Плавательные силы: Что мешает океаны
Мощь воздействия ветров и приливов на мировой океан оценивается примерно в 1012 Вт для каждого из них. Это огромные количества, и они оказывают прямое влияние на температуру, перемешивание соленых и пресных вод. Потому климатологи и метеорологи давно в курсе этого фактора и учитывают его во всех своих математических моделях.
Однако еще один фактор обычно ускользает от внимания ученых. Это живые плавающие создания. А ведь они тоже в процессе плавания неизбежно вырабатывают механическую энергию. Насколько значительно это воздействие? Океанологи задаются этим вопросом не один десяток лет. Прямой расчет приводит почти к той же цифре, что и для ветров с приливами. При этом стоит учесть, что, в общем-то, вся эта энергия прикладывается к верхнему обитаемому слою воды глубиной лишь 3 км. Тогда получается, что «пловцы» усиливают перемешивание воды примерно в тысячу раз, в сравнении с естественным при той же температуре. Даже ветра и приливы трудно с этим сравнивать. Примерно треть перемешивания воды океана обеспечена населяющими его жителями.
Однако это лишь крайне грубые прикидки — настолько, что возникает резон усомниться в их реалистичности. И чтобы проверить их, ученые решили провести аналогичные расчеты, но подойдя к проблеме с другой стороны. Они решили изучить плавание отдельно взятого морского создания — а затем умножить его воздействие на примерное количество плавающих в океане существ.
Работу эту проделали американские ученые Жан-Люк Тиффо (Jean-Luc Thiffeault) и Стивен Чайлдресс (Stephen Childress). Они создали математическую модель, которая некоторой приемлемой точностью описывает перемешивание воды, которое создает отдельный пловец. Разумеется, пловец абстрактный, в виде сферы или цилиндра.
Оказалось, создаваемое таким «биологическим» путем перемешивание — куда более сложный процесс, чем считалось. К примеру, подсчитав эффект, который производит сфера диаметром 1 см, двигаясь в воде на скорости 1 см/с (эти параметры примерно соответствуют креветке), ученые показали, что в окружающих слоях воды перемешивание происходит на несколько порядков слабее, чем под влиянием градиента температуры. Казалось бы