1.2. Глубинные воды

Наибольший интерес представляет происходящее на глубинах свыше 500 м. Обычно люди представляют себе, что теплые воды после достижения ими высоких широт охлаждаются и опускаются и перетекают в низкие широты по дну, где могут подниматься и нагреваться снова, эти представления отчасти верны, но не все так просто.

Рассмотрим основные водные массы, которые наблюдаются в районе действия Гольфстрима. В результате разрезов в Северной Атлантике были выявлены промежуточные и глубинные водные массы, среди них можно выделить следующие: Северо-западную глубинную (СЗГВ), Северо-восточную глубинную (СВГВ), Донную восточного бассейна (ДВ), Лабрадорскую (ЛВ), Средиземноморскую (СВМ), Исландскую промежуточную (ИПВ) и Арктическую промежуточную (АПВ), а также антарктические сильноизмененные воды (ААДВ), которые выделяются южнее 30º с. ш.

Теперь кратко опишем эти массы.

СЗГВ формируется в результате перетекания зимой через Датский пролив АПВ, при последующем движении вдоль склона Гренландии и опускании АПВ частично перемешивается с окружающими ее СВГВ и ЛВ. Эта масса наиболее плотная и наиболее холодная из всех рассматриваемых.

СВГВ формируется аналогично СЗГВ при перетекании АПВ порогов Фарерско-Исландского хребта, однако здесь есть существенное отличие: при опускании эта масса смешивается с гораздо более теплыми водами, которые имеют частично средиземноморское происхождение.

Различия в температурах между СЗГВ и СВГВ обусловлено наличием Срединно-Атлантического хребта (САХ), и более холодные и тяжелые воды не могут перевалить через САХ.

ДВ образуется при смешивании СВГВ и сильно трансформированной арктической промежуточной массы.

ЛВ образуется зимой в центральной части моря Лабрадор в результате вертикальной конвекции. Для нее характерна минимальная соленость.

СВМ представляет собой соленые и плотные воды Средиземного моря, вытекающие из Гибралтарского пролива. Эта масса воды опускается до глубины 1000 м, и распространяется по Атлантике на запад, юго-запад и север.

ИПВ представляет собой продукт окончательного преобразования средиземноморских и арктических вод, ее отличительный признак – минимальное содержание растворенного кислорода.

АПВ образуется в Северном Ледовитом океане в результате конвекции и интенсивной теплоотдачи пришедших с юга поверхностных масс. В Северной Атлантике она в чистом виде не встречается, поскольку смешивается с другими глубинными водными массами, а ее характерным признаком является повышенное содержание биогенных элементов.

ААДВ образуется около побережья Антарктиды в результате конвекции и трансфронтального обмена. Все эти процессы приводят к тому, что Антарктические воды уплотняются и опускаются в придонные слои. Распознать эти массы можно по наличию биогенных элементов, относительно высокому содержанию кислорода. В Северной Атлантике эти масса в чистом виде не встречается. По пути к экватору ААДВ смешивается с другими массами и постепенно трансформируется. Доходя до районов действия Гольфстрима, эта масса практически полностью теряет свои свойства и кардинального влияния на общий фон температур практически не оказывает.

В 1980-х гг. было выявлено, что ЛВ изменяется во времени, особенно ее ядро. Изменяется соленость плотность и температура этой водной массы. Если до 1964 г соленость этой массы практически не менялась, равно как и температура, которая составляла в среднем +2,5ºС. В 1983 г в ядре стал проявляться едва различимый минимум, который отличался по солености не более чем на 0,01‰, а температура в ядре была на 0,1ºС меньше, чем в окружающей воде. Совсем иная картина наблюдалась в 1990-х гг., когда минимум уже отличался на 0,06‰, а температура при этом упала на 0,5 – 0,7ºС. Это говорит о том, что ЛВ уплотняется и углубляется. Похожее состояние наблюдалось и в 1950-х годах [1].

Если проанализировать динамику температур за период с 1950-х до 1990-х во всей Лабрадорской массе, то окажется что в разные периоды эти массы вели себя по-разному. С конца 1950-х до начала 1980-х годов отмечался прогрев, за исключением самых восточных разрезов. Максимальный подъем температур наблюдался в западном бассейне и составил 0,25 – 0,32ºС. При этом ЛВ значительно ослабевала.

