«Гольфстрим»



Скачать 121.31 Kb.
Дата01.05.2013
Размер121.31 Kb.
ТипДокументы


Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку»

Тема работы: «Гольфстрим»

Предметная область: география.

Автор работы: Погуляева Анастасия

ученица 8 «а» класса.

Научный руководитель: Меньк Алла Олеговна.

Образовательное учреждение: МАОУ «Гимназия №1».

Оглавление.

Введение. 2-3

Глава Ι Гольфстрим 4

1.1. Возникновение и курс 4-5

1.2. Гольфстрим и климат Земли. 5-6

1.3. Новые представления о течениях, в частности, Гольфстрима. 6-8

Глава ΙΙ. Проникновение теплых вод Атлантического океана в холодные воды Северного Ледовитого океана. 8-10

Заключение. 10 -11

Список литературы. 12

Введение.

Великие цивилизации прошлого возникли там, где не было извечного врага всего живого – холода. Лишь более поздняя европейская цивилизация появилась на материке, обделенном солнцем. И все же незримая рука охраняла ее от убийственного дыхания Севера. Какая сила с незапамятных времен закручивала воздух над Атлантидой в огромные вихри – циклоны, несущие тепло и живительную влагу. Проходили столетия, но европейцы ничего не знали о причине своего прекрасного климата. И только, когда началось освоение Америки, они столкнулись со своим «благодетелем» лицом к лицу. Им оказался Гольфстрим – могучее теплое течение, пересекающее с юго-запада на северо-восток северную часть Атлантического океана.

Актуальность выбранной темы: в связи с наблюдающимся феноменом глобального потепления учёные высказывают озабоченность, что устремлённые на юг воды тающего льда северного полюса и уменьшенная разность температур между полюсом и экватором при более сильном парниковом эффекте могут ослабить Гольфстрим или отклонить его в другом направлении. Это означало бы значительное изменение климата в Европе.

Так считает соавтор исследования Питер Кларк, профессор геологии из Университета штата Орегон (США).

"Наши данные показывают, что течение замедляется, и его скорость, возможно, снизится на 30% к концу нынешнего века, — отмечает ученый. — Это очень много, и это может привести к существенному изменению климата. Но это не настолько резкие изменения, как опасались некоторые, считавшие, что течение может исчезнуть в течение нескольких десятилетий".

Объект: система Мировой океан – Атмосфера.

Предмет: изменения, происходящие в системе Мировой океан – Атмосфера в современную климатическую эпоху.

Цель исследования: рассмотреть влияние процессов, происходящих в Мировом океане, на изменение глобального климата.

Задачи исследования:

1. Дать анализ современной научной литературе по теме работы.

2. Рассмотреть природу Гольфстрима, как наиболее яркого проявления в системе взаимодействия Мировой океан – Атмосфера.

3.
Определить степень взаимодействия между Атлантическим и Северным Ледовитым океанами и их влияния на климат Земли.

Для реализации поставленной цели использовались методы: сравнительно-географический, картографический, историко-географический .

Глава Ι Гольфстрим

1.1. Возникновение и курс

В возникновении и курсе Гольфстрима играют роль несколько факторов. К ним относятся атмосферная циркуляция и усиливающаяся с продвижением на север сила Кориолиса. Предшественник Гольфстрима, Юкатанское течение, втекает из Карибского моря в Мексиканский залив через узкий пролив между Кубой и Юкатаном. Там вода либо уходит по круговому течению залива, либо образует Флоридское течение и следует через ещё более узкий пролив между Кубой и Флоридой и выходит в Атлантический океан [6].

Успев набрать в Мексиканском заливе много тепла, Флоридское течение соединяется возле Багамских островов с Антильским течением и превращается в Гольфстрим, который течёт узкой полосой вдоль побережья Северной Америки. На уровне Северной Каролины Гольфстрим покидает прибрежную зону и поворачивает в открытый океан. Примерно 1500 км далее, он сталкивается с холодным Лабрадорским течением, отклоняющим его ещё больше на восток в сторону Европы. Двигателем на восток выступает также сила Кориолиса. По пути в Европу Гольфстрим теряет много энергии из-за испарения, охлаждения и многочисленных боковых ответвлений, сокращающих главный поток, однако он доставляет всё ещё достаточно тепла в Европу, чтобы создать в ней необычный для её широт мягкий климат. Продолжением Гольфстрима к северо-востоку от Большой Ньюфаундлендской банки служит Северо-Атлантическое течение. Средний расход воды во Флоридском проливе 25 млн м3/с (в 20 раз превышает суммарный расход воды всех рек земного шара). Его тепловая мощность составляет примерно 1,4х1015 ватт, что соответствует мощности одного миллиона АЭС.

1.2. Гольфстрим и климат Земли.

