в южном направлении в глубоких слоях Атлантического океана, а также рециркулирующим течением в южном направлении в восточной части бассейна. Краткую схему движения течения Гольфстрим на карте мира можно представить следующим образом:

• Мексиканский залив (происхождение);
• Флоридский пролив;
• восточное побережье Соединенных Штатов и Гранд Бэнкс;
• северо-восточное направление к Ньюфаундленду и Канаде;
• пересекает восточную часть Северной Атлантики.

У побережья Соединенных Штатов система Гольфстрим разделяет относительно теплые и соленые воды Саргассового моря в Средней Атлантике от холодных вод на западе и севере. За мысом Хаттерас Гольфстрим расширяется и уходит в более глубокие воды. Там он пересекает холодный подводный поток на западе, протекающий на юг и опускающийся на значительные глубины в окрестностях Гренландии.

На расстоянии 2400 км к северо-востоку от мыса Хаттерас в районе Гранд-Бэнкс теплые воды Гольфстрима приближаются к Лабрадорскому течению. Контакт холодного влажного воздуха, движущегося здесь, с теплыми поверхностными водами Гольфстрима вызывает широко известное явление — конденсацию водяных паров. Это климатическое явление приводит к тому, что в регионе наблюдается один из самых высоких уровней тумана в мире.

Смещаясь в Северную Атлантику, течение сужается и начинает распадаться на извилистую структуру разобщенных потоков, текущих в одном направлении. К этому времени большая часть его первоначальной силы рассеивается. Часть воды направляется на юг в район Саргассового моря, где разделяет Североатлантическое течение.

Одна ветвь движется на юго-восток и юг как относительно прохладное Канарское течение. Оно протекает через Пиренейский полуостров и Северо-Западную Африку. Другая ветвь Североатлантического течения движется в направлении Северо-Западной Европы.

Погода и климат

Гольфстрим является главным компонентом в сдерживании разницы температур между экваториальными районами, вокруг северного и южного полюсов. Он передает свое тепло атмосфере в более холодных северных широтах. В процессе, называемом термохалинной циркуляцией, это нисходящее движение способствует попаданию более теплых тропических вод в холодные, тем самым изменяя европейский климат.

Для примера можно сравнить погоду двух островов, расположенных на одной широте 54°. В Северной Ирландии, которая находится под влиянием Гольфстрима, существует уникальный теплый климат, где могут расти даже пальмы. На другом небольшом вулканическом острове, расположенном в южной части Атлантического океана в 1600 км от Антарктического континента и в 2000 км к югу и юго-западу от мыса Доброй Надежды, всегда холодно, он заморожен и необитаем.

Проблемы глобального потепления

Постоянное повышение средней температуры Земли, которое называют глобальным потеплением, может повлиять на Гольфстрим. Ученые, изучающие эту проблему, предполагают, что оно может уменьшить циркуляцию Североатлантического дрейфа, если тенденция сохранится на протяжении следующих нескольких десятилетий.

Результаты нового исследования ученых уже подтвердили огромное воздействие глобального потепления на Гольфстримское течение. Потоки, которые приносят теплую атлантическую воду на север к полюсу, где они охлаждаются, опускаются и возвращаются на юг, являются наиболее существенным фактором контроля климата Северного полушария.

Система, формально называемая Атлантическим меридиональным обращением (Amoc), сегодня ослабла на 15% по отношению к уровню 1950 года. Это происходит из-за таяния гренландского льда и потепления океана, что делает морскую воду менее плотной, при этом скорость ее движения существенно падает.

Для сравнения: подобное замедление равносильно снижению скорости движения всех мировых рек в три раза или Амазонки, самой большой реки, в 15 раз. Такого снижения параметров движения Гольфстрима человечество не наблюдало за последние 1600 лет, но это еще не предел. Новейшее подробное исследование ученых демонстрирует, что ослабление Гольфстрима ускоряется.

Последствия остановки Гольфстрима

Сообщения о возможной остановке часто появляются на страницах мировых СМИ. Первым об этом поведал в своей статье летом 2010 г. физик-теоретик из института Фраскати в Италии Джанлуиджи Зангарь.

Если это произойдет, Северный Атлантический океан может стать холоднее, что вызовет холодный климат вдоль прибрежных районов Европы. Западная ее часть погрузится в глубокие зимы вместе с Северной Америкой. Средняя температура в Европе снизится до 10 °C, а ледяные бури станут свирепствовать в Испании, Франции, Португалии и Великобритании. Лондон будет покрыт снегом в течение всего зимнего периода.

