Формирование абиссальной океанической циркуляции под воздействием суточного вращения Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФОРМИРОВАНИЕ АБИССАЛЬНОЙ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ

Косарев А.В.,

инженер, член АН “Векторной энергетики” (общественная организация)

В работах [4; 5] автор высказывает и пытается развить идеи о связи поверхностных течений в океанах с суточным вращением Земли. Вращающаяся Земля представляет собой своеобразный циркуляционный насос, в котором твёрдая часть Земли с её береговыми линиями играет роль крыльчатки насоса, а силы гравитационного притяжения выступают в качестве корпуса насоса. Этот насос за счёт энергии вращения Земли и перекачивает воды океанов. Но, что бы быть последовательными, необходимо объяснить и по возможности предсказать, локализацию и глубинных циркуляций океанов под воздействием указанного механизма.

ЯВЛЕНИЕ АПВЕЛЛИНГА, СХОДСТВО ПОЛЮСНЫХ ЦИРКУЛЯЦИЙ И ПАРАДОКСЫ ГОЛЬФСТРИМА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СВЯЗИ ОКЕАНИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ И СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ

1). “Вблизи берегов, например Чили и юго-западной Африки, наблюдается интересное явление, названное апвеллингом. Встречается оно там, где холодные течения (Перуанское, Калифорнийское, Бенгельское и др.) проходят вдоль берега. Суть явления в следующем. В поверхностных слоях помимо вдольберегового потока постоянно существует перенос в открытое море. Частые ветры усиливают сгон верхних слоёв прочь от берега. При этом глубинные воды, насыщенные кислородом и питательными солями, поднимаются кверху, …”. [8]. Во-первых, отметим, что речь идёт об восточных береговых линиях океанов. Считается, что частые ветры сгоняют воду от восточного берега океанов и тем самым понижают уровень воды вдоль береговой линии. Гидростатическое давление в этой полосе понижается, и вода по законам сообщающихся сосудов затекает из западных глубинных областей океана в полосу апвеллинга. В [4] мы высказали предположение, что понижение уровня воды вдоль восточных побережий океанов на 30 сантиметров, так же как и повышение уровня воды, вдоль западных побережий океанов на ту же величину по линии экватора, связано с суточным вращением Земли. То есть апвеллинг должен существовать независимо от ветра. Причём интенсивность апвеллинга должна снижаться от экватора к полюсам.

2). Обратим внимание на две циркуляции вокруг полюсов: циркуляцию в Северном ледовитом океане и течение Западных ветров вокруг Антарктиды. Несмотря на не сопоставимость этих циркуляций по мощности они имеют схожие черты. Оби эти циркуляции движутся по ходу вращения Земли. В [4] мы объяснили течение Западных ветров воздействием меридианальных береговых линий Антарктического полуострова и моря Росса. Видимо та же картина и в Ледовитом океане, где остров Новая земля и другие островные группы, полуостров Таймыр и др. создают гидравлический подпор, порождающий циркуляцию в Северном ледовитом океане. То есть оби циркуляции можно объяснить с единых позиций. Причём эта модель позволяет понять, почему тёплые воды Гольфстрима затекают далеко на север в Баренцево море. В восточной части Баренцева моря от острова Новая земля создаётся пониженный уровень, куда и устремляются тёплые воды. Количество втекающих тёплых вод Гольфстрима равно мощности вытекающего холодного Восточно-Гренландского течения. Причём циркуляцию в Северном ледовитом океане нельзя объяснить ветровым механизмом. Северная циркуляция защищена ледяным покровом. Это ещё один вопрос к пассатным теориям. Видимо здесь перепутана причина со следствием. Ветры следуют за течениями. Тогда легко объясняется экваториальная штилевая зона. Северные и Южные Пассаты порождаются северными и южными циркуляциями, которые в области экватора имеют одинаковое направление скорости течения. А вот экваториальное противотечение порождает ветры противоположные Пассатам. В результате возникает штилевая зона.

3). Рассмотрим парадоксы Гольфстрима, отмеченные в [8].