Доказано, что Гольфстрим не изменит в перспективе своих характеристик (параметров) в пространстве и во времени, как бы не менялся климат Земли. Более того Гольфстрим практически не переносит свои воды в пространстве и поэтому они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан (приложение рисунок 1).

В последние годы часто в СМИ рассматривается такого сценарий изменения климата. Из-за глобального потепления частично могут растаять ледники Гренландии и Северного Ледовитого океана, что приведет к опреснению океанских вод и, соответственно, к усилению Лабрадорского течения, которое изменит направление движения вод Гольфстрима. Если сейчас тёплые воды Гольфстрима попадают в северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан и обогревают Европу и Арктику, то в ближайшей перспективе они могут направиться в сторону Африки. Изменению течений может способствовать и изменение режима ветра над океаном. В результате возможно полное прекращение подачи тёплых вод Гольфстрима на север. Как следствие, вслед за потеплением резко похолодает климат Европы и приблизительно через 30 лет средняя многолетняя температура воздуха, например Великобритании, уменьшится примерно на 4°С [5].

На первый взгляд всё это выглядит очень убедительно. Авторы гипотез, обычно – учёные математики, утверждают, что они всё точно просчитали на сверхсовременных моделях и вычислительных машинах. При этом демонстрируются красочные схемы и графики, как результат точных математических вычислений, свидетельствующие, что всё так и произойдёт.

Хотя другие ученые утверждают, что если климат и изменится в прогнозируемых масштабах времени, то это не приведёт к сколько-нибудь заметным изменениям режима крупномасштабных океанических течений, в частности, и Гольфстрима, в противоречие предсказыванием некоторых специалистов – "модельеров". А отсюда можно считать, что не изменится и климат Земли за счёт предполагаемого изменения режима Гольфстрима. Кроме того, исследования показывают, что Гольфстрим не переносит воды в пространстве, а следовательно, они не попадают в северную часть Атлантического океана около Европы и в Северный Ледовитый океан.

1.3. Новые представления о течениях, в частности, Гольфстрима.

Движения вод в масштабах океана получило название крупномасштабных течений, крупномасштабной циркуляции. В неё вовлечены практически все его воды от поверхности до дна. Приповерхностные воды в Северном полушарии совершают антициклоническое движение (по движению стрелки часов) и циклоническое (против часовой стрелки) – в Южном. В целом по океану скорости крупномасштабных течений небольшие, приблизительно 10 – 20 см/c. Но в западных и экваториальных областях океанов, небольших по площади, они проявляются в виде мощных струйных течений со скоростями до 2,5 м/с, как, например, в Гольфстриме, Куросио, Сомалийском и экваториальных течениях и т. д. Гольфстрим среди них наиболее изучаем.

Исследования показали, что крупномасштабные течения вовсе не градиентные и не геострофические, как считается, а длинноволновые, сформированные волнами Россби. Крупномасштабные течения и Гольфстрим не переносят воды поступательно, адвективно, и, следовательно, они не попадают в Северную часть Атлантического океана и Северный Ледовитый океан.

Океанические течения не что иное, как течения волн Россби, называемые орбитальными движениями частиц воды. На рис. 2а, б(приложение) представлены в виде диполя линии токов волн Россби в Гольфстриме. Они движутся против струи Гольфстрима, т.е. в юго-западном направлении, со скоростью ~ 5см/с., на рис.2а,б(приложение) – влево. Скорость течения пропорциональна плотности линий токов. Движения частиц воды в центральной (верхний рис. – а) и верхней (нижний рис. – б) части формируют поверхностные течения, в данном случае Гольфстрима, с боков и снизу образуют поверхностные и глубинные противотечения, по краям волн создают подъём (апвеллинг) и опускание (даунвеллинг) вод (на рис.2б (приложение) они обозначены тонкими стрелками вверх – вниз).

Приведём некоторую информацию о волнах Россби в районе Гольфстрима и в нём. Нижняя его часть фиксируется до горизонта ~ 500м, т.е. имеет такую толщину, если так можно выразится, ширина Гольфстрима ~ 100 км. Волны Россби имеют длину ~ 300км, а период ~ 10 -20 суток. Средние скорости Гольфстрима ~ 1 м/с (см. рис. 1приложение ), такие же скорости орбитальных движений частиц волн Россби в Гольфстриме [8].

Приведём некоторую информацию о волнах Россби в районе Гольфстрима и в нём. Нижняя его часть фиксируется до горизонта ~ 500м, т.е. имеет такую толщину, если так можно выразится, ширина Гольфстрима ~ 100 км. Волны Россби имеют длину ~ 300км, а период ~ 10 -20 суток. Средние скорости Гольфстрима ~ 1 м/с (см. рис. 1), такие же скорости орбитальных движений частиц волн Россби в Гольфстриме.

