какое самое теплое течение

Атлантическая циркулярка

Замерзнет ли Европа без Гольфстрима?

В Западной Европе теплее, чем в Америке или Азии в тех же широтах. Мы со школьной скамьи будто бы знаем, почему — европейцам повезло с Гольфстримом, теплым атлантическим течением. Поэтому заголовки о том, что оно замедляется, читаем как пророчество о неминуемом «климатическом закате» Европы. Но все, естественно, намного сложнее. О том, насколько велика роль Гольфстрима для европейского климата, замедляется ли циркуляция воды в Атлантике, кто рискует из-за этого замерзнуть и при чем тут глобальное потепление, рассказывает климатолог, старший научный сотрудник Лаборатории теории климата Института физики атмосферы имени Обухова РАН Александр Чернокульский.

22 апреля 1513 года испанский конкистадор Хуан Понсе де Леон записал в судовой журнал: недалеко от берегов полуострова Флорида его корабли попали в такое сильное течение, что не смогли продвинуться вперед даже несмотря на попутный ветер. Это первое письменное упоминание Гольфстрима, хотя он наверняка был известен местным жителям и до появления в этих краях белых мореходов. Через шесть лет штурман той же самой экспедиции Антон де Аламинос сознательно воспользовался силой течения Гольфстрима и вернулся в Испанию с золотом Кортеса за рекордно короткий срок. Так Гольфстрим превратился в трансатлантический мост, по которому европейцы вывозили золото из Америки.

Первая карта Гольфстрима была составлена Бенджамином Франклином и Тимоти Фолгером в 1769–1770 годах. А само название «Гольфстрим» — то есть «течение залива» — появилось на картах в первой половине XIX века.

Карта Гольфстрима, нарисованная Бенджамином Франклином в 1769–1770 гг.

Сегодня русскоязычная Википедия сообщает: «По пути в Европу Гольфстрим теряет большую часть энергии из-за испарения, охлаждения и многочисленных боковых ответвлений, сокращающих основной поток, однако, доставляет всё ещё достаточно тепла в Европу, чтобы создать в ней необычный для её широт мягкий климат». В школьных учебниках по географии ещё более категорично: «Без этого теплого течения [Гольфстрима] европейцы бы замерзли». Даже в классическом советском учебнике Сергея Хромова «Метеорология и климатология» (в более поздних редакциях — за авторством Хромова и Михаила Петросянца) можно найти такую фразу: «гребень изотерм на картах средней температуры ярко показывает отепляющее влияние Гольфстрима на климат восточной части северного Атлантического океана и Западной Европы».

Если посмотреть на карты поверхностных течений, особенно упрощенных, кажется, что вот же — Гольфстрим широкой рекой течет прямо к берегам Европы (при этом никого не смущает, что на этих картах он объединен с Североатлантическим и Норвежским течениями).

Схематическое изображение переноса тепла течением Гольфстрим, которое использует Википедия

RedAndr / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Но в строгом смысле, конечно, никакой естественной теплопроводной магистрали через Атлантику не проложено. Гольфстрим действительно двигается вдоль американского побережья на север и у мыса Гаттерас поворачивает куда-то в сторону Европы. Но что с ним происходит в пути? И его ли тепло на самом деле получает Европа?

Вода или воздух

Солнце нагревает Землю неравномерно: экватор получает больше, полюса меньше. Этот температурный градиент является одной из главных сил, что приводит в движение океан и атмосферу. В тропиках климатическая система нашей планеты получает энергию, а в умеренных и полярных широтах — отдает.

Среднегодовое поглощение солнечной радиации на разных широтах (красная линия) и уходящая длинноволновая радиация (черная линия). Снизу: суммарный радиационный поток и значения радиационного баланса в петаваттах. Северные широты — справа, «положительные»

Graeme L. Stephens et al. / Reviews of Geophysics, 2015

Атмосфера подхватывает тепло и влагу океана (конденсация влаги приводит к выделению тепла, а значит перенос влаги — это, по сути, тоже перенос тепла, только «скрытого») и несет его от тропиков к полюсам. Сама же вода переносит к полюсам гораздо меньше тепла, чем атмосфера, их вклад сопоставим разве что ближе к экватору. Максимальный поток тепла достигается на 30–40 градусах широты, и в среднем за год составляет шесть петаваттов (в зимние месяцы он доходит и до восьми петаваттов). В Атлантике максимальный перенос тепла океаном идет в районе 15 градуса северной широты и не превышает 1,2 петаватта.