а) “Но что заставляет Гольфстрим течь узкой струёй, которая сохраняется в океане на расстоянии многих сотен километров? Каждый, кто знаком с гидромеханикой либо просто обладает достаточной наблюдательностью, знает, что поток, вырывающийся из узости (трубы, канала, реки) в большой бассейн, быстро расширяется и теряет скорость. Устойчивость струи Гольфстрима является одним из парадоксов циркуляции в Северной Атлантике”. Когда поток из трубы вырывается в большой бассейн, то из-за сил вязкого трения в поток вовлекается масса окружающих вод. Масса результирующего импульса потока растёт, соответственно уменьшается скорость результирующего импульса и соответственно потока. При этом из-за сил трения уменьшается кооперативная кинетическая энергия потока. При увеличении массы потока в два раза скорость потока упадёт в два раза. Импульс, оставаясь постоянным, несёт уже вдвое меньшую кооперативную энергию, так как в кинетическую энергию скорость входит в квадрате. Уменьшение кооперативной энергии по причине диссипации, вызванной трением, переходит в тепло. Если этому процессу не противодействовать, то скорость затухнет до нуля. Ситуация с потоком Гольфстрима другая. Энергия Гольфстрима постоянно подпитывается гидродинамическим напором, создаваемым при вращении Земли. Причём, когда подводимая энергия превышает её диссипацию, то наблюдается увеличение скорости Гольфстрима. Когда подпитка становится меньше диссипации, как в зоне Северо-Атлантического течения, то наблюдается уменьшение скорости и увеличение ширины потока. Вообще стационарность диссипативной структуры обеспечивается усреднённым во времени равенством между энергетической мощностью подводимой в структуру извне и мощностью диссипации энергии внутри структуры при её функционировании. Более подробно вопросы динамики кооперативных потоков энергии в диссипативных средах описаны автором статьи, например в [2; 3].

б) “Далее было неясно, почему Гольфстрим устремляется на север и упрямо прижимается к западному береговому склону”. Линейная скорость вращения береговой линии, от максимальной на экваторе, снижается по меридиану до нуля у полюсов. Следовательно, и гидравлический напор по меридиану снижается соответственно. Сила, порождающая Гольфстрим направлена по меридиану на север. Прижимается поток к западному склону до тех пор пока эффект от набегающей береговой линии превосходит эффект Кориолиса.

в) “И наконец, ещё одна загадка. Миновав мыс Хаттерас Гольфстрим довольно круто, без видимой причины, поворачивает в открытый океан. Это явление океанологи назвали “отрывом Гольфстрима” от берега”. В [8] имеется такое объяснение данного явления. “Ученик П.С. Линейкина А. Кутало (1972г.) показал, что, когда расход Гольфстрима достигает некоторой критической величины, сила Кориолиса заставляет его свернуть вправо, в открытый океан”. Представления автора полностью соответствуют А. Кутало.

АБИССАЛЬНАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИХ ХРЕБТОВ И БЕРЕГОВЫХ СКЛОНОВ

Первым рассмотрел задачу абиссальной циркуляции Стоммел, он попытался оценить баланс расхода воды в океане ниже 2000 метров. “В северное полушарие из южного приносится часть вод Южного пассатного течения. Стоммел, подсчитав расход вод через различные широты, пришёл к выводу, что дополнительное количество воды, приносимое в Северную Атлантику поверхностными течениями, может уходить в южное полушарие только на глубинах. И действительно, далеко к югу от экватора у дна (выделено автором) обнаруживается вода, по температуре и солёности близкая к воде в районе опускания вблизи Гренландии. В других же океанах происхождение придонных вод (выделено автором) не оставляет сомнений: они образовались в Антарктике.” “Схема глубоководной циркуляции Стоммела, перенесённая на карту Мирового океана, изображена на рис.34. Глубинные северо-атлантические воды переходят в южное полушарие, отдавая центральным районам Атлантики лишь часть своего объёма. Эти воды на широте мыса Доброй Надежды сливаются с антарктическими водами из моря Уэдделла в один поток и устремляются на восток в южную часть Индийского и Тихого океанов”. [8]. Зоны конвергенции (опускания вод) связываются с термохалинными эффектами. Зоны дивергенции глубинных вод связывают с тем, что глубинные потоки наталкиваются на возвышенности дна или прибрежные участки. Приведём ещё один абзац из замечательной книги Толмазина Д.М. “В 1967 году Д. Сваллоу и Л. Уортингтон для исследования глубинного противотечения тщательно выбрали район, вычислив место, где максимум глубинного градиента давления находится в стороне от Гольфстрима. Все девять буёв, спущенных на глубины от 1500 до 3000 метров (выделено автором), дрейфовали на юг и юго-запад со скоростью от 1 до 18 см/сек. Сомнений быть не могло: противотечение под Гольфстримом существует! Оно оказалось таким же узким, как и поверхностный поток. Гипотеза Стоммела блестяще подтвердилась.”