У восточного побережья США возникнет еще одна проблема — повышение уровня вод. Обычно уровень моря на побережье США ниже, чем у берегов Европы, поскольку Гольфстрим теплее и поднимает уровень воды, приближаясь к европейским странам. Если он остановится, вода океана уйдет к берегам США, что повлияет на изменение классов и видов морских обитателей.

В долгосрочной перспективе это уничтожит сельское хозяйство, затопив территорию, которая зависит от выращивания и распределения сельскохозяйственных культур. И хотя на восточном побережье Америки и в Западной Европе будет становиться холодно, температура на остальных территориях планеты станет расти.

Изменение климата вызовет одновременно пожары, цунами и ураганы. Картинка для человека не радужная. Это будет другой мир — то, чего люди раньше не знали. Скорее всего, цивилизация будет разрушена, если океанское течение Гольфстрим остановится.

Но об этом еще говорить рано, положение пока не настолько угрожающее. Современное климатическое моделирование показывает, что ослабление Гольфстрима может начинаться в текущем столетии максимум на 10—30% и только в том случае, если глобальное потепление будет продолжаться нынешними темпами.

Это уменьшит перенос тепла из тропиков в высокие северные широты через Атлантический океан. Но поскольку атмосферные температуры также растут из-за увеличения парниковых газов, местное охлаждение из-за уменьшения переноса тепла океаном в какой-то степени будет компенсировано, по крайней мере, так считают некоторые ученые.

Источник

Куда течёт Гольфстрим?

9-09-2010, 12:53 | Стихии и погода / Статьи о природных явлениях | разместил: VP | комментариев: (0) | просмотров: (13 940)

Показано, что Гольфстрим не изменит в перспективе своих характеристик (параметров) в пространстве и во времени, как бы не менялся климат Земли. Более того Гольфстрим практически не переносит свои воды в пространстве и поэтому они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.

В последние годы часто в СМИ рассматривается такой сценарий изменения климата. Из-за глобального потепления частично могут растаять ледники Гренландии и Северного Ледовитого океана, что приведёт к опреснению океанских вод и, соответственно, к усилению Лабрадорского течения, которое изменит направление движения вод Гольфстрима. Если сейчас тёплые воды Гольфстрима попадают в северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан и обогревают Европу и Арктику, то в ближайшей перспективе они могут направиться в сторону Африки. Изменению течений может способствовать и изменение режима ветра над океаном. В результате возможно полное прекращение подачи тёплых вод Гольфстрима на север. Как следствие, вслед за потеплением резко похолодает климат Европы и приблизительно через 30 лет средняя многолетняя температура воздуха, например Великобритании, уменьшится примерно на 4°С.

На первый взгляд всё это выглядит очень убедительно. Авторы гипотез, обычно – учёные математики, утверждают, что они всё точно просчитали на сверхсовременных моделях и вычислительных машинах. При этом демонстрируются красочные схемы и графики, как результат точных математических вычислений, свидетельствующие, что всё так и произойдёт.

Не берусь предсказывать возможные изменения климата, но утверждаю, что если он и изменится в прогнозируемых масштабах времени, то это не приведёт к сколько-нибудь заметным изменениям режима крупномасштабных океанических течений, в частности, и Гольфстрима, как предсказывают некоторые специалисты – «модельеры». А отсюда можно считать, что не изменится и климат Земли за счёт предполагаемого изменения режима Гольфстрима. Кроме того, наши исследования показывают, что Гольфстрим не переносит воды в пространстве, а следовательно, они не попадают в cеверную часть Атлантического океана около Европы и в Северный Ледовитый океан. Эта проблема уже рассматривалась1 и будет здесь рассмотрена кратко с позиции новых представлений о длинноволновой природе океанских течений, в том числе и Гольфстрима.

Новые представления о течениях, в частности, Гольфстрима.

Движения вод в масштабах океана получило название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции. В неё вовлечены практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению стрелки часов) и циклоническое (против часовой стрелки) – в Южном. В целом по океану скорости крупномасштабных течений небольшие, приблизительно 10 – 20 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и экваториальных течениях и т. д. Гольфстрим среди них наиболее изучаем. На рис. 1 приведена схема крупномасштабных течений северной части Атлантического океана и части Северного Ледовитого океана.

Представленные исследования 2 показали, что крупномасштабные течения вовсе не градиентные и не геострофические, как считается, а длинноволновые, сформированные волнами Россби. Крупномасштабные течения и Гольфстрим не переносят воды поступательно, адвективно, как и обычно волны, и, следовательно, они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.