Среднегодовой поток тепла к северу. Слева — общий (черная линия), в атмосфере (красная) и в океане (синяя). Справа — поток тепла в различных океанах (в петаваттах).

Kevin E. Trenberth et al. / Geophysical Research Letters, 2017

Поток самого Гольфстрима в районе Флоридского пролива также составляет около 1,3 петаватта, так что сами по себе величины переноса однозначного ответа о роли этого течения в отеплении Европы не дают. Не дают они ответа и на вопрос, почему зимы в Европе гораздо мягче, чем в Северной Америке на этой же широте. Для этого надо понять, как устроен в умеренных широтах атмосферный перенос тепла.

Кто греет Европу

В умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный перенос воздушных масс. Это связано, во-первых, с градиентом температуры между субтропиками и приполярными районами (что определяет движение воздуха в сторону полюсов) — а во-вторых со вращением планеты, которое отклоняет этот поток направо в северном полушарии и налево в южном. Так в умеренных широтах поток теплого воздуха к полюсам становится западным ветром.

Западный ветер обуславливает преобладание морского климата в западных частях материков и континентального — в восточных. Глобальный поток тепла с океана на сушу в декабре и в январе достигает шести петаваттов (что сопоставимо с максимумом меридионального переноса тепла). Более того, теплый океан, горные хребты и остывание заснеженной поверхности зимой приводят к более частому образованию на одних и тех же местах циклонов и антициклонов. Если их осреднить за зиму, то может показаться, что циклоны над Атлантикой и Тихим океаном (Исландский и Алеутский минимумы) и антициклоны над материками (Канадский и Сибирский максимумы) стоят на месте. В итоге воздух движется уже не строго с запада на восток, а приобретает меридиональную составляющую: к западным побережьям материков он приходит с юго-запада, со стороны теплого океана, а к восточным побережьям — с северо-востока, из центральных холодных районов материков.

Отклонения приповерхностной температуры воздуха (сверху, ºC) и атмосферного давления (снизу, гектопаскали) от среднезональных значений в зимние месяцы (декабрь–февраль)

Yohai Kaspi et al. / Nature, 2011

Можно, конечно, сказать, что это всего лишь данные моделирований. А что говорят наблюдения? Ученые использовали метод обратных траекторий для исследования зимней погоды в четырех европейских городах — Дублине, Париже, Лиссабоне и Тулузе. Выяснилось, что турбулентные потоки тепла и влаги от океана действительно насыщают воздушные массы, проходящие над морской поверхностью. Однако погода в изучаемых городах в первую очередь реагировала не на температуру поверхности океана, а на температуру и влажность воздушных масс. Более того, в годы, когда западные ветра проходили над Гольфстримом и его продолжением, они не становились теплее и влажнее, чем обычно.

Январская температура воздуха в эксперименте с включенным (сверху) и выключенным (снизу) переносом тепла в океане

Richard Seager / The Plantsman, 2008

Например, положение Гольфстрима влияет на интенсивность антициклонов над Гренландией: чем севернее путь течения, тем интенсивнее антициклоны. Также сдвиг Гольфстрима влияет на температуру в Баренцевом море. Но и это не может объяснить теплые европейские зимы. Более того, ряд работ (1, 2, 3) на основе сдвиговой корреляции показал, что положение Гольфстрима само находится в зависимости — от циркуляции воздуха в Северном полушарии.

Впрочем, известно, что потоки между океаном и атмосферой на коротких временных интервалах (до десяти лет) регулируются изменениями в атмосфере, а вот на длинных — уже в океане. К тому же, если приглядеться к результатам моделирования Сигера и его коллег, можно увидеть, что на температуру севера Европы включение-выключение течений влияет существенно. То есть Норвегию и Мурманск Гольфстрим все же обогревает?

Здесь важна общая циркуляция в Атлантике. Гольфстрим является лишь ее частью — самой видимой и наиболее известной, но не определяющей. Более того, связь Гольфстрима со своими продолжениями не так очевидна.

