Волны внутри меня сильные…  Интервью м.н.с. ЮНЦ РАН, к.г.н. К.Григоренко
Meteo-tv  09.07.20г.

Волны внутри меня сильные...

09.07.2020

Каждый, кто хотя бы раз в жизни видел море, наблюдал за таким гидрологическим явлением как внутренние волны. Достаточно подняться на берег повыше, и откроются более тёмные и более светлые полосы: это над гребнями внутренних волн немного выглаживается поверхность моря. Образуются эти самые внутренние волны, когда воду что-то выводит из равновесия, например, ветер с приходом циклона. Тогда потоки разной плотности смешиваются друг с другом, буквально раскачивая пучину. Грозит ли это штормами? Могут ли они образоваться в таких с виду спокойных океанах как Северный Ледовитый? И как они влияют на климат? Об этом и не только редакция «Метео» подробно узнала у Клима Григоренко, младшего научного сотрудника Лаборатории гидрологии и гидрохимии Южного научного центра Российской академии наук.

Что такое внутренние волны?

– Внутренние волны – это такие же волны, как мы наблюдаем на поверхности моря между водой и воздухом, только внутренние волны возникают на поверхности между более плотной и менее плотной водой в толще морей и океанов или даже озёр. Разница в плотности вод может возникать из-за того, что более плотная вода может быть более солёной или более холодной.

Давно ли они открыты и как их изучают? 

– Ещё в древности моряки сталкивались с таким явлением, как «мёртвая вода». Оно возникает, когда граница раздела между более и менее плотной водой расположена на глубине осадки судна. При движении судна на поверхности более тяжелой воды возбуждаются волны, которые задерживают корабль вплоть до полной остановки. Уже тогда моряки знали: чтобы это явление преодолеть, необходимо или замедлить движение, или начать грести более интенсивно, чтобы волны обогнать. В Красном море такое явление может возникать, если верхний слой прогревается и становится более лёгким. В северных морях оно возникает, когда с поверхности ледников стекает пресная лёгкая вода и формирует этот самый слой раздела вод. С этим сталкивались викинги и другие северные народы, но они считали, что это какое-то морское божество или чудовище хватает их корабль щупальцами и хочет утащить на дно.

В XVIII веке внутренние волны достаточно подробно описал Бенджамин Франклин, проводя опыты с окрашенной в разные цвета жидкостью. Сталкивался с «мёртвой водой» и Фритьоф Нансен на Фраме в арктических морях. Активное и целенаправленное изучение этого явления началось в 60-е годы ХХ века. В это время стали использоваться термокосы – приборы, измеряющие температуру и передающие результаты измерений через кабель на судно. Позже появились так называемые термисторы – они измеряют температуру и записывают результаты в свою внутреннюю память. По результатам таких измерений становятся видны колебания слоёв жидкости с разной температурой в пространстве и по времени. Внутренние волны могут быть огромными и достигать величины в несколько сотен метров, а длины в сотни километров.

Как происходит процесс перемешивания водных масс?

– Внутренние волны являются очень мощной частью энергообмена в океане. Они формируются, главным образом, за счёт приливов и способствуют перемешиванию водных масс в океане. Здесь нужно сказать о термохалинном конвейере океана, благодаря которому воды циркулируют по всему Земному Шару, перенося тепло в полярные районы и наоборот, формируя, таким образом, комфортные условия для существования жизни. Внутренние волны, при передаче тепла от придонных слоев к поверхностным и наоборот, в этом передвижении вод по Земле, играют непоследнюю роль.

В разных океанах внутренние волны разные? Есть ли они в Северном Ледовитом океане?

– С одной стороны, физика внутренних волн достаточно универсальна, их характеристики задаются распределением плотности по глубине. С другой стороны, они зависят от географической широты, которая ограничивает нижний предел частоты существования внутренних волн. На широте 74,5 градусов приливы полусуточного периода как основного источника внутренних волн не вызывают их формирование, поэтому такая широта называется критической. Выше этой широты – как в Северном Ледовитом, так и в Южном океанах – приливы не приводят к возникновению групп внутренних волн. Поэтому в этих районах Земли перемешивание водных масс не так активно.

Как эти процессы сказываются на климате? 

– Напрямую внутренние волны на климат не влияют или влияют очень опосредованно. Климат Земли формируется комплексно, и окончательные причины тех или иных изменений на протяжении всей истории Земли вообще-то неизвестны. Но важнейшим элементом климатической системы является океан, который является аккумулятором тепла всей планеты по причине гораздо большей теплоёмкости воды по сравнению с воздухом. Климатологи относительно достоверно оценивают изменения температуры приземного слоя воздуха и поверхностного слоя океан. А вот процессы и характеристики глубинных вод оцениваются хуже. И это при том, что средняя глубина Мирового океана достигает почти 4000 м и температура даже в самых жарких регионах планеты на глубинах более 1000 м не превышает 4-5°С, а у дна может и вовсе быть отрицательной.
 

А обратная зависимость есть: изменение климата влияет на внутренние волны? 

– Принципиально внутренние волны при изменении климата не изменятся. Но можно ожидать локальных изменений длин и частот волн в некоторых районах. Например, в тропических широтах. Солнце может сильнее разогреть верхний слой воды, а в полярных растопить больше льда. В обоих случаях вода станет более легкой, вырастет перепад плотности. Конкретно в этом месте внутренние волны смогут иметь большие частоты и длины, нежели ранее. При этом они более интенсивно передадут тепловую энергию от поверхностных слоев к глубинным, за счет чего выровняется температура и соленость. Такой вот механизм саморегуляции Земли.

Какая практическая польза от изучения внутренних волн?

– Главная фундаментальная польза от изучения внутренних волн океана заключается в понимании процессов передачи энергии по всем масштабам, от планетарных до самых мелких. Но также существует целый ряд совершенно прикладных задач. При стечении достаточно маловероятных обстоятельств внутренние волны могут привести к гибели подводных лодок. Также имеется ненулевая вероятность негативного воздействия этих волн на объекты подводной инфраструктуры добычи и транспортировки полезных ископаемых. Внутренние волны очень важны при решении вопросов подводной связи и даже рыболовства. Планктон не обладает достаточной способностью для перемещения внутри водной толщи, его максимальные концентрации наблюдаются на слоях скачка плотности - тех самых поверхностях, на которых формируются внутренние волны. Соответственно, к этим глубинам будет стремиться и рыба, которая этим планктоном питается.