Океанические течения не что иное, как течения волн Россби, называемые орбитальными движениями частиц воды. На рис. 2а, б представлены в виде диполя линии токов волн Россби в Гольфстриме. Они движутся против струи Гольфстрима, т.е. в юго-западном направлении, со скоростью

5см/с., на рис.2а,б – влево. Скорость течения пропорциональна плотности линий токов. Движения частиц воды в центральной (верхний рис. – а) и верхней (нижний рис. – б) части формируют поверхностные течения, в данном случае Гольфстрима, с боков и снизу образуют поверхностные и глубинные противотечения, по краям волн создают подъём (апвеллинг) и опускание (даунвеллинг) вод (на рис.2б они обозначены тонкими стрелками вверх – вниз).

Приведём некоторую информацию о волнах Россби в районе Гольфстрима и в нём. Нижняя его часть фиксируется до горизонта

500м, т.е. имеет такую толщину, если так можно выразится, ширина Гольфстрима

100 км. Волны Россби имеют длину

10 -20 суток. Средние скорости Гольфстрима

1 м/с (см. рис. 1), такие же скорости орбитальных движений частиц волн Россби в Гольфстриме.

Ранее мы отмечали, что океанские течении и, конечно, Гольфстрим, не переносят воды в пространстве. Поясним это подробнее. Достоверно установлено, что океанские волны любого типа, в том числе, и волны Россби, массы воды однонаправленно не переносят. Они вращаются в виде орбитальных движений частиц воды в волне около некоего положения равновесия, что в принципе мы и видим.

Теперь объясним, почему вроде бы однонаправленные течения регистрируются дрифтерами и стационарно установленными приборами, а масса воды не переносится. В Гольфстриме вращение частиц воды происходит преимущественно в вертикальной плоскости (рис. 2б, нижний), а с двух сторон от Гольфстрима – преимущественно в горизонтальной плоскости, как изображено на (рис. 2а, верхний) и плоскостях, несколько наклонённых к горизонту.

Напомню, что волны движутся в левую сторону. Предположим, вы запустили дрифтер в Гольфстриме в момент 1. Он будет перемещаться вправо однонаправленно проходя последовательно через точки 1 – I – 2 – II – 3 – Ш – 4 и т.д. Модуль скорости будет переменным. В точке 1 – равен 0, I – достигнет максимума, далее последовательно всё повторится. Фактически будет зафиксирован пилообразный пульсирующий сигнал. Такой же будет зафиксирован и при стационарных измерениях течений. Но период пульсаций будет иной, без Допплерова эффекта, который присутствует при дрифтерных измерениях. В реальности мы практически то же самое и наблюдаем (см. рис 3, 4). Мы видим практически однонаправленное движение дрифтера (рис.3) и пульсирующий модуль скорости (рис.4).

Вот эта информация и является обоснованием правильности предложенных представлений о течениях. Кроме того, эту концепцию подтверждает и следующий факт. Воды Мексиканского залива из него не вытекают и не попадают в Гольфстрим.

Крупномасштабные течения

В южной части Гольфстрима средние скорости течений

1 м/с, а в северной

50cм/с, в то же время, как за пределами Гольфстрима скорости течений небольшие и составляют

10 cм/c. Слабо выражено Северо-Атлантическое течение, его скорости небольшие,

20 см/с, а около Ирландии и вообще малые,

10 см/с, т.е. соизмеримы со скоростями течений остальной части океана. Скорости Норвежского течения

Глядя на схему (рис.1), может создаться впечатление, что из Мексиканского залива в виде мощного потока вода вытекает в Атлантический океан и далее вдоль берега распространяется в северо-западном направлении, в сторону Северного Ледовитого океана. Около Ньюфаундлендской банки струя Гольфстрима заметно ослабевает и переходит в слабовыраженное Северо-Атлантическое течение и, далее, в Норвежское. Создаётся впечатление, что не существует единого потока воды с непрерывным переходом Гольфстрима в Норвежское течение. В этом случае трудно представить, что воды Гольфстрима поступают в Северный Ледовитый океан, кажется, что они достигают только района океана, где обозначено Северо-Атлантическое течение, т.е. его средней части.

