Гольфстрим, или Как Гренландия согревает Европу

ШКОЛА В «КВАНТЕ»

Гольфстрим, или Как Гренландия согревает Европу

слоев атмосферы в том же самом количестве. А вот в приполярной области эта мощность потока приходится на бульшую площадь, равную $\pi r^{2}$ cos $\phi$; следовательно, на каждый квадратный метр попадает меньший, чем у экватора, поток. Вторая причина этого факта тоже очевидна. «Толщина» атмосферы над всей поверхностью Земли приблизительно одинакова (штриховая линия на рисунке 2,а), но скользящие лучи у полюса проходят в атмосфере заметно больший

А.СТАСЕНКО

Гольфстрим – в широком смысле слова мощная система теплых морских течений в Атлантическом океане, охватывающая огромное пространство от Мексиканского залива до берегов Шпицбергена и Кольского полуострова протяжением более 10 тысяч километров… Причина зарождения Гольфстрима еще не установлена. Большая советская энциклопедия, том 12

ОКОЛО ДВУХСОТ ЛЕТ НАЗАД АКАДЕМИК ЛЕНЦ (ЛЕНЦ,

Эмилий Христианович, 1804–1865), участвовавший в замечательных кругосветных плаваниях русских военных кораблей, предложил простейшую схему циркуляции вод мирового океана, считая его слоем воды постоянной толщины (глубины). Принимая во внимание высокую температуру на поверхности тропических вод и их низкую температуру на глубине, куда они приходят из высоких широт, из условия сохранения потока массы он заключил, что должна возникнуть непрерывная циркуляция воды в океане – факт, который уже давно был известен мореплавателям. (Конечно, реальная картина течений осложнена наличием материков, различием глубин, перемещением воздушных масс, вращением Земли.) Можно проиллюстрировать эту первую кинематическую модель циркуляции в мировом океане простым примером, поместив в одном конце наполненной водой ванны большой кусок льда, а в другом конце (под ванной) организовать подогрев (рис.1).

Рис.1. Иллюстрация простейшей кинематической модели циркуляции воды в мировом океане

В системе Солнце–Земля природа тоже позаботилась об энергетике рассматриваемого процесса. Плотность потока излучения от нашего светила на орбите нашей планеты равна q = 1400 Вт $м^{2}$, однако на поверхности планеты за полярным кругом и на экваторе плотности потока существенно различны по двум причинам. Первая причина чисто геометрическая и связана с углом скольжения $\phi$, равным географической широте (рис.2,а). Возьмем два пучка света одинакового диаметра 2r, много меньшего размеров Земли. Понятно, что мощность потока лучистой энергии в этих пучках одинакова и равна $q \pi r^{2}$. Вблизи экваториальной плоскости она доходит до верхних

Рис.2. а) Потоки излучения, идущие от Солнца внутри цилиндров одинакового диаметра (красные стрелки), на экваторе и у полюса приходятся на участки поверхности Земли разной площади. Вот почему у полюсов холоднее. б) Частица воды, первоначально движущаяся по меридиану к северу, вследствие вращения Земли отклоняется вправо

путь, чем у экватора, и, следовательно, сильнее рассеиваются (именно из-за рассеяния мы видим голубое небо), так что до поверхности Земли доходит не более 1000 Вт $м^{2}$. Тоже немало: если при помощи вогнутого зеркала площадью $1 м^{2}$ сфокусировать это излучение на чайник, он непременно закипит. По этим двум причинам льды Гренландии сохраняются, а вода вблизи экватора сильно нагревается. Но почему холодная вода не течет от Гренландии точно на юг вдоль меридиана, а отклоняется в сторону Северной Америки, т.е. вправо? И почему вытесняемая ею теплая вода не течет точно к Гренландии, а отклоняется в сторону Европы, т.е. опять-таки вправо? Этот замечательный факт объясняется инертностью движущейся массы и вращением Земли. Поясним это рисунком 2,б. Пусть в начальный момент времени некая частица находится в точке А, обладая скоростью $u_{A}$ вдоль меридиана. Если бы Земля не вращалась, то через некоторое время эта частица оказалась бы в точке В на том же меридиане. Теперь учтем вращение Земли с угловой скоростью $\omega$, которое приводит к переносу точки А в точку D, а точки В – в С. Понятно, что скорость переноса $v_{A}$ точки А больше, чем скорость переноса $v_{B}$ точки B – просто потому, что точка А отстоит от оси вращения дальше, чем В. Если бы кто-то заставил частицу перемещаться из А в В строго вдоль меридиана, то она через рассматриваемый отрезок времени попала бы в точку С. Однако, поскольку частица воды «свободна», она по инерции стремится сохранить скорость $v_{A}$ и, попав на параллель ВС, оказывается в точке $D '$, лежащей правее С. Похоже на то, как если бы в системе вращающейся Земли на эту частицу в процессе движения подействовала сила, направленная вправо. Это – сила инерции, называемая силой Кориолиса (Кориолис, Гаспар-Гюстав,1792–1843). Легко видеть, что соответствующее ей ускорение $a_{K}$ должно зависеть как от $\omega$, так и от линейной