Все эти изменения могут вызывать несколько сценариев развития циркуляции и меридионального переноса тепла. В 1970-х гг. имело место уменьшение воспроизводства ЛВ, в связи этим ЛВ была распространена в верхнем слое. Это привело к интенсификации конвекции и переноса тепла в 1980-х. В 1990-х ЛВ начала охлаждаться, опреснятся и уплотнятся, ее ядро заглубилось, масса стала продвигаться значительно южнее и в результате развилась трехслойная циркуляция (рис 1.2).

При первом сценарии, когда развита типичная одноячеистая циркуляция, осуществляется значительный перенос теплоты (до 1,3 ПВт) на север. При этом выход ЛВ пониженный.

При втором сценарии, когда в циркуляции развито две ячейки, перенос тепла в высоких широтах уменьшается почти в два раза (0,5 – 0,7 ПВт)

Такие колебания являются важным индикатором изменения циркуляции в Северной Атлантике. Ослабление образования ЛВ приводит к благоприятным условиям для возникновения глубинной конвекции в море Лабрадор за счет принесение теплых и соленых вод в более высокие широты. В свою очередь активное образование ЛВ замедляет конвекцию и снижает количество поступающих вод, а это ослабляет ЛВ, таким образом, круг замыкается и процесс имеет определенную цикличность, однако для того, чтобы установить периодичность этих явлений необходимо проводить наблюдения до тех пор, пока эта закономерность не выявится полностью.

Чтобы наглядно представить изменения общего потока теплоты и потока на единицу площади, рассмотрим таблицу 1.1.

Таблица наглядно показывает, что, при усилении ЛВ, поток тепла через более низкие широты снизился, по сравнению с периодами типичной циркуляции. В это время ЛВ проникает на юг дальше и действует на меньшей глубине, в то время как антарктические воды заходят далеко на север и не дают опускаться ЛВ глубже (рис 1.2). При всем этом СВГВ не достигает дна, хотя она более прогретая, нежели СЗГВ и таким образом ее вклад уменьшается, а в высоких широтах меридианальный перенос тепла наоборот возрос. В 1950-е и 1990-е годы наоборот энергообмен был направлен в другую сторону. В высоких широтах перенос тепла был значительно меньше, зато он был увеличенным в более низких широтах.

Рис. 1.2. Схематическая циркуляция вод в Северной Атлантике [1]

типичная (А) и аномальная (Б)

Таблица 1.1

Разница в меридиональном потоке тепла в Северной Атлантике между районами 24 – 36 и 36 – 48º с. ш. [1]

Годы	24 - 36º с. ш.		36 - 48º с. ш.
	ПВт	Вт/м2	ПВт	Вт/м2
1950-е	0,91±0,38	105±44	0,20±0,28	34±47
1980-е	0,19±0,26	22±30	0,67±0,20	103±31
1990-е	0,84±0,24	95±27	0,17±0,19	35±39

Влияние на климат этой динамики пока тоже изучено недостаточно, однако появилось две точки зрения по поводу этого вопроса.

Первая заключается в том, что изменения свойств ЛВ не оказывает никакого существенного влияния на климат. Н. П. Лаверов и С. С. Лаппо утверждают, что объема ЛВ не хватит, чтобы кардинально изменить направление течения и интенсивность конвекции, т. к. уменьшение потока тепла в высоких широтах компенсируется увеличением переноса теплоты в низких широтах. Поэтому при рассмотрении динамики водных масс ученые рассматривают ЛВ лишь как индикатор состояния вод северной Атлантики.

Вторая точка зрения сводится к следующему. Некоторые ученые (например, физик-теоретик А. Зангари) считают, что ЛВ является ключевым фактором, влияющим на распределение температуры и скорости течений внутри Гольфстрима. Главным фактором является плотность этой массы, которая всего лишь на 0,1% плотнее, и значительно холоднее Гольфстрима. Как утверждает А. Зангари, в случае распреснения ЛВ сравняется по плотности с Гольфстримом, и значительно охладит его. Это вызовет негативные последствия для стран Северной Европы в т. ч. погодные аномалии, которые проявляются уже сегодня.

Изучив поверхностную и глубинную циркуляцию можно сделать вывод о том, что однозначный ответ на вопрос о том, как влияет динамика ЛВ на климат Европы, пока не дан. Чтобы ответить на этот вопрос необходимо дальше исследовать эти регионы с целью выявления взаимосвязи между динамикой глубинных вод и погодными аномалиями в прилегающих районах Земли.