Феномен сближения и расхождения морских границ

Для понимания океанической структуры обычные меры расстояния - мили или метры - бывает целесообразно заменить специальными, в которых расстояние разделено на скорость передачи, если говорить обобщенно, какого-то сигнала, а конкретно - изменения количества движения, температуры, солености и других субстанций. Поскольку все изменения в основном происходят на границах океана, специальные меры расстояния нужны, чтобы измерять их в направлении к границам. По пути от границы сигнал во многих случаях рассеивается (например, когда передается механизмом диффузии), поэтому глубина, на которую сигнал проникает, оказывается зависящей от его продолжительности. Кратковременные сигналы даже в мелководных частях океана не достигают дна. Например, суточные колебания температуры воды на поверхности неразличимы уже на глубине примерно 10 м.

Скорость передачи сигнала диффузией, выраженная коэффициентом диффузии, имеет размерность квадрат длины, деленный на время. Такую же размерность имеет коэффициент кинематической вязкости и коэффициент температуропроводности. В перечисленных случаях (диффузия, трение, температуропроводность) расстояние - время должно вычисляться по формуле

(130)

где t_x - расстояние в единицах времени, т. е. время движения сигнала, x - расстояние в единицах длины, K - коэффициент диффузии, или теплопроводности, или вязкости, χ - безразмерный коэффициент, учитывающий ослабление сигнала.

Решая уравнение диффузии при различных граничных условиях, можно найти значения коэффициента ослабления сигнала. Назовем простейшие случаи, когда длительность сигнала не меньше, чем время распространения:

1) если сигнал от одной граничной поверхности достигает другой и теряет в пути 0,1 своего значения, то χ = 1. Пример: на дне моря поддерживается постоянная концентрация загрязнителя (длительный незатухающий сигнал); глубина моря равна 1000 м; коэффициент диффузии постоянен и равен 8,6 м²/сутки, или 1 см²/с; время до выхода загрязнений на поверхность в концентрации 0,9 от придонной, согласно формуле (130), будет равно 317 годам;

2) если сигнал от граничной поверхности теряет 0,99 своего начального значения (достигает ли он другой граничной поверхности - безразлично), то χ = 0,07. Пример: условия задачи прежние; ответ: время до выхода загрязнений на поверхность в концентрации 0,01 от придонной составит 22 года;

3) сигнал от одной поверхности еще не достиг другой поверхности. Эта ситуация называется условием бесконечно глубокого (широкого) моря. Ослабленное наполовину значение сигнала находится на удалении x от исходной поверхности, χ = 1,1.

Расчеты перемешивания и течений показывают, что океаническое пространство анизотропно: оно передает влияние граничных поверхностей с разной скоростью в разных направлениях. Например, наиболее быстрые течения на экваторе могут перенести воду Атлантики от западного до восточного берега за 50 суток, тогда как в Центральной Атлантике, где нет течений, пересекающих океан, для переноса и почти полного замещения вод (x = 1) путем перемешивания потребовалось бы около 100 лет. Поэтому воды от одного берега быстрее достигают другого, если движутся окольной дорогой циркумграничных течений. Еще больше времени необходимо для переноса вод путем перемешивания в вертикальном направлении. Полное обновление вод у дна при этом процессе может происходить за тысячи лет. Учесть неоднородные свойства пространства в структуре океана можно c помощью разрезов и карт, построенных в особом анизотропном пространстве - времени, где расстояние от границы будет зависеть от скорости поступления вод от этой границы. При этом обычное пространство как бы деформируется и происходит сближение или расхождение граничных поверхностей.

Рис. 34. Участки рельефа и зоны в океане.