Кроме того, строго экспериментально установлено, что воды Гольфстрима сформированы водами Саргассова моря, поступающими с юга, справа от течения и склоновыми водами, поступающими с севера, слева от него, а вод Мексиканского залива в Гольфстриме практически нет. Складывается, на первый взгляд, парадоксальное представление о динамике Гольфстрима: течение из Мексиканского залива существует, а его вод в Гольфстриме нет. Можно сделать вывод, что течения не переносят воды и воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан. Объяснение этому даётся в работах 4 и будет изложено ниже.

Мы объяснили, каким образом формируются крупномасштабные течения, на примере течений Гольфстрима, почему он не переносит (или переносит крайне мало) одно направленно массы воды, почему его воды не вытекают из Мексиканского залива, почему струя Гольфстрима пульсирует и почему дрифтер однонаправлено перемещается, в то время как воды остаются на месте. Становится ясно, что воды Гольфстрима не попадают в Северный Ледовитый океан, во всяком случае, адвективно и в большом количестве, как представляется.

Тогда каким же образом в Северном Ледовитом океане оказываются теплые воды Атлантического океана?

Мы уже отмечали, что Гольфстрим сформирован теплыми водами Саргассова моря, поступающими с юга, слева от Гольфстрима, и холодными и менее солёными водами, поступающими с севера, справа от него. Частицы этих вод проникают друг в друга: воды Саргассова моря в склоновые воды и наоборот, таким образом, воды перемешиваются. Эта переходная зона перемешанных вод называется гидрофронтом. Считается, что смешение вод происходит за счёт турбулентности. Но ведь в волнах турбулентность отсутствует, значит можно говорить о слабой турбулентности, о слабом смешении вод, т.е. о крайне медленном проникновении одних в другие.

Скорее всего таким же образом в результате слабой турбулентности и поступает тёплая вода Атлантического океана в Северный Ледовитый, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом, скорее всего на два – три порядка. Так, считается, что смена вод Северного Ледовитого океана (при адвективном их переносе) происходит за 40 лет. Тогда, если учесть что перенос носит слабо турбулентный характер, эта величина может быть увеличена, приблизительно на два порядка, т.е. будет равна 4000 лет.

В принципе в океане вода может перемещаться в пространстве адвективно или за счёт турбулентности. Если мы видим, что вода перемещается и если показываем, что это перемещение не адвективное, то остаётся принять, что оно – турбулентное. Значит, мы сделали правильный вывод о турбулентном характере проникновения вод Атлантики в Северный Ледовитый океан.

Теперь допустим, что данное 2 объяснение природы течений неверно. Будем считать, как это принято: течения градиентными геострофическими, они адвективно переносят массы воды, воды Гольфстрима попадают адвективно в Северный Ледовитый океан и дрифтер движется вместе с переносимой течением водой, т.е. дрифтер фиксирует перемещения воды.

Тогда с помощью дрифтерных наблюдений должна существовать возможность проследить, куда попадает вода Гольфстрима. Для этого мы выбрали сто трасс дрифтеров, проходящих через Гольфстрим, и исследовали их движения. Обычно дрифтер, попадая в Гольфстрим, быстро его покидает, время пребывания его в Гольфстриме крайне редко превышает два месяца. Большинство дрифтеров направляются в сторону Африки (см. рис.5а,б), иногда – в сторону Европы и ,крайне редко, в сторону островов Великобритании. Но не один из ста дрифтеров не попал в воды Северного Ледовитого океана. Обычно при почти прямолинейном движении дрифтер пересекает океан приблизительно за два года. Часто дрифтер длительное время совершает сложные движения в центральной части Атлантического океана (рис. 5в) или около Гольфстрима (рис. 5г). В первом случае он дрейфовал в океане приблизительно 7 лет (рис. 5в), а во втором (рис. 5г) два года, при этом он сместился на юг и чуть не оказался снова в Гольфстриме.

Выводы

Мы показали, что какой бы гипотезы формирования течений не придерживаться (градиентных, геострофических или длинноволновых), вода Гольфстрима не должна попасть и не попадает в Северный Ледовитый океан, как это считается. Изложенное даёт основание наше объяснение природы проникновения масс воды в Северный Ледовитый океан из Атлантического в результате слабого турбулентного обмена вод океанов считать всё же верным. Вода из Гольфстрима не поступает в Северный Ледовитый океан, в него поступают воды Атлантического океана в результате слабого турбулентного их перемешивания, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом.

К этому добавлю. Дрифтер не движется вместе с водой и не отслеживает её перемещения. Поэтому, часто даваемое дрифтерам название – лагранжевые поплавки – является не правильным.

Источник