http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=835db8f9-e8f4-4205-9952-5a2a2fc5bdfa&print=1© 2024 Российская академия наук
Загадка глобального океанского конвейера еще ждет своего окончательного объяснения
Четверть века назад российский ученый, океанолог Сергей Сергеевич Лаппо, обобщив и проанализировав результаты измерения физико-химических свойств вод в различных океанах, впервые обнаружил удивительные различия между ними и предложил для объяснения этих различий механизм так называемой глобальной межокеанской циркуляции. Этот феномен, подтвержденный затем и экспериментально, и математическими моделями, связывает в единый конвейер климатическую динамику Атлантического, Тихого и Индийского океанов. О значении этого открытия рассказывает ученик и коллега Сергея Лаппо, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией взаимодействия океана и атмосферы и климата Института океанологии имени П.П.Ширшова РАН Сергей Гулев.
– Сергей Константинович, как это было? И в чем суть сделанного открытия?
– Прежде всего открытие этого феномена в корне перевернуло наши представления о роли океана в изменениях климата. Об этом я скажу еще немного позже. А что касается истории этого открытия, то на самом деле все произошло несколько раньше, чем в 1984 году, где-то в 1982–1983 годах.
Тогда Сергей Сергеевич Лаппо, заведующий лабораторией Государственного океанографического института, много работал над сопоставлением основных характеристик Тихого и Атлантического океанов. Ему не давала покоя причина, по которой поток тепла в Атлантике через экватор направлен на север. Это было впервые установлено американским ученым Стефаном Хастенрасом в 1980 году, однако причины объяснены не были.
Сергей Сергеевич провел очень простой анализ термодинамических характеристик Атлантики и Тихого океана и предложил очень простое, но по тем временам революционное объяснение – перенос тепла течениями в поверхностном слое из Тихого океана в Атлантический, а в глубинном слое – из Атлантики в Тихий океан. Кстати, эта идея была воспринята в СССР с большим скептицизмом тогда.
Многие ученые откровенно говорили Лаппо примерно следующее: «Сережа, ну был бы ты городским сумасшедшим от науки, это не стоило бы обсуждать, но ты уважаемый физик, доктор наук, ты же понимаешь, что этого не может быть, потому что... не может быть никогда». Отчасти поэтому и знаменитая статья Сергея Сергеевича «К вопросу о причинах адвекции тепла на север через экватор в Атлантическом океане» была отвергнута большинством центральных научных журналов и была опубликована в 1984 году в ведомственном институтском сборнике.
– А в чем причина? На мой, дилетантский, конечно, взгляд, идея настолько логична, проста и красива, что действительно странно, что никто ее не озвучил раньше.
– Все наши представления о Мировом океане (и, кстати, в атмосфере) основываются на том, что главным механизмом меридиональной циркуляции является так называемая циркуляция Хэдли в разных ее модификациях. В чем она состоит?
На экваторе вода поднимается из глубин на поверхность (так называемый экваториальный апвеллинг), образуя в очень грубом приближении меридиональные ячейки циркуляции, в которых она распространяется от экватора к Северному и Южному полюсам. И в этом смысле экватор почти непроницаем. Кстати, и в атмосфере над экватором происходит тот же процесс – воздух поднимается в экваториальных конвективных потоках, образуя движение на высотах к полюсам и опускаясь в высоких широтах. Это хотя и грубая, но классическая схема, она никем не оспаривается.
И когда в 1980 году в одной из работ были опубликованы результаты балансовых расчетов потоков тепла в Мировом океане, то оказалось, что они показывают поток тепла через экватор! То есть «стена» оказалась все-таки проницаемой в Атлантике. Понятно, что это тепло может переносить только поток воды. Вопрос так и остался открытым в то время: а отчего течет? Все стали искать ошибки в этих расчетах.
– Вообще-то это логично искать ошибки в такого рода расчетах: посчитать поток тепла через стенку в квартире – это одно, а посчитать глобальный баланс потока тепла в океане – это задачка на засыпку…
– Нет, вы знаете, существуют различные методы, в том числе и экспериментальные, которые позволяют такие потоки посчитать довольно точно. И получилось-таки, что вода течет из Южной Атлантики – в Северную. А если перетекает из Южного полушария в Северное, то нарушается вся классическая схема циркуляции в Мировом океане.
Естественно, поэтому статья Лаппо и была встречена несколько скептически.
Механизм океанского конвейера достаточно прост: перенос тепла течениями в поверхностном слое из Тихого океана в Атлантический, а в глубинном слое – из Атлантики в Тихий океан.