Система течений гольфстрим и ее значение для географической оболочки

      Рис. 1.3. Средние по ансамблю дрифтерных наблюдений векторы течений.[2] 

      Для рассмотрения поведение течений в Гольфстриме, необходимо  проанализировать типичную для Гольфстрима трассу и ход модуля скорости течений (рис.1.6(Б)). Можно констатировать, что в пределах Гольфстрима, особенно южной его части, дрифтеры, а следовательно, и массы воды, перемещаются преимущественно однонаправлено и вдоль изобат, а точнее вдоль кромки шельфа. При этом поток воды движется не строго вдоль изобат, а совершает небольшие колебания вправо - влево по отношению к движению основного потока воды. Такие колебания малы в части Гольфстрима южнее 38°с.ш. и значительны севернее ее. При таком преимущественно однонаправленном движении потока воды скорость пульсирует, достигая в минимумах значений, близких нулю. Иногда поток воды движется в обратном направлении, хотя слабо. Какая причина и сила заставляет воды вести себя таким образом: останавливаться, а затем набирать скорость и снова останавливаться и т.д., т.е. пульсировать во времени и пространстве? Такое поведение течений явно противоречит представлениям о них, как термохалинных, геострофических.

      Рис. 1.4. Трассы дрифтеров, запущенных в Гольфстриме и близ него. Красным цветом выделены участки, в которых скорость их перемещения, а следовательно, и скорость течения превышала 50 (вверху) и 100 (внизу) см/с, желтым цветом показаны меньшие значения. [2]

      Рис. 1.5. Трассы отдельных дрифтеров, запущенных в воды южной части Гольфстрима в различное время.

      При наблюдении на распределение течений Гольфстрима (рис.1.3-1.5), складывается впечатление, что из Мексиканского залива через Флоридский пролив в океан поступает мощный поток воды в виде струи, который и формирует Гольфстрим. Ранее именно так и считалось. Отсюда течение и получило название: Гольфстрим, что в переводе с английского означает - река залива (Мексиканского) или струя залива. Однако это впечатление обманчиво. Позже было установлено, что Гольфстрим в основном сформирован упомянутыми склоновыми холодными водами с севера и теплыми водами Саргассова моря с юга, но не Мексиканского залива, откуда вода практически не поступает. Оказалось также, что в средней части Гольфстрима расход воды гораздо больше, чем в южной, во Флоридском проливе (и эти факты никак не согласуются с термохалинной и геострофической природой течения). Неслучайно о Гольфстриме все же стали говорить не как о реке, вытекающей из залива, а как о течении, несущем свои воды от п-ова Флорида.

      Рис. 1.6. Типичная для Гольфстрима трасса дрифтера (А) и модуль скорости его движения с 9 апреля 1999 г. по 12 января 2000 г. (Б). Точкам на трассах с цифрами 1, 2, 3 и т.д. соответствует время движения дрифтера в сутках с момента его запуска: 1 - 24, 2 - 48, 3 - 72 суток и т.д.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ГЛАВА 2. Конвейер течения и сезонные изменения Гольфстрим.

      Для рассмотрения Гольфстрима в частности  необходимо рассмотреть конвейер течения  всей системы. Вблизи Большой Багамской банки Гольфстрим принимает ветвь Северного Пассатного течения и следует, в общем, параллельно восточному побережью США (рис. 2.1), но на небольшом расстоянии от него. Именно с теплыми водами этого течения связана мягкая зима на Бермудских островах. Вблизи мыса Хаттерас (побережье шт. Северная Каролина) Гольфстрим поворачивает на северо-восток и направляется к Большой Ньюфаундлендской банке. Здесь он встречается с холодным Лабрадорским течением, а также соприкасается с более холодным воздухом, поступающим с севера. В результате в этом районе почти постоянно наблюдаются туманы. От Большой Ньюфаундлендской банки Гольфстрим движется в восточном направлении к берегам Европы (эта его часть называется течением Западных Ветров). Примерно посредине Северной Атлантики Гольфстрим делится на два течения. Одно из них следует далее на восток к берегам Европы, а затем, поворачивая к югу, образует Канарское течение, которое впоследствии, переходит в Северо-Пассатное, и которое в свою очередь, возвращается к Большим и Малым Антильским островам, замыкая круг системы.  Другое течение, именуемое Северо-Атлантическим, постепенно отклоняется влево и продолжает движение на северо-восток. Это течение проходит у западных берегов Британских о-вов, где от него снова отделяется ветвь, направляющаяся на запад, к южным берегам Исландии, – течение Ирмингера. Другая часть Северо-Атлантического течения – Норвежское течение – следует вдоль берегов Норвегии.