У автора данной статьи возникают большие сомнения относительно возможности возникновения поверхностных океанических течений под воздействием климатических факторов. Ну а распространение энергии этих эффектов ещё и на глубинные течения выглядит совсем уж не правдоподобно. Трудно представить узкое струйное течение с указанной выше скоростью, протяжённостью в половину экватора, в условиях усиленной диссипации окружающих вод. Трансконтинентальные газопроводы, газовая среда которых имеет гораздо меньшую диссипацию, требуют через несколько сотен километров, работы дожимных компрессорных станций. Нужна какая-то сверх отрицательная вязкость, если не вечный двигатель, чтобы климатические фактора порождали глубинные придонные течения.

Рассмотрим абиссальные течения с позиций гипотезы связывающей океанические течения с суточным вращением Земли, с энергией вращения Земли.

Глубина океана на три порядка меньше диаметра Земли. В связи с этим гидравлический подпор, создаваемый набегающей береговой линией, с глубиной можно принять величиной постоянной. На поверхности у западного берега в районе экватора, как установлено экспериментально, подпор составляет 30 сантиметров (). В первом приближении таковым будет подпор на всём западном береговом склоне до самого дна. Тем не менее, существует физическая разница между напором на поверхности океана и на глубине океана. На поверхности океана потенциальная энергия подпора это гравитационная энергия и складывается она из гидростатического веса столба жидкости плюс атмосферное давление. На глубине огромное гидростатическое давление не позволяет создавать гравитационный подпор и кинетическая энергия, получаемая от вращающейся твёрдой земной составляющей, превращается в потенциальную энергию межмолекулярного сжатия. Градиенты потенциальной энергии и на поверхности и в глубине океана есть сила. Сила при определённых условиях, порождает течения водных масс. Рассмотрим рисунок-1, что бы выяснить, как формируется градиент потенциальной энергии, а соответственно и сила в меридиональном направлении. В верхней части рисунка изображена западная часть меридиана северного полушария. Линейная скорость точек меридиана при вращении Земли определяется формулой:

; (1).

Где: - угловая скорость вращения Земли. Остальные величины - радиус Земли и угол наклона радиуса к оси вращения. Гидравлический напор создаётся относительной скоростью между набегающей сушей и инертной водной массой. В [4] мы вычислили величину относительной скорости в 2,5 м/сек. Эта величина получена исходя из экспериментально установленной разности уровней океана в 60 сантиметров между западным и восточным берегами океана по экватору. Для получения относительной линейной скорости в (1) нужно ввести коэффициент понижения k=2,5/460. 460м/сек - это линейная скорость вращения поверхности суши на линии экватора. Следовательно

; (2).

Скоростной гидравлический напор с учётом (2) определяется формулой:

; (3).

В (3): - плотность воды, R-радиус земли, , а угол .

Из (3) видно, что гидравлический напор по меридиану изменяется от экватора к полюсу, следовательно, существует меридиональная сила, равная градиенту напора из (3).

В нижней части рисунка-1 качественно (без соблюдения масштаба) изображён график изменения напоров по набегающим и убегающим, по отношению к водным массам, твёрдых частей Земли. Причём не зависимо от того находится это на поверхности или в глубине океана. Пунктирными стрелками изображены силы, равные градиентам напора и порождаемые ими течения. Теперь, исходя из эпюры гидравлических напоров (Рис.1), попытаемся изобразить картину глубинных течений Атлантического океана. Картина поверхностных течений рассмотрена в [4] на рисунке-2. В данной статье картина поверхностных течений Атлантического океана изображена в верхней части Рис.2. Физика возникновения глубинных течений не отличается от поверхностных. Но на картину глубинных течений решающее влияние оказывает Срединно-Атлантический хребет. Срединно-Атлантический хребет [1], имеет высоту от одного до двух километров со дна океана. С точки зрения придонной гидродинамики он делит придонные области Атлантического океана на две симметричные части, в которых возникают симметричные картины придонных течений. Этим картина придонных течений отличается от картины поверхностных течений. Ещё одной особенностью является наличие градиента давления между, убегающим западным и набегающим восточным, склонами Срединно-Атлантического хребта. Это должно порождать достаточно интенсивные течения с востока на запад в седловинах хребта. На Рис.2 эти течения условно обозначены жирными стрелками в районе экватора. В Тихом океане нет четко выраженной с точки зрения гидродинамики хребтового поднятия в областях спрединга. По этой причине картина глубинных течений Тихого океана мало отличается от картины поверхностных течений. Можно видимо с достаточной уверенностью, говорить о наличии струйных течений в областях субдукции, где формируются глубоководные меридиональные желоба, например, Марианский желоб. В Индийском океане сформировалась сложная система океанических хребтов, что не позволяет говорить даже о качественной картине. А вот глубинное течение вокруг Антарктиды видимо совершенно совпадает с течением Западных ветров, что наряду с наложением южных океанических циркуляций, в совокупности с огромными водными просторами, и делает течение Западных ветров столь мощным.