Ранее мы отмечали, что океанские течении и, конечно, Гольфстрим, не переносят воды в пространстве. Поясним это подробнее. Достоверно установлено, что океанские волны любого типа, в том числе, и волны Россби, массы воды однонаправленно не переносят. Они вращаются в виде орбитальных движений частиц воды в волне около некоего положения равновесия, что в принципе мы и видим.

Теперь объясним, почему вроде бы однонаправленные течения регистрируются дрифтерами и стационарно установленными приборами, а масса воды не переносится. В Гольфстриме вращение частиц воды происходит преимущественно в вертикальной плоскости (рис. 2б, нижний), а с двух сторон от Гольфстрима – преимущественно в горизонтальной плоскости, как изображено на (рис. 2а, верхний) и плоскостях, несколько наклонённых к горизонту. Напомню, что волны движутся в левую сторону. Предположим, вы запустили дрифтер в Гольфстриме в момент 1. Он будет перемещаться вправо однонаправленно проходя последовательно через точки 1 – I – 2 – II – 3 – Ш – 4 и т.д. Модуль скорости будет переменным. В точке 1 – равен 0, I – достигнет максимума, далее последовательно всё повторится. Фактически будет зафиксирован пилообразный пульсирующий сигнал. Такой же будет зафиксирован и при стационарных измерениях течений. Но период пульсаций будет иной, без Допплерова эффекта, который присутствует при дрифтерных измерениях. В реальности мы практически то же самое и наблюдаем (см. рис 3, 4 приложение). Мы видим практически однонаправленное движение дрифтера (рис.3) и пульсирующий модуль скорости (рис.4).

Глава ΙΙ Проникновение теплых вод Атлантического океана в холодные воды Северного Ледовитого океана.

Мы уже отмечали, что Гольфстрим сформирован теплыми водами Саргассова моря, поступающими с юга, слева от Гольфстрима, и холодными и менее солёными водами, поступающими с севера, справа от него. Частицы этих вод проникают друг в друга: воды Саргассова моря в склоновые воды и наоборот, таким образом, воды перемешиваются. Эта переходная зона перемешанных вод называется гидрофронтом. Считается, что смешение вод происходит за счёт турбулентности. Но ведь в волнах турбулентность отсутствует, значит можно говорить о слабой турбулентности, о слабом смешении вод, т.е. о крайне медленном проникновении одних в другие [3].

Скорее всего таким же образом в результате слабой турбулентности и поступает тёплая вода Атлантического океана в Северный Ледовитый, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом, скорее всего на два – три порядка. Так, считается, что смена вод Северного Ледовитого океана (при адвективном их переносе) происходит за 40 лет. Тогда, если учесть что перенос носит слабо турбулентный характер, эта величина может быть увеличена, приблизительно на два порядка, т.е. будет равна 4000 лет.

В принципе в океане вода может перемещаться в пространстве адвективно или за счёт турбулентности. Если мы видим, что вода перемещается и если показываем, что это перемещение не адвективное, то остаётся принять, что оно – турбулентное. Значит, мы сделали правильный вывод о турбулентном характере проникновения вод Атлантики в Северный Ледовитый океан [7].

Теперь допустим, что данное объяснение природы течений неверно. Будем считать, как это принято: течения градиентными геострофическими, они адвективно переносят массы воды, воды Гольфстрима попадают адвективно в Северный Ледовитый океан и дрифтер движется вместе с переносимой течением водой, т.е. дрифтер фиксирует перемещения воды.

Тогда с помощью дрифтерных наблюдений должна существовать возможность проследить, куда попадает вода Гольфстрима. Для этого мы выбрали сто трасс дрифтеров, проходящих через Гольфстрим, и исследовали их движения. Обычно дрифтер, попадая в Гольфстрим, быстро его покидает, время пребывания его в Гольфстриме крайне редко превышает два месяца. Большинство дрифтеров направляются в сторону Африки (см. рис.5а,б приложение), иногда – в сторону Европы и ,крайне редко, в сторону островов Великобритании. Но не один из ста дрифтеров не попал в воды Северного Ледовитого океана. Обычно при почти прямолинейном движении дрифтер пересекает океан приблизительно за два года. Часто дрифтер длительное время совершает сложные движения в центральной части Атлантического океана (рис. 5в) или около Гольфстрима (рис. 5г). В первом случае он дрейфовал в океане приблизительно 7 лет (рис. 5в), а во втором (рис. 5г) два года, при этом он сместился на юг и чуть не оказался снова в Гольфстриме.