      Динамика  конвейера течения заметно изменяется в течение года. Предполагается, что климатические катастрофы, выявленные путем анализа льдов Гренландии, связаны с нарушением работы этого конвейера. На работу этого конвейера сильное влияние оказывает соленость океанской воды, которая заметно меняется из-за таяния льдов Гренландии и увеличения потока пресной воды, выносимой сибирскими реками. Таким образом, всемирное потепление грозит Европе катастрофическим похолоданием. 

         Рис. 2.1 . Конвейер течений Атлантического океана.

      Средняя годовая температура воды на поверхности составляет 25°С, 26°С, солёность 36,2-36.4^о/_оо ; на глубине 400 м температура 10°С, 12°С. Макс. солёность (36,5 ^о/_оо) отмечается на глубине 200 м.

      Изменения температуры воды в потоке Гольфстрима находятся в тесной зависимости от колебаний силы пассатных ветров, нагоняющих тёплые тропические воды в Мексиканский залив. Усиление северо-восточного пассата сказывается в повышении температуры Гольфстрима через 3-6 месяцев, а усиление юго-восточного пассата - через 6-9 месяцев. Вслед за повышением температуры наступают периоды охлаждения, связанные с тем, что усиление пассатов ведёт одновременно к охлаждению поверхности океана у берегов Африки поднимающимися с глубин холодными водами. Периоды понижения температуры в Гольфстриме следуют через 9-11 месяцев после усиления северо-восточного пассата и через 10-12 месяцев после усиления юго-восточного пассата. У южной окраины Ньюфаундлендской банки Гольфстрим подходит с севера  к холодному Лабрадорскому течению, на границе с которым и происходит перемешивание и опускание поверхностных вод.

      Изучение  Гольфстрима проводилось  путём  температурных разрезов. Данные разрезы  делались в период, соответствующий четырём порам года. Разрезы солёности так же относились к тем же временам года.

      Чем теплее вода, тем менее она плотна. Наиболее характерной чертой всех этих разрезов является четкая выраженность изменений уровня изотерм на узком участке района. В соответствии с геострофическим соотношением эта узкая зона приурочена к тому месту, где наблюдаются высокие скорости течений, перпендикулярно направленных к плоскости страницы (на рис. 2.2—2.9). Поверхностные воды, лежащие слева от Гольфстрима, называемые водами склона, подвержены более широким сезонным колебаниям, чем воды Саргассова моря, лежащие справа от Гольфстрима, где основное сезонное изменение состоит в появлении летом на небольшой глубине слоя скачка температуры.

      Поскольку Гольфстрим представляет собой границу, или фронт, в западной части Северной Атлантики между водами склона и Саргассовым морем, мы можем определить его следующим образом: это непрерывная лента, протягивающаяся от материкового склона района мыса Гаттерас до меридиана 50° з. д. к югу от Большой Ньюфаундлендской банки. Эта лента представлена хорошо выраженным градиентом давления между теплой, высокосоленой водой, лежащей к югу, и более холодной и более пресной водой, лежащей к северу. По этому определению внутренним и внешним пределами, или краями Гольфстрима будут те точки, где градиенты давления становятся равными нулю. Эти точки можно определить только тогда, когда имеются близко расположенные данные по температуре и солености и вычислены градиенты давления поперек течения. Далее, вследствие наличия крупных завихрений, как к северу, так и к югу от Гольфстрима, разрез, сделанный поперек этой площади, должен быть достаточно протяженным, чтобы можно было удостовериться в существовании только одного хорошо выраженного градиента давления. При наличии только одного градиента последним и определяется Гольфстрим, но если имеются несколько градиентов, тогда положение течения не может быть определено только по одному разрезу.