Попробуем ответить на вопрос, почему между поверхностными и придонными струйными течениями существует обширная зона нулевых горизонтальных скоростей как изображено на Рис.3? Такая схема мною выбрана на основании выделенных выше фактов из [8]. Но предварительно коснёмся некоторых вопросов гидродинамики. Современная гидродинамика состоит из двух частей. Из классической теоретической гидродинамики, которая является скорее математической теорией, чем физической. И эмпирической теории. Последняя включает экспериментальный закон Пуазейля-Гагена и теорию гидродинамического подобия, которая пытается экстраполировать частные экспериментальные задачи на более широкие области. Важнейшими достижениями этой теории является введение числа Рейнольдса и открытие ламинарного и турбулентного движения. Как представляется автору, главным недостатком классической гидродинамики является исключение из рассмотрения важнейшего закона диссипативных сред - закона роста энтропии и молекулярного строения среды. В настоящее время нет гидродинамической теории объединяющей достижения обеих частей гидродинамики даже для описания простейшего движения в прямых трубах. Тем более на сегодняшний день не возможно в строгих количественных зависимостях описать столь сложную систему как океан. Наше описание процессов будет, как и в предыдущих статьях качественным с частными количественными выкладками, опирающимися на установленные факты и базовые законы сохранения.

Рассмотрение начнём с простейшей гидродинамической модели, потока жидкости через горизонтальную трубу постоянного сечения при переменном, все возрастающем перепаде давления на концах трубы. В начале при нулевом перепаде давления на концах жидкость в трубе будет находиться в равновесном состоянии. При незначительном перепаде система будет находиться в зоне локального равновесия. Возникающая в результате неравновесности, то есть градиента потенциальной энергии сила мала по величине и не способна преодолеть силы сцепления в жидкости и со стенкой трубы и вызвать кооперативное перемещение массы жидкости. Малая энергия неравновесности диссипирует в форму хаотического движения в зоне локального равновесия. Отдельные агрегаты молекул в результате самоорганизации будут получать микро кооперативное движение, но под действием нецентрального соударения, являющегося причиной процесса релаксации, оно будет рассеиваться. Подробно о значении нецентрального соударения в процессе релаксации кооперативной энергии в диссипативной среде можно прочесть в [2]. При дальнейшем увеличении неравновесности в системе возрастает перепад давления и с некоторого момента он начинает превышать силы сцепления между пристенным слоем, связанным со стенкой и имеющим толщину порядка шероховатостей стенки, и основной массой жидкости. Происходит первая бифуркация в диссипативной среде и формируется диссипативная структура. Возникает поток энергии Умова, вызывающий поток массовый, ламинарный поток. Между покоящимся пристенным слоем и потоком жидкости возникает межслой, в котором происходит скольжение слоев друг относительно друга. Размеры межслоя по толщине того же порядка, что и размеры частиц жидкости.

