Звуковой сигнал регистрировался на нескольких (не менее трех) приемных акустических станциях, расположенных на островах, на побережье или на судах в открытом океане. Затем по разнице времени пробега звукового сигнала до различных станций определяли с точностью до километра местоположение буя в каждый данный момент времени. Следовательно, определив линию дрейфа буя, ученые выясняли характер перемещения водных масс, которые несли этот буй.
Во время эксперимента ПОЛИМОДЕ было установлено, что буи, выпущенные в одном и том же месте на отличающихся между собой всего на несколько десятков метров глубинах, могут потом перемещаться по совершенно различным траекториям – еще одно доказательство изменчивости и многослойности динамических характеристик водных масс.
В период эксперимента советскими учеными был выполнен впечатляющий объем работ: 17 крупномасштабных (по всему полигону) гидрологических съемок, 14 среднемасштабных и наблюдения на нескольких микрополигонах. Все буйковые океанографические станции почти непрерывно проработали по 12–13 месяцев. Зарегистрировано около 3 млн. компонент вектора скорости течения и получено около 2 млн. значений температуры воды. Проведены наблюдения на нескольких тысячах гидрологических станций и станциях температурного зондирования.
В результате всей этой, не побоимся сказать, титанической работы за время эксперимента удалось зарегистрировать прохождение через полигон в течение года более 20 синоптических вихрей диаметром 200–300 км и нескольких десятков более мелких вихрей. Ученые установили, что поступательное движение вихрей неравномерно и криволинейно. Вихри сталкиваются друг с другом, взаимодействуют друг с другом и, видимо, при этом обмениваются энергией.
Получается, что океан вопреки всем ожиданиям весьма схож с атмосферой, где такие вихревые образования, как циклоны и антициклоны, обладают большей энергией, чем результирующий средний воздушный поток, определяющий общее направление перемещения воздушных масс. Поэтому в дальнейшем, по предложению члена-корреспондента АН СССР А. С. Монина, эти водные вихри открытого океана стали называть синоптическими.
Анализ данных, полученных на советской системе буйковых станций и на американской системе дрейфующих буев, еще раз убедительно доказал большую роль, которую играют обнаруженные вихри в жизни океана. Подтвердилось, что не менее 90 % кинетической энергии океана заключено в вихрях.
После этих опытов вихри стали обнаруживать в самых различных местах. Хорошо выраженные вихри были обнаружены в Арктике и Антарктике. Они были найдены и в Тихом океане.
Ученым удалось определить объемную структуру синоптических вихрей. Такие вихри имеют приближенно форму несколько скрученного по часовой стрелке (для Северного полушария) усеченного конуса с вершиной, обращенной кверху для циклонических вихрей (вращение против часовой стрелки) и вниз для антициклонических (вращение по часовой стрелке).
Интересно, что циклонические вихри характеризуются сгоном поверхностных вод и подъемом из глубины холодных вод. Это явление важно для биологии океана, так как глубинные воды выносят на поверхность питательные соли, приводящие к бурному развитию жизни. В свою очередь, антициклонические вихри приводят к нагону поверхностных вод и их опусканию на глубину, то есть эти вихри являются «теплыми», так как температура поверхностных вод повышается. Контрасты температуры в различных зонах вихрей могут быть значительными и достигать 10 °C.
Ясно, что теплые и холодные вихри в океане создают особые условия для тепло-и влагообмена с атмосферой и поэтому оказывают самое существенное влияние на изменение параметров воздушных масс, то есть изменяют погоду. Отсюда следует, что постижение тайн океанских вихрей, помимо раскрытия фундаментальных законов жизни океана, позволит создать научную основу для краткосрочных и долгосрочных океанологических прогнозов, для построения прогностической модели системы атмосфера – океан, что усовершенствует методы прогноза погоды.
Какова же причина возникновения синоптических вихрей? Здесь еще много неясного. Но уже сейчас можно утверждать, что основной причиной их возникновения является неустойчивость постоянных течений, связанная с наличием в них горизонтальных и вертикальных перепадов скорости. Как видно, вихревая форма движения в данном случае является более динамически устойчивой, способствующей сохранению равновесия глобальной динамической системы океанских течений и противотечений.