      С внутренним, или левым, краем Гольфстрима  не следует смешивать его термохалинную  границу на поверхности. Это обычно резкое изменение, которое имеет  место слева от «теплого ядра», может  иногда совпадать, а иногда не совпадать с левым краем Гольфстрима, как он был определен выше. Это относится также к цветовой границе и к длинным плотным полосам саргассовых водорослей, часто наблюдаемым на поверхности; все эти поверхностные явления, несомненно, связаны с зонами градиентов, расположенными слева от «теплого ядра», но они вовсе не обязательно совпадают с левым или внутренним краем Гольфстрима.

      «Теплое ядро» определяется здесь как  часть Гольфстрима с более теплой водой, чем та, которая находится на той же глубине справа, если смотреть вниз по течению. Это «теплое ядро» обычно распространяется до глубины 300— 400 м с максимальными аномалиями температуры на глубине около 100 м.

      Для определения закономерностей в  сезонном изменении  течения Гольфстрим, необходимо произвести анализ восьми графиков распределения температуры и солёности по глубине, по четырём сезонам года:

      1) На рисунках 2.2 и 2.3 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 11 – 18 февраля. На рисунке 2.2 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в зимний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает  +24 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +3°С до +2°С. На рисунке 2.3 отчётливо видно как соленость распространяется не равномерно, на поверхности течения средняя соленость составляет 36 о/оо, наблюдаются и аномалии, так максимальная соленость составляет 36,5 ^о/_оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 34,5 ^о/_оо.  С глубины 400 м. наблюдается постоянство солености оно составляет 35 ^о/_оо.

      2) На рисунках 2.4 и 2.5 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 17—23 февраля. На рисунке 2.4 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, но это происходит плавно, нежели в период с 11 – 18 февраля. Под течением на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в весенний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +22 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С, левая сторона течения. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +3,5°С до +2,3°С на дне.  Наблюдается не такое резкое смешивание температур воды в сравнении с зимним периодом.

      На  рисунке 2.5. отчётливо видно как соленость распространяется не равномерно, на поверхности течения средняя соленость составляет 36 о/оо, наблюдаются и аномалии, так максимальная соленость составляет 36,5 ^о/_оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 35,5 ^о/_оо.  С глубины уже 500 м. наблюдается постоянство солености, оно составляет 35 ^о/_оо.

      3) На рисунках 2.6 и 2.7 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 28 августа — 3 сентября. На рисунке 2.6 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в летний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +25 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +12°С, на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +4°С до +2,4°С.

      На  рисунке 2.7 отчётливо видно как на поверхности течения выходит менее соленая вода с глубины 800 м., соленость которой составляет 35 о/оо. Наблюдаются такие амплитуды: максимальная соленость составляет 36,2 ^о/_оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 34,5 ^о/_оо. С глубины 400 м. наблюдается постоянство солености, оно составляет 35 ^о/_оо.. Происходит подстилание Гольфстрима более перстной водой.

      4) На рисунках 2.8 и 2.9 приведён разрез распределения температуры по глубине, и распределение солености по глубине в период с 30 ноября—5 декабря. На рисунке 2.8 отчётливо видно как подстилаются тёплые воды более холодными, под течением уже на глубине 400 м. температура +8°С . Средняя температура составила в осенний период +14 °С, видно как температура на поверхности в некоторых местах достигает +24 °С, самая низкая температура на поверхности составляет +18°С, на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу. На глубине ниже 2000 метров сохраняется постоянная температура от +4°С до +3°С.

      На  рисунке 2.9 так же отчётливо видно как на поверхности течения выходит менее соленая вода с глубины 600 м., соленость которой составляет 35,5 о/оо. Наблюдаются такие амплитуды: максимальная соленость составляет 36,2 ^о/_оо, а минимальное значение наблюдается на окраине течения ближе к Чесапикскому заливу и составляет 34,5 ^о/_оо.  С глубины 400 м. наблюдается постоянство солености, оно составляет 35 ^о/_оо.