Моделювання течії Гольфстрім

Блок 1. Резюме

Метою досліду є відтворення процесу утворення теплої поверхневої течії та дослідження впливу на неї обертання резервуара.

Блок 2. Попередня інформація

Гольфстрім є частиною глобальної циркуляції: тепла вода з Мексиканської затоки та Карибського басейну тече на північ. Вода в Гольфстрімі рухається з величезною швидкістю: більше ніж 6 кілометрів на годину. Біля берегів Гренландії вода, що охолола, опускається на дно; на глибині частина її йде на південь, а інша частина знову рухається вверх на поверхню. На своєму шляху до Європи Гольфстрім втрачає значну кількість енергії через випаровування, охолодження та численні бічні гілки, які зменшують головний потік. Однак він усе ще постачає достатньо тепла до Європи, щоб створити тут незвичний для цієї широти м’який клімат. Температура Гольфстріму біля поверхні становить +25…+26°C, а довжина течії до Шпіцбергена – близько 10 000 км.

Рис. 1.1. (а) – карта Гольфстріму Франкліна – Фолджера; (б) зображення Гольфстріму, зроблене за допомогою інфрачервоного спектрорадіометра із середньою роздільною здатністю (MODIS). (https://eoimages.gsfc.nasa.gov/images/imagerecords/0/681/gulf_stream_modis_lrg.gif)

На рис. 1.1 (а) зображена приблизна карта Гольфстріму Франкліна – Фолджера. Коли Бенджамін Франклін був поштмейстером колоній, він звернув увагу на скарги, що поштові кораблі, які вирушали з англійського порту Фалмут до Нью-Йорка, йшли на два тижні довше, ніж звичайні торгові судна з Лондона в Нью-Порт, розташований трохи на схід Нью-Йорка. Виявилося, що виною тому був Гольфстрім. Поштовими суднами командували англійські моряки, незнайомі з цією течією, а торговими суднами – американські моряки, які змолоду брали участь у морських промислах біля берегів Америки. За наполяганням Франкліна моряки стали наносити свої спостереження на карти, результатом чого стала перша карта Гольфстріму.

Температура течії коливається від 7 до 22 градусів Цельсія. Як видно з рис. 1.1 (б), основна течія Гольфстріму помітна як найтепліша вода темно-червоного кольору. Вона відходить від узбережжя біля мису Гаттерас (Північна Кароліна). Прохолодна шельфова вода з півночі затягується теплішими потоками з Чесапікської та Делаверської заток. Північна границя Гольфстріму виявляє дуже складну структуру, пов’язану з фронтальними нестійкостями, які приводять до обміну теплом між Гольфстрімом і прибережними водами. Слід зазначити, що течія Гольфстрім в умовах глобальних змін клімату уповільнюється. І ця тенденція триватиме й надалі. Згідно з наявними моделями за умови, що викиди газів продовжать зростати, в цьому столітті північноатлантична мережа течій може послабитися на третину.

Подібна тепла течія існує і в басейні Тихого океану. Це течія Куросіо, яка прямує на південний схід уздовж західного краю північної частини Тихого океану від східних берегів Північних Філіппін до східних берегів Японії.

Проте що змушує Гольфстрім та Куросіо текти вузькими теплими струменями, які зберігаються в океані на відстані багатьох сотень кілометрів? З досвіду ми знаємо, що струмінь, який виходить з вузькості (труби, каналу, річки) у великий басейн, швидко розширюється і втрачає швидкість, тому що під дією сил в’язкого тертя в потік залучається маса навколишніх вод. Ситуація з Гольфстрімом та Куросіо – інша. Енергія Гольфстріму постійно підживлюється гідродинамічним напором, що створюється у процесі обертання Землі. І коли вплив обертання стає меншим, як у зоні Північноатлантичної течії, то спостерігається зменшення швидкості та збільшення ширини потоку.

Блок 3. Обладнання

Обертова платформа, резервуар з квадратною основою, трубка, пляшка, вентиль, барвник.