Больше, чем Гольфстрим

Мировой океан закрывает 7/10 поверхности нашей планеты и содержит 97 процентов воды на Земле (если не учитывать воду, которая находится в недрах планеты). Неудивительно, что наши знания об этом гиганте не полны. Некоторые процессы в океане известны зачастую лишь в общих чертах, практически каждый год то или иное явление уточняется.

Важны не только наблюдения, но и растущие мощности наших вычислительных машин, которые позволяют численно моделировать океан со все более высоким разрешением. Высокое разрешение для моделирования океана даже важнее, чем для работы с атмосферой. Тропические циклоны имеют характерное разрешение в несколько сотен километров, привычные нам циклоны до двух тысяч километров, а размеры вихрей в океане — лишь десятки километров, при этом они переносят существенную долю тепла (в первую очередь вблизи экватора).

Впрочем, сами по себе новые наблюдательные системы и возросшие вычислительные мощности к открытиям не приводят. Важнейшим звеном остаются ученые и их догадки. Так, на основе всего лишь одного измерения вертикального профиля температуры воды в Атлантике, произведенного в 1750 году капитаном работоргового судна и показавшего, что под слоем теплых поверхностных вод на глубине находятся гораздо более холодные водные массы, выросла идея глобальной циркуляции океана. Циркуляции, которая не ограничивается поверхностными течениями.

Через полвека после этого граф Рамфорд предположил, что теплая вода от экватора по поверхности океана течет к полюсам, а холодная наоборот — течет в глубинах океана от полюсов в сторону экватора. Русский физик Эмиль Ленц развил эту идею в 1845 году, предположив, что теплая вода «опрокидывается» в районе полюсов, а холодная поднимается на поверхность в районе экватора — тем самым, по сути, впервые описав схему атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (АМОЦ).

В начале XX века немецкий океанограф Бреннеке объединил АМОЦ и поверхностные течения в единую схему, в которой сохранялся подъем воды на экваторе. Следующий шаг был сделан в 1925–1927 годах после исследований немецких океанографов на судне «Метеор»: в схеме Георга Вюста пропадает подъем воды на экваторе, появляются различные уровни, где поток воды направлен на юг или на север. А в середине XX века американский океанограф Генри Стоммел показал, что опрокидывание теплой воды происходит в узких зонах, где она охлаждается и за счет активного испарения становится более соленой — поэтому тяжелеет и опускается вниз. Причем в схеме Стоммела вода к югу течет в узкой зоне на западе океана.

Схема атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции: Ленц (1845)

Источник

Географический калейдоскоп. География. 7 класс

Таблицы по географии

1. Архипелаги

Оглавление

Настройки

Навигация

Детский технопарк «Кванториум»

История и обществознание

Урок 2. Общие закономерности развития географическ.

Урок 10. Человек на Земле

Урок 17. Далекая Океания

Урок 34. Особенности природы Северных и Южных мате.

Урок 35. Без географии Вы – ни где! Подводим итог

Источник

Кратко об истории

Люди знают о течении уже более 500 лет. Испанцы считают, что первым, кто сообщил миру об океаническом течении, был испанский исследователь Понсе де Леон, который обнаружил в 1513 году, что Гольфстрим ускорил его плавание из Мексики в Испанию.

Более известной миру стала официальная презентация открытия природного уникального явления в конце XVIII века, когда Бенджамин Франклин и Джеймс Пупардомтал в 1786 году впервые нанесли расположение Гольфстрима на географическую карту. Название появилось само собой, на русском языке оно означает «течение из залива».

В 1844 году было начато систематическое изучение океанического явления с помощью береговой и геодезической службы США. Более серьезные исследования стали проводить только в начале 1930- х годов учеными Океанографического института Вудс-Хоул в штате Массачусетс.

Сложность научного изучения Гольфстрима проявляется в связи с чрезвычайным хаотическим процессом перемещения водных слоев. Это не просто один поток движущейся воды, а сложная сеть течений, которые по ходу меняют курс, исчезают, а затем снова появляются, образуя вихри по своим границам.

Сегодня процесс изучения Гольфстрима стал более эффективным, поскольку на помощь человеку пришли орбитальные космические спутники, которые с высокой точностью помогли сделать описание траектории движения Гольфстрима. В этом исследователям помогли датчики, способные обнаруживать самые незначительные колебания температуры и фиксировать смену цветовой окраски, что позволило отслеживать многие изменения в толще течения.

Полученная информация помогла ученым увидеть полную картину того, что будет проходить в океане и вокруг него. Изменение температуры движения даже на один градус влияет на поведение рыб, вызывает обесцвечивание кораллов и изменение погоды вдоль побережья.

Причины возникновения океанического течения

Океан постоянно находится в движении, перемещая воду с помощью внутренних течений. Гольфстрим является самой большой системой его круговых течений, образующих мощные воздушные потоки, называемые океаническим круговоротом. На Земле есть пять таких источников.

Гольфстрим является частью североатлантического субтропического круговорота. Он переносит теплую воду из Мексиканского залива практически до Норвежского моря. Когда поступает теплая вода, холодная, более плотная, опускается и начинает двигаться на юг по дну океана практически до Антарктиды. Экваториальные источники Гольфстрима:

Теплые течения вместе с водами Мексиканского залива образуют Гольфстрим, имеющий огромное влияние на климат планеты. Этот процесс легко объяснить. Количество тепловой энергии, переносимой движущейся водой, пропорционально ее плотности. Учитывая, что вода в 1 тыс. раз плотнее воздуха, она несет во столько же раз больше тепла, чем тот же объем воздуха.

Перепады температур между морем и нижним слоем атмосферы являются одной из основных причин высоких или низких давлений, которые определяют климат.

Глобальный перенос тепла через океан

Земля получает больше тепла от Солнца на экваторе, чем на полюсах. Этот дисбаланс компенсируется теплом, непрерывно переносимым в более высокие широты посредством глобального круговорота тепла между океаном и атмосферой.

В Северной Атлантике Гольфстрим и горизонтальная циркуляция тепловых потоков и ветров играют ключевую роль в создании мягкого климата. В этом помогают постоянные западные ветры, переносящие тепло из океана в значительную часть континентальной Европы. Характеристики североатлантического субтропического круговорота:

На мысе Хаттерас (Северная Каролина) холодный NEC встречает теплый SEC, что помогает образоваться самым большим и сильным штормам в мире. Подобное влияние Гольфстрим оказывает на климат полуострова Флорида. Его участок у побережья называют Флоридским течением, которое зимой поддерживает среднюю температуру воды не менее 24 °C.

География движения и рециркуляция вод

Гольфстрим берет свое начало в Мексиканском заливе, где собирает тепло, двигаясь через северную часть Атлантического океана в Норвежское море. Так он отдает большую часть тепла атмосфере. Теплый поток уравновешивается более холодным обратным течением в южном направлении в глубоких слоях Атлантического океана, а также рециркулирующим течением в южном направлении в восточной части бассейна. Краткую схему движения течения Гольфстрим на карте мира можно представить следующим образом:

У побережья Соединенных Штатов система Гольфстрим разделяет относительно теплые и соленые воды Саргассового моря в Средней Атлантике от холодных вод на западе и севере. За мысом Хаттерас Гольфстрим расширяется и уходит в более глубокие воды. Там он пересекает холодный подводный поток на западе, протекающий на юг и опускающийся на значительные глубины в окрестностях Гренландии.

На расстоянии 2400 км к северо-востоку от мыса Хаттерас в районе Гранд-Бэнкс теплые воды Гольфстрима приближаются к Лабрадорскому течению. Контакт холодного влажного воздуха, движущегося здесь, с теплыми поверхностными водами Гольфстрима вызывает широко известное явление — конденсацию водяных паров. Это климатическое явление приводит к тому, что в регионе наблюдается один из самых высоких уровней тумана в мире.

Смещаясь в Северную Атлантику, течение сужается и начинает распадаться на извилистую структуру разобщенных потоков, текущих в одном направлении. К этому времени большая часть его первоначальной силы рассеивается. Часть воды направляется на юг в район Саргассового моря, где разделяет Североатлантическое течение.

Одна ветвь движется на юго-восток и юг как относительно прохладное Канарское течение. Оно протекает через Пиренейский полуостров и Северо-Западную Африку. Другая ветвь Североатлантического течения движется в направлении Северо-Западной Европы.

Погода и климат

Гольфстрим является главным компонентом в сдерживании разницы температур между экваториальными районами, вокруг северного и южного полюсов. Он передает свое тепло атмосфере в более холодных северных широтах. В процессе, называемом термохалинной циркуляцией, это нисходящее движение способствует попаданию более теплых тропических вод в холодные, тем самым изменяя европейский климат.

Для примера можно сравнить погоду двух островов, расположенных на одной широте 54°. В Северной Ирландии, которая находится под влиянием Гольфстрима, существует уникальный теплый климат, где могут расти даже пальмы. На другом небольшом вулканическом острове, расположенном в южной части Атлантического океана в 1600 км от Антарктического континента и в 2000 км к югу и юго-западу от мыса Доброй Надежды, всегда холодно, он заморожен и необитаем.

Проблемы глобального потепления

Постоянное повышение средней температуры Земли, которое называют глобальным потеплением, может повлиять на Гольфстрим. Ученые, изучающие эту проблему, предполагают, что оно может уменьшить циркуляцию Североатлантического дрейфа, если тенденция сохранится на протяжении следующих нескольких десятилетий.

Результаты нового исследования ученых уже подтвердили огромное воздействие глобального потепления на Гольфстримское течение. Потоки, которые приносят теплую атлантическую воду на север к полюсу, где они охлаждаются, опускаются и возвращаются на юг, являются наиболее существенным фактором контроля климата Северного полушария.

Система, формально называемая Атлантическим меридиональным обращением (Amoc), сегодня ослабла на 15% по отношению к уровню 1950 года. Это происходит из-за таяния гренландского льда и потепления океана, что делает морскую воду менее плотной, при этом скорость ее движения существенно падает.

Для сравнения: подобное замедление равносильно снижению скорости движения всех мировых рек в три раза или Амазонки, самой большой реки, в 15 раз. Такого снижения параметров движения Гольфстрима человечество не наблюдало за последние 1600 лет, но это еще не предел. Новейшее подробное исследование ученых демонстрирует, что ослабление Гольфстрима ускоряется.

Последствия остановки Гольфстрима

Сообщения о возможной остановке часто появляются на страницах мировых СМИ. Первым об этом поведал в своей статье летом 2010 г. физик-теоретик из института Фраскати в Италии Джанлуиджи Зангарь.

Если это произойдет, Северный Атлантический океан может стать холоднее, что вызовет холодный климат вдоль прибрежных районов Европы. Западная ее часть погрузится в глубокие зимы вместе с Северной Америкой. Средняя температура в Европе снизится до 10 °C, а ледяные бури станут свирепствовать в Испании, Франции, Португалии и Великобритании. Лондон будет покрыт снегом в течение всего зимнего периода.

У восточного побережья США возникнет еще одна проблема — повышение уровня вод. Обычно уровень моря на побережье США ниже, чем у берегов Европы, поскольку Гольфстрим теплее и поднимает уровень воды, приближаясь к европейским странам. Если он остановится, вода океана уйдет к берегам США, что повлияет на изменение классов и видов морских обитателей.

В долгосрочной перспективе это уничтожит сельское хозяйство, затопив территорию, которая зависит от выращивания и распределения сельскохозяйственных культур. И хотя на восточном побережье Америки и в Западной Европе будет становиться холодно, температура на остальных территориях планеты станет расти.

Изменение климата вызовет одновременно пожары, цунами и ураганы. Картинка для человека не радужная. Это будет другой мир — то, чего люди раньше не знали. Скорее всего, цивилизация будет разрушена, если океанское течение Гольфстрим остановится.

Но об этом еще говорить рано, положение пока не настолько угрожающее. Современное климатическое моделирование показывает, что ослабление Гольфстрима может начинаться в текущем столетии максимум на 10—30% и только в том случае, если глобальное потепление будет продолжаться нынешними темпами.

Это уменьшит перенос тепла из тропиков в высокие северные широты через Атлантический океан. Но поскольку атмосферные температуры также растут из-за увеличения парниковых газов, местное охлаждение из-за уменьшения переноса тепла океаном в какой-то степени будет компенсировано, по крайней мере, так считают некоторые ученые.

Источник