Мы показали, что какой бы гипотезы формирования течений не придерживаться (градиентных, геострофических или длинноволновых), вода Гольфстрима не должна попасть и не попадает в Северный Ледовитый океан, как это считается. Изложенное даёт основание наше объяснение природы проникновения масс воды в Северный Ледовитый океан из Атлантического в результате слабого турбулентного обмена вод океанов считать всё же верным. Вода из Гольфстрима не поступает в Северный Ледовитый океан, в него поступают воды Атлантического океана в результате слабого турбулентного их перемешивания, но не адвективно. Процесс этот крайне медленный по сравнению с адвективным переносом.

Заключение.

Мы так долго обсуждали загадочные и интересные свойства одного-единственного течения неспроста. И не его уникальность, а скорее наоборот — типичность, послужила причиной нашего пристального внимания.

Мы начали рассказ о нем с распространенного, но, скажем теперь откровенно, неверного утверждения о том, что благоприятный климат Европы — прямое следствие существования «реки в океане». В действительности связь между ними не так проста и непосредственна. Правильнее будет утверждать, что Гольфстрим как целое (его интенсивность, термические контрасты в нем характер меандрирования и т. д.) является показателем циркуляции всей субтропической зоны океана, будучи ее важнейшим звеном.

Основным возбудителем этой циркуляции служит ветер. Значит, Гольфстрим — следствие климата, а не наоборот? И да и нет. Над спокойными и теплыми водами Саргассова моря (над центром субтропического круговорота) всегда ясная устойчивая погода. Здесь властвует азорский максимум атмосферного давления. А по его северо- западной периферии движутся огромные вихри — циклоны, с низким давлением в центре. Вся эта система пассаты в тропиках и западные ветры в умеренных широтах — питается в значительной степени тепловой энергией, поступающей из океана.

Таким образом, Гольфстрим как часть цепи, по которой передается энергия совместной циркуляции атмосферы и океана, является одновременно и причиной и следствием климатических процессов. А как важнейшая и исключительно мощная часть такого грандиозного целого достоин и тех усилий, которые прилагаются к его изучению.

Данные, полученные в результате исследования могут быть использованы на уроках географии при изучении климата Земли.

Список литературы.

1. Беляев В.И. Управление природной средой. Киев, "Наукова думка", 1973

2. Богоров В.Г. Жизнь океана. М., "Знание", 1969 (1, 2).

3. Котляков В.М. Серия географическая/ В.М. Котляков // Известия Российской академии наук. – М.: Наука,2005. - №1.

4. Линейкин П.С. Гидродинамика океанских течений. Обнинск, 1971, 9.

5. Нейман Г. Океанские течения (пер. с англ.). Л., Гидрометеоиздат, 1973

6. Непреднамеренные воздействия на климат. Под ред. М.И. Будыко. Л., Гидрометеоиздат, 1974.

7. Толмазин Д. Океан в движении. Тайны океанических течений. С послесловием Р. Пясковского. Л., Гидрометеоиздат, 1976.

8. http://ru.wikipedia.org

Приложение.



Рис.1 Схема течения Гольфстрим.



Рис. 2а, б. Линии токов течений Гольфстрима и его окружения обозначены тонкими линиями в виде эллипсов со стрелками. Вид сверху (а) и по вертикальному сечению через Гольфстрим (б).



Рис. 3. Трасса дрифтера, запущенного в воды Гольфстрима. Числа около точек – время движения дрифтера в сутках с момента его запуска.



Рис.4. Модуль скорости движения дрифтера, трасса которого изображена на предыдущем рисунке (рис. 3).



Рис. 5а, б, в, г. Трассы дрифтеров, запущенных в воды Гольфстрима или около него и прошедшие через Гольфстрим. Цифры около точек: время движения дрифтера с момента начала наблюдений в месяцах.

Похожие:

«Гольфстрим» iconЭнциклопедия сказочных героев
Называется Гольфстрим. Течет и весь мир обогревает. Если бы не Гольфстрим, Земля стала бы похожа на дом без домового – холодной и...
«Гольфстрим» iconСказочнын герои и предметы
Называется Гольфстрим. Течет и весь мир обогревает. Если бы не Гольфстрим, Земля стала бы похожа на дом без домового – холодной и...
«Гольфстрим» iconБакалавриат Авиационные услуги в Туризме
О каждой из представленных ниже специальностей Вы можете получить информацию у представителей чешской стороны на выставочном стенде...
«Гольфстрим» iconБакалавриат Авиационные услуги в Туризме 45 000 крон (~1875 евро) /год Англофонные учения
О каждой из нижеперечисленных специальностей Вы можете поговорить и получить информацию у представителей чешской стороны на выставочном...
«Гольфстрим» iconВ июне в Санкт-Петербурге закончились съемки второй новеллы художественного фильма «Гольфстрим под айсбергом». Сергей николаев
Пресс-фото. Роковая страсть: Ари Брыльский (Данила Козловский) и Лейла (Анна Азарова)
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org