Экспериментальные модели реальных океанских водопадов

Эксперимент Эллисона и Тэрнера — это грубая модель реального океанского водопада, не учитывающая целый ряд дополнительных факторов, которые должны быть включены в более реалистичную модель. Основные из этих факторов — сила Кориолиса и трение. Сила Кориолиса возникает вследствие вращения Земли; она действует на движущийся объект в направлении, перпендикулярном его скорости. Если объект движется вдоль меридиана, сила Кориолиса отклоняет его вправо в Северном полушарии и влево в Южном. В водопаде Датского пролива сила Кориолиса заставляет воду прижиматься к правой стенке канала и подниматься там, так что ее уровень у правой стенки примерно на километр выше, чем у левой. Точно так же под действием силы Кориолиса соленый средиземноморский поток заворачивает вправо после того, как покидает Гибралтарский пролив; водопад, который при этом образуется, оказывается вытянутым вдоль побережья Испании.


Некоторые дополнительные факторы при анализе океанских водопадов попытался учесть П. Смит из Массачусетского технологического института. В 1973 г. он поставил эксперимент, в котором сила Кориолиса возникала благодаря вращению лабораторного стола; в модели учитывалось и придонное трение (между потоком и дном бака). Впоследствии, уже в теоретической модели, он ввел трение между потоком в водопаде и вышележащими слоями воды; трение учитывалось как «вовлечение» — перемешивание между различными слоями жидкости. Как свидетельствует теоретическая модель, величина скорости перемешивания, измеренная в Датском проливе, согласуется с предположением, что в динамике водопада придонное трение играет более важную роль, чем трение между соседними слоями воды. Смит пришел также к выводу, что придонное трение доминирует в начале водопада, тогда как вовлечение становится существенным ниже по потоку.


За последние несколько лет Дж. Прайс и М. О'Нил из Вудс-Хола усовершенствовали модель Смита: использованная ими формула для вовлечения была выведена на основании детального изучения перемешивания в верхнем слое океана. Работая в сотрудничестве с Т. Санфордом из Вашингтонского университета и Р. Луеком из Университета Джонса Гопкинса, они измеряли скорости течений, температуру и соленость в Гибралтарском водопаде. Сравнение наблюдений с моделью показывает, что рассчитанное по модели распределение плотности воды в океанском водопаде близко к реальному. Из этих данных можно также сделать вывод (согласующийся с выводом Смита), что основную роль в торможении воды играет придонное трение, по крайней мере, при условии, что скорость не превышает некоторого критического значения (в противном случае происходит интенсивное перемешивание водопада с окружающей водой). Однако, в отличие от Смита, эти исследователи пришли к выводу, что в начале водопада важную роль играет вовлечение, тогда как придонное трение «вступает в игру» ниже по потоку.


Остается неясным, в какой мере результаты теоретических моделей и лабораторных экспериментов, в которых вращающиеся столы имеют ограниченные размеры, можно отнести к реальному океану, где турбулентность, похоже, более интенсивна и где рельеф дна вносит неизвестный нам вклад в процессы придонного трения и перемешивания. Непосредственные измерения величины трения и интенсивности перемешивания у дна начинают выполняться только сейчас. Таким образом, пока остается неясным, насколько величина трения, использованная при расчетах, соответствует реальному океану; нужны новые данные, лишь они позволят решить, можно ли считать приемлемыми предположения, использованные в моделях, или их следует пересмотреть. Дешевая виагра тут.


>

Вход для партнеров

Логин
Пароль