Но оказывается, что вихри открытого океана не единственные в нем. Существует в океане другой вид вихрей, вызванный неустойчивостью таких крупных и мощных течений, как Гольфстрим и Куросио. Такие течения все время меандрируют, то есть отклоняются из стороны в сторону. Иногда основной поток течения так быстро и сильно изменяется, что образуется совершенно самостоятельный, ответвившийся от основного течения вихрь.
Один Гольфстрим за год рождает несколько подобных вихрей, которые существуют в океане самостоятельно по нескольку лет, перемещаясь в юго-западном направлении, а затем вновь вливаясь в Гольфстрим. Эти вихри отличаются от синоптических не только происхождением, но и заметно большей скоростью вращения. Их назвали рингами (от английского слова «ринг» – кольцо). Интересно, что эти ринги хорошо просматриваются с ИСЗ с помощью радиометров по контрасту температуры поверхностных вод.
Именно поэтому на НИС «Академик Курчатов» во время работ по советско-американской программе ПОЛИМОДЕ принимали спутниковые данные для оперативного планирования и корректировки маршрута судна, изучавшего ринги Гольфстрима и связанные с ними гидрологические фронты.
Подводные вулканы действуют
Вулканические извержения – это грозные и величественные явления природы. На протяжении веков люди с ужасом, но и с любопытством наблюдали за деятельностью вулканических сил. И действительно, извержение – зрелище удивительное. При извержениях вулканов высота подъема газов и паров воды, насыщенных пеплом и обломками камней, достигает обычно от одного до пяти километров.
При многих извержениях концентрация вулканического пепла в атмосфере бывает настолько большой, что днем наступает полная темнота. Именно это имело место в 1956 г. при извержении Безымянного даже в 40 км от вулкана, где расположен поселок Ключи. При больших извержениях из кратера вылетает обломков и выливается лазы до нескольких десятков кубических километров.
Практически большинство океанских островов имеют вулканическое происхождение, то есть они возникли в результате грандиозного излияния лавы из кратеров подводных вулканов. Дно океана усеяно вулканами. На его поверхность выступают лишь самые высокие из них, всего же на дне океана обнаружено более 10 тыс. вулканов.
Извержения подводных вулканов, расположенных в очень глубоких местах океана, обычно незаметны, так как большое давление воды препятствует взрывным извержениям. А если подводный вулкан находится в более мелком месте, то его извержения будут сопровождаться выбросами огромного количества пара и газов, переполненных мелкими обломками лавы. Обычно у такого вулкана взрывы продолжаются до тех пор, пока извергаемые породы не образуют остров, поднявшийся над уровнем моря. После этого взрывы могут сменяться или чередоваться с излияниями лавы.
Участники советской экспедиции на НИС «Михаил Ломоносов» наблюдали в Атлантическом океане в районе Азорских островов бурное извержение подводного вулкана, в результате которого на поверхности океана появился новый остров.
28 сентября 1957 г. жители северо-западной оконечности острова Фаял (Азорские острова) обратили внимание на то, что в одном километре от берега океан начал бурлить, появились буруны, образовался водоворот в виде огромной воронки. На следующий день из воды начала появляться гора, и в течение трех дней на этом месте вырос остров. К 5 октября остров уже принял характерную подковообразную форму. Во внутренней части этой «подковы» был расположен кратер диаметром около 1 км. Высота острова достигала 100 м, а столб пара и пепла выбрасывался на высоту 1000 м. Пепла было так много, что в течение нескольких дней он засыпал западную часть о. Фаял слоем в 1–2 м. Новый вулкан получил название Капелиньиш.
13 октября 1957 г. высокие берега острова начали понижаться и погружаться в океан – остался только кратер с едва возвышающимися над водой границами. Деятельность вулкана стала затухать. Но период затишья длился недолго. Уже 10 ноября 1957 г. там же началось новое извержение, и на месте погрузившегося вырос новый остров. Активная деятельность вулкана продолжалась непрерывно, остров вырастал на глазах. Затем остров начал соединяться с берегом тонким перешейком, который все увеличивался; в результате образовался полуостров.