Сегодня принято считать, что жидкость при ламинарном движении перемещается отдельными слоями не перемешивающимися между собой. При этом скорость ламинарного потока в поперечном сечении изменяется от нуля у стенки до максимальной по оси трубы и имеет форму параболы (пунктирная линия на Рис.3). Причем по мере увеличения перепада давления и числа Рейнольдса парабола все более вытягивается. Но жидкость не может двигаться со скоростью меняющейся в поперечном сечении монотонно строго по закону параболы, так как в этом случае все частицы жидкости, двигаясь с различными скоростями, должны будут с течением времени разлететься на большие расстояния друг от друга и разорвать все связи между ними как в парообразном состоянии, когда частицы практически свободны. На это требуется большое количество энергии сопоставимое со скрытой теплотой парообразования, чего нет в низко температурном и относительно медленном ламинарном потоке. Да и о слоистости в макроскопическом плане при строго параболическом законе скорости говорить не приходится, так как толщина слоя в этом случае будет порядка размеров молекул жидкости. А это уже противоречит наблюдаемым фактам о макроскопических размерах слоёв. [9, например]. Поэтому логично предположить, что ламинарный поток имеет также и слоистую структуру скорости (как на Рис.3). Центральный слой имеет максимальную скорость, затем по мере удаления слоя от центра к стенке скорость слоев снижается и скорость слоя непосредственно контактирующего со стенкой равна нулю. Структура ламинарного потока напоминает телескопическую конструкцию, в которой элементы движутся с различными скоростями, от покоящегося внешнего элемента (пристенный слой), до, наиболее быстро движущегося, внутреннего.

Выясним причины и механизмы, порождающие слоистый характер скорости ламинарного потока и как следствие слоистую структуру самого потока. Выясним также влияние на формирование слоёв различных параметров потока: вязкости жидкости, диаметра трубы, длины трубы, перепада давления на концах трубы.

В “динамике эволюции” (см. [2]) предложен механизм бифуркации (видоизменения) состояния диссипативной системы как преодоление кооперативным потоком потенциального барьера встающего на его пути. Таким потенциальным барьером, препятствующим перемещению жидкости в трубе является энергия связи между частицами жидкости и частиц жидкости с частицами стенки трубы. Для того чтобы жидкость в трубе начала двигаться, необходимо приложить усилие способное разорвать силы сцепления между молекулами жидкости и стенкой, необходимо совершить работу против сил сцепления и преодолеть суммарный потенциальный барьер. Такое усилие порождается неравновесностью системы, перепадом давления на концах трубы. Градиент потенциальной энергии неравновесности и вызывает силу способную преодолеть потенциальный барьер сил сцепления. По мере роста перепада давления на концах трубы возрастают усилия растяжения в жидкости от сечения большего давления к сечению меньшего давления. Наконец наступает момент, когда силы растяжения начинают превосходить силы сцепления и связи последних начинают рваться, формируется межслой. В результате напряжение сил растяжения внутри слоя снимается и частицы слоя начинают двигаться как единое целое с одинаковой скоростью слоя, как целостный элемент, как поршень в цилиндре. Происходит скольжение слоев друг относительно друга, центрального относительно покоящегося пристеночного. Первый межслой в момент возникновения ламинарного потока формируется между покоящимся пристенным слоем и всей остальной массой жидкости движущейся в этот момент с постоянной скоростью. В силу симметрии задачи межслой имеет форму поверхности цилиндра. На этой поверхности и формируется потенциальный барьер сил сцепления, который необходимо преодолеть силам, возникающим как следствие перепада давлений. Зная плотность молекул на цилиндрическом межслое (то есть, зная величину потенциального барьера связей в межслое) можно рассчитать величину неравновесности при которой возникает межслой. Возникновение слоев начинается от стенки трубы к центру потока. С одной стороны чем ближе межслой к стенке тем больше его поверхность и соответственно больше потенциальный барьер сил сцепления который необходимо преодолеть. С другой стороны площадь поверхности межслоя зависит от диаметра межслоя линейно, а площадь поперечного сечения жидкости заключённая в пространстве межслоя - квадратично. Следовательно чем больше диаметр межслоя тем при меньшей неравновесности (меньшем перепаде давления) можно преодолеть его силы сцепления. Покажем это аналитически.

Пусть труба, по которой течёт ламинарный поток, имеет длину . Диаметр первого межслоя обозначим через . Он практически равен внутреннему диаметру трубы. Перепад давления на концах трубы обозначим через . Найдём зависимость перепада давления, необходимого для формирования межслоя, от диаметра межслоя. Сила связи между молекулами жидкости принадлежащим разным сторонам межслоя, будет:

; (4).

Где: - сила связи между молекулами жидкости, зависящая от вязкости жидкости и приходящаяся на единицу поверхности.

Запишем силу, которая за счёт перепада давления на концах трубы обеспечивает разрыв силы (4) и формирует межслой.

(5)

Приравнивая (4) и (5) найдём из полученного равенства перепад давления на концах трубы, необходимый для разрыва сил сцепления и формирования межслоя в зависимости от длины и диаметра межслоя.

(6)

Из (6) видно, как и предполагалось, что при постоянной длине трубы, чем больше диаметр межслоя тем меньший перепад давления необходим для его формирования.

