В отличие от течений других океанов, течения Индийского океана имеют различный характер в период зимнего и летнего муссонов. Летом у берегов Сомали зарождается течение, подобное Гольфстриму и Куросио, направленное на север.

Сегодня уже известно, что для океанических движений, масштабы которых соизмеримы с размерами океанов, характерен особый вид колебаний. Эти колебания представляют собой длинные (размером в несколько сотен километров) планетарные волны, названные по имени своего открывателя — шведского геофизика Карла Густава Аренда Россби волнами Россби. Подобные волны существуют и в атмосфере, но там их размеры в десятки раз больше. Для того чтобы возникли волны Россби, необходимо какое‑то внешнее возмущение, которое бы отклонило огромные воздушные или водные массы в направлении север — юг. В результате возникающих при вращении Земли сил появляется горизонтальное колебание этих масс, которое распространяется на запад. И вот именно здесь становится понятной; роль муссонов в зарождении двух типов течений в Индийском океане — летнего и зимнего. Эти ветры и служат тем внешним возмущением, которое приводит в движение водные массы.

В летний период муссона ветер меняет свое направление на 180°, увлекая огромные массы воды в направлении север — юг. Это совершенно изменяет характер течений в Индийском океане. Они становятся более интенсивными и проникают на большую глубину. Волны Россби распространяются на запад и несут с собой энергию, полученную внутри океана. Эта энергия «накапливается» у берегов Сомали, где спустя некоторое время возникает мощное Сомалийское течение — аналог Гольфстрима. Таким образом, на протяжении шести месяцев структура системы течений в Индийском океане полностью совпадает со структурой течений в остальных океанах.

Схема расположения приборов на автономной буйковой станции (АБС): 1 — радиоотражатель; 2 — буй (поплавок); 3 — трос; 4 — автономные регистрирующие приборы; 5 — якорь.

А теперь продолжим наш рассказ об эксперименте в Аравийском море. Он проводился в квадрате, каждая сторона которого составляла 5°, при помощи семи автономных буйковых станций (АБС). Такие станции представляют собой поплавок на поверхности моря, к основе которого прикреплен крепкий металлический трос длиною в тысячи метров. Другой конец троса заякорен на дне, а между якорем и поплавком (буем) устанавливаются самопишущие измерительные приборы. Во время работ на Аравийском полигоне такие приборы работали на глубине до 1200 метров на протяжении двух месяцев.

Целью советских ученых было изучение океанических движений во времени и пространстве. Эксперимент увенчался успехом. Последующие расчеты показали, что во время работ на полигоне через него прошел холодный океанский циклон. Так впервые в океанографии целенаправленными измерениями было подтверждено, что в океане существуют вихревые образования — циклоны и антициклоны. В силу того, что их размеры меньше размеров крупных океанских течений и больше размеров мелкомасштабных движений в океане, для них был принят общий термин — синоптические движения, по аналогии с физически подобными возмущениями в атмосфере.

Результаты, полученные во время Аравийского эксперимента, далеко превзошли даже самые смелые ожидания. Была доказана тесная связь между волнами Россби и вихрями в океане. По этому поводу американский ученый П. Райнз сказал: «Слабые вихри — это волны». Действительно, общим у них является то, что и те, и другие — осциллирующие (зачастую синусоидальные) и распространяются на запад на огромные расстояния. Тем самым они способствуют переносу энергии к западным берегам океанов и интенсифицируют течения в этих районах.

Вопрос о циклонах и антициклонах заинтересовал не только советских ученых, но и их американских коллег. В этом плане особую известность получила экспедиция на американском судне «Эрайез» в 1959–1960 гг. Эта экспедиция должна была провести ряд глубоководных исследований течений Атлантического океана. Считалось, что они перемещаются равномерно на север со скоростью меньше сантиметра в секунду. Но во время проведения эксперимента поплавки двигались хаотически, причем со скоростью, достигавшей на глубине четырех километров 10 сантиметров в секунду. Это открытие привело к изменению программы работ. Окончательная обработка данных позволила предположить, что открыты вихревые образования диаметром почти 200 километров, с временным периодом от нескольких недель до нескольких месяцев и с большой энергетической плотностью. Ученые пришли к выводу, что для более тщательного изучения этих образований необходимо провести долговременный эксперимент с более густой пространственной сеткой измерений.

Вихри в океане и атмосфере

Большинство людей считает, что вихрь — это круговое движение. Обычно это понятие связывается с явлениями, наблюдаемыми в водных потоках, ручьях, а также с воздушными вихрями. Нам трудно себе представить вихревое образование, чьи размеры по горизонтали исчисляются несколькими сотнями километров, а в высоту достигают несколько километров. Таковы обычно масштабы вихрей в океане, а в атмосфере они в десятки раз больше. Характерное время[3] океанических вихрей несколько месяцев, а атмосферных — всего несколько дней. Но несмотря на эти отличия, и океан и атмосфера _ генерируют вихревые образования — циклоны и антициклоны, которые, перемещаясь в пространстве, переносят водные и воздушные массы на огромные расстояния.

Как уже отмечалось, после усреднения за продолжительный отрезок времени элементы атмосферной циркуляции, связанные с вихрями в атмосфере, исчезают. Означает ли это, что влияние вихрей на глобальные процессы в атмосфере несущественно? Прежде чем ответить на этот вопрос, сделаем небольшое отступление в области термодинамики. Все знают, что молекулы находятся в непрерывном движении и постоянно взаимодействуют друг с другом. Внешним выражением движения молекул в твердых телах, жидкостях и газах является температура. Что же произойдет, если мы возьмем, например, металлический прут и нагреем его с одного конца? Молекулы в этом конце начнут двигаться быстрее и станут чаще сталкиваться друг с другом. Более быстрые молекулы, ударяясь о более «ленивые», отдадут им часть своей энергии, в результате чего постепенно движение всех молекул станет более интенсивным, т. е. повысится температура и в том конце, который не нагревался.

Когда мы приготовляем себе пищу на электроплитке, конечно, никто из нас даже не думает о том, какую бесценную услугу оказывают нам молекулы, переносчики тепла. Мы их не видим, да и кто станет задумываться над этим, когда всех интересует лишь конечный результат нагревания. Однако это невидимое движение волнует ученых.

А теперь снова вернемся к атмосфере. Выражаясь образно, циклоны и антициклоны — это гигантские молекулы диаметром в тысячу километров, которые играют в общей циркуляции атмосферы совершенно определенную роль. Их задача — извлекать энергию из тех областей, где она наиболее сконцентрирована (например, в экваториальной и тропической областях), и переносить ее в места, где ее немного (например, на север). Эти «гигантские молекулы» привлекли пристальное внимание ученых тогда, когда встал вопрос о механизмах движений в атмосфере, а точнее, о структуре движений. В этом смысле циклоны и антициклоны, хотя они и недолговечны, подробно «рассказывают» о сущности атмосферных процессов, оставляя и свой след в состоянии атмосферы.

Нам все еще неизвестно, каково значение океанических вихрей для общей циркуляции океана. Ответить на этот вопрос нам поможет некоторая аналогия между движением в атмосфере и океане. Но несмотря на то, что океанические вихри — аналоги атмосферных, все же нельзя с уверенностью утверждать, что их значение такое же, как и атмосферных. Прежде необходимо подробно рассмотреть структуру вихрей в океане, их поведение, эволюцию и т. д. И только тогда можно дать однозначный ответ на вопрос, откуда берется энергия в океане, куда она уходит и какова роль вихрей в формировании динамики океана.