Секреты океана открываются численным моделированием

Ученые смоделировали механизм образования

Ученые смоделировали механизм образования "слоеной" структуры мирового океана.

16.07.2012 (14:44)
Просмотров: 2060
Рейтинг: 1.50
Голосов: 2

Теги:
вода, океан, солёность, температура,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
В субтропических океанах часто можно встретить расслоение теплой и холодной соленой воды, не перемешивающейся на площадях в сотни квадратных километров. Океанологи испытывали сложности с объяснением источник этого феномена. Однако последняя работа ученых из Италии показала, что причиной явления может быть действие так называемых «соленостных пальцев», перемешивающих слои воды. Смоделированный процесс может иметь важное значение не только для объяснения смешивания различных течений, но и в целом для понимания мирового океана, его экологии и исследования климатических явлений.

Плотность морской воды зависит от температуры и процентного содержания солей. Холодная вода плотнее, чем теплая, также как соленая вода плотнее, чем пресная. Таким образом, поверхностные слои воды должны быть теплее и чуть менее солеными, чем слои в глубине. Однако сильное воздействие солнечного света и ветра в средних широтах «включают» процесс испарения, который и объясняет наличие теплого, соленого слоя воды в верхней части, например, Средиземного моря, а также в середине Атлантического моря около Карибского бассейна.

Под упомянутым теплым соленым слоем воды расположены более холодные слои, с меньшим содержанием соли. Однако, если построить график зависимости температуры и солености воды от глубины, он будет похож на лестницу. На каждом «шаге» вода будет иметь примерно постоянную соленость и температуру на протяжении 10 – 30 метров, после чего последует область резкого изменения параметров к следующей «ступени». Ширина такой области от 1 до 3 метров.

Океанологи уж давно спорят о причине появления подобных «лестниц», поскольку логично было бы ожидать более гладкое изменение температуры и солености с увеличением глубины. Наиболее распространенное представление о том, почему дело обстоит иначе, базируется на идее о так называемых «соленостных пальцах», но до сих пор исследователи не могли объяснить, как подобные структуры могут охватывать такие объемы воды.

Ответ на этот вопрос предложила совместная группа ученых из University of Salento (Италия) и Institute of Atmospheric Sciences and Climate of the Italian National Research Council (Италия). Исследователи провели численное моделирование области, заполненной морской водой, у которой были зафиксированы температура и концентрация соли на верхнем и нижнем срезах.

Большинство предыдущих исследований предполагали, что в такой ситуации будет образовываться непрерывный циклический поток воды. Эта теория позволяла значительно сэкономить вычислительные ресурсы во время моделирования. Но группа из Италии не использовала такого упрощения, поэтому их работа заняла беспрецедентное количество машинного времени.

На начальном этапе моделирования температура и соленость воды плавно снижались при перемещении вдоль вертикальной оси ко «дну» исследуемой области. Но в процессе моделирования начали формироваться так называемые «соленностные пальцы» - потоки теплой, соленой воды, которые по определенным причинам устремляются в более холодные и менее соленые слои воды под ними. Так как тепло рассеивается в 100 раз быстрее, чем происходит диффузия соли, потоки быстро остывают до температуры в нижних слоях, но остаются солеными. Таким образом, повышается плотность потока, что заставляет его устремиться дальше вниз, где процесс повторяется. Вслед за ним вглубь поступает теплая соленая вода, образуя те самые соленностные пальцы. Этот процесс также протекает в обратном порядке с холодными слабосолеными потоками из глубин.

Ранее было известно, что соленостные пальцы могут иметь длину до нескольких десятков метров, но их ширина не превышает нескольких сантиметров. Однако новое моделирование показало, как несколько подобных потоков могут совмещаться вместе, перемешивая большие объемы воды. Исследователи полагают, что именно этот процесс (в результате перемешивания) создает относительно однородные слои с резкими границами между ними. К слову, подобная идея обсуждалась еще в 1960-х – 70-х годах, но до сих пор никто не мог наблюдать ее подтверждения или опровержения.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100