При движении жидкости всегда наблюдается покоящийся пристенный слой. То есть первый межслой всегда образуется вблизи стенки, но в среде жидкости, хотя самый большой диаметр межслоя находится между стенкой и жидкостью. Это можно объяснить двумя причинами. Во-первых, возможно, что силы сцепления между частицами стенки и жидкостью больше чем силы сцепления между частицами жидкости, так называемые смачиваемые поверхности. Во-вторых, даже если силы сцепления между частицами жидкости больше чем между стенкой и жидкостью, так называемые не смачиваемые поверхности, то с учётом шероховатости стенки общая площадь взаимодействия между стенкой и жидкостью много больше площади идеального цилиндра межслоя. Поэтому потенциальный барьер первого межслоя реально всегда меньше потенциального барьера связи стенка-жидкость.

Теперь выясним: почему после разрыва сил сцепления в межслое, масса жидкости находящаяся внутри межслоя не движется с ускорением под действием силы создаваемой перепадом давления, как того требует основной закон динамики? Ведь после разрыва сил связи перепад давления, т.е. сила, воздействующая на массу жидкости и создаваемая из вне, не меняется. А опыт показывает, что скорость течения ламинарного потока через трубу постоянного сечения при неизменном перепаде давления на концах трубы не меняется. Объяснить это можно следующим образом. Да, в начальный момент после разрыва сил сцепления между молекулами и образования межслоя, жидкость внутри межслоя начинает двигаться с ускорением. Но далее вступает в действие другой механизм. Силы сцепления между слоями преодолеваются не полностью. В то время как часть связей между частицами преодолевается, одновременно другая часть восстанавливается. Существует динамическое равновесие в межслое между силами сцепления и силами разрыва, вызываемыми внешним перепадом давления. Вообще механизм превращения энергии при возникновении межслоя представляется следующим. После преодоления потенциального барьера сил сцепления в межслое часть потенциальной энергии неравновесности, создаваемой из вне, расходуется на преодоление восстанавливающихся связей, другая часть преобразуется в кооперативную энергию потоков Умова, в полном соответствии с законом сохранения и превращения энергии. Потенциальная энергия неравновесности, затрачиваемая на разрыв восстанавливающихся связей, в момент разрыва между молекулами сразу преобразуется в хаотическую кинетическую энергию. Другая часть потенциальной энергии неравновесности, преобразовавшаяся в поток кооперативной энергии, обладающей результирующим импульсом, начинает диссипировать в хаотическую форму вследствие действия эффекта вырождения результирующего импульса в многочастичной среде. [2]. Устанавливается равновесие между мощностью процесса подвода энергии и мощностью процесса диссипации кооперативной энергии. В результате этого равновесия мы и наблюдаем равномерное движение ламинарного потока в трубе постоянного геометрического сечения. Вся диссипация кооперативной энергии в ламинарном потоке происходит только в зоне межслоя, т.к. сам слой движется как единое целое.

Как показано на Рис.3 скорость ламинарного потока, имея усредненную скорость, изменяющуюся по закону параболы (пунктирная линия), изменяется ступенчато. Парабола - это огибающая реальных скоростей в слоях. В слое скорость постоянна, а в межслое она резко меняется от скорости одного слоя до скорости другого на малой толщине межслоя, порядка размеров частиц жидкости. Так как силы сцепления в межслое разрываются не полностью, то не полностью снимается и растяжение в слое. До момента разрыва связи данная связь служит для передачи кинетической энергии через межслой от быстрого слоя к медленному. Тем самым в ламинарном потоке идёт процесс передачи кооперативной энергии от центра к периферии. Если неравновесность, т.е. перепад давления продолжает нарастать, то вновь нарастает растяжение в массе жидкости до критической величины, при которой начинается формирование нового межслоя ближе к центру и так далее вплоть до начала турбулизации потока, до формирования качественно новой динамической структуры.

Теперь, на основании выше изложенного, попытаемся объяснить, почему формируются только поверхностные и придонные струйные потоки. Как мы видели для возникновения струйного потока необходимо вокруг потока формирование хотя бы одного межслоя, то есть поверхности разрыва молекулярных связей в среде жидкости. Разрыв связей происходит при растяжении.

а) Поверхностные струйные течения.

