ВЕРХНИЙ МИЛЛИМЕТР ОКЕАНА

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Едва заметные события, происходящие в тонком пленочном слое жидкости, покрывающем семьдесят процентов земной поверхности, играют решающую роль в благополучном развитии жизни на Земле. При уменьшении до масштаба настольного глобуса толща воды в океане сокращается до толщины кожицы лука. С планетарной точки зрения важнейшим аспектом океана является не его глубина или объем воды в нем, а его поверхность: это самая обширная и самая однородная природная среда на нашей планете. Через 360 миллионов квадратных километров площади его поверхности проходят 70 процентов солнечной энергии, поглощаемой Землей, наибольшая часть потока пресной воды, большая доля годовой продукции двуокиси углерода и кислорода, многотонная масса вещества в виде мельчайших частиц… и неизмеренное количество загрязняющих продуктов, образуемых человечеством. Лишь в последние несколько лет человек начал усиленно и детально изучать поверхность океана и выяснять, как ее свойства влияют на перенос через нее материи и энергии.



Раньше океанографы по традиции писали «поверхность» на этикетке любой пробы воды, зачерпнутой ведром, спущенным с борта судна. Эта точка зрения меняется по мере познания нами детальной структуры поверхности океана. Если применить логарифмическую шкалу для составления поперечного разреза океана – от размера молекулы, лежащей на поверхности, до максимальной глубины около десяти километров, – то верхний миллиметр будет соответствовать в точности верхней половине океана. Таким образом, в качестве поверхности удобно рассматривать всю эту верхнюю половину океана (логарифмического). Применение логарифмической шкалы глубин не просто методический прием. Скорее, этот способ служит реалистическим и плодотворным путем к пониманию того, насколько сложна поверхность океана. Он дает простор для показа многочисленных взаимосвязанных процессов, происходящих у поверхности, помогает выявить их весьма различные масштабы по глубине. С точки зрения происходящих событий и развертывающихся процессов верхний миллиметр океана представляет такое же обширное поле для исследований, как и нижняя «половина» океана.
Верхний миллиметр океана стало принятым называть микрослоем. В качестве примера сложности процессов, происходящих в этом слое, рассмотрим, как сквозь него происходит перенос двуокиси углерода. Это имеет очень важное значение, потому что в результате сжигания ископаемого топлива в ближайшие двадцать лет выделится такое количество углекислоты, что ее содержание в атмосфере возрастет более чем в два раза-с 320 частей на миллион, по крайней мере, до 650 частей на миллион. Никто сегодня не может с уверенностью предсказать, как быстро этот избыток газа будет поглощен океаном и какое влияние на мировой климат окажет избыточное количество двуокиси углерода, которое будет оставаться в атмосфере.
Несколько лет тому назад «коэффициент вариации», приводимой в публикациях величины скорости переноса двуокиси углерода через поверхность океана, составлял 330 (если учесть как лабораторные, так и полевые данные). Такая неопределенность оценок объяснялась тем, что мы не знаем, какие существенные переменные участвовали в этом процессе, но постепенно мы стали в них разбираться. Например, скорость переноса через спокойную поверхность может возрасти в четыре раза при появлении на ней малейшей ряби, благодаря которой утончается ламинарный пограничный слой, через который газ переносится посредством молекулярной диффузии. При большом волнении эта скорость может возрасти еще вдвое. Поль Ф. Твитчелл из Управления научных исследований военно-морского флота США недавно показал, что нейстон – мельчайшие растения и животные, обитающие в этом микрослое, -может троекратно увеличивать испарение воды (а также предположительно и перенос газа) благодаря перемешиванию ламинарного слоя своими жгутиками. Конечно, нейстон еще больше осложняет дело, потому что он потребляет двуокись углерода, когда этот газ проходит сквозь микрослой. Только эти три выявленных фактора заставляют учитывать возможность сорокакратного изменения скорости переноса. Вполне вероятно, что органическое вещество, плавающее на поверхности (множитель два?), белые барашки на гребнях волн (множитель три?) и турбулентное движение как воздуха, так и морской воды (еще раз множитель три?) представляют собой важнейшие из остающихся переменных.
На основании оценок количества двуокиси углерода, выброшенного в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу в прошлом столетии, мы знаем, что этот газ удаляется из атмосферы быстрее, чем можно было бы ожидать, учитывая известные пути его удаления. Верхний стометровый слой океана, перемешиваемый ветром, во всякое время находится в большем или меньшем равновесии с атмосферой; он не может ни поглотить, ни пропустить на глубину более значительное количество двуокиси углерода, потому что вертикальное перемешивание слоев океанской воды происходит в очень малых размерах. Время пребывания глубинных вод, образующих 90% объема океана, составляет около тысячи лет. Непосредственно с атмосферой эти воды сообщаются только в приполярных областях, так что двуокись углерода поглощается ими очень медленно. Еще один путь углекислоты в глубинные слои, возможно, в значительном объеме до сих пор не принимался в расчет-это потребление и выделение в виде фекалий атмосферной двуокиси углерода нейстоном: углеродная составляющая фекальных комочков и погибших организмов погружается в глубинные воды. Как только углерод оказывается включенным в частицу, достаточно крупную для того, чтобы утонуть, ему нужно погрузиться всего на сто метров, чтобы резко уменьшить время нормальной консервации двуокиси углерода в перемешанном слое.

Оставить комментарий