Рассмотрим два сечения по параллелям вдоль западного побережья. Как показано на Рис.1 между этими сечениями имеется перепад уровней. Под действием силы гравитации вода между сечениями растягивается в сторону понижения уровня. Когда сила растяжения превосходит силы сцепления по определённому охватывающему сечению, то, как было рассмотрено выше, в среде жидкости формируется межслой и возникает струйный поток воды. Выше мы указывали на физическую разницу между поверхностным и глубинными напорами, возникающими при вращении Земли. Из-за гидростатического столба подъём воды, обеспечивающий перепад уровня, наблюдается в узком приповерхностном слое. Именно в этом слое возникает растяжение воды под действием гравитации.

б) Придонные струйные течения.

Ситуация на глубине иная. Рассмотрим также два сечения по параллелям вдоль западного побережья. Здесь напор между сечениями не растягивает, а сжимает массы воды. Область растяжения формируется только у самого дна, в зоне сцепления молекул воды с поверхностью дна. С этой зоны и формируется межслой, который, сформировавшись, цилиндрической оболочкой охватывает придонный поток. Причём величина потока, диаметр межслоя и перепад давлений между сечениями, связаны законом Пуазейля-Гагена. На основании закона Пуазейля-Гагена и рисунка - 3 можно утверждать, что поверхностные течения где-то в двое интенсивнее глубинных.

в) Ситуация в области между поверхностными и придонными течениями.

В этой области нет условий для формирования межслоя, нет зоны растяжения. Берег набегает на массу воды и сдавливает её. Давление распространяется на огромные массы воды и не способно вызвать поток. Речь идёт о струйных течениях.

Хотелось бы обратить внимание на такой момент. Из различных источников касающихся геофизики рост температуры в земной коре с глубиной составляет 20-30 градусов по Цельсию на километр. Это вызвано конвекцией тепла из внутренних областей Земли. Так как поток конвективного тепла из недр Земли одинаков и в областях континентов и в областях океанов, то температура поверхности дна океана на глубине 2-х километров будет порядка 40-60 градусов по Цельсию, а на глубине 5-ти километров соответственно 100-150 градусов по Цельсию. С одной стороны этот факт вызывает конвективные океанические потоки, порождаемые внутренним теплом Земли. С другой, факт отсутствия чёткого температурного градиента в глубину и наоборот наличие холодных вод на глубине указывает на наличие интенсивных глубинных течений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

океанический течение апвеллинг циркуляция

Идея о связи океанических течений с энергией вращательного движения Земли, позволяет с единых позиций объяснить поверхностные и глубинные течения, нарисовать их принципиальную картину. Причём все механизмы возникновения океанических течений вытекают из базовой для данных явлений науки - гидродинамики.

В океанах видимо, нет устойчивых застойных зон. Океанические воды находятся в постоянном движении на всех просторах и на всех глубинах. В связи с этим возникает большая проблема, связанная с захоронением токсичных веществ в глубинах океанов и морей. В случае утечек токсичные вещества со временем разносятся по всей водной среде. Гораздо безопаснее хранить токсичные вещества на суше. Во всяком случае, здесь легче осуществлять контроль и при необходимости локализацию и нейтрализацию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Географический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989г.- 592с.

2. Косарев А.В. Динамика эволюции неравновесных диссипативных сред. - г. Оренбург, ИПК ”Оренбурггазпромпечать”, 2001г. - 144 стр.

3. Косарев А.В. Единство динамики и механизмов возникновения вихрей турбулентности и вихрей Бенара. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4917.html

4. Косарев А.В. Океанические течения - следствие суточного вращения Земли. http://www.randewy.ru/gml/kosarev.html

5. Косарев А.В. Вопросы экспериментального доказательства гипотез возникновения океанических течений под воздействием суточного вращения Земли и долгопериодных волн под воздействием нутации земной оси. http://www.randewy.ru/gml/kosarev3.html

6. Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. - М.: “Энергия”, 1968г., 584с.

7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 1, Механика. М.: Наука, 1979г., 520с.

8. Толмазин Д.В. Океан в движении. - Л.: “Гидрометиздат”, 1976г., 176с.

9. Фёдоров К.Н. О тонкой структуре физических полей в океане. Научное сообщение в президиуме АН СССР, 1978г.

http://www.ras.ru/FStorage/download.aspx?Id=dfea9d7d-8121-4c31-801a-9baa38772509

10. Харитонов Д.Г. Основные океанические течения.

http://geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st008.shtml

Размещено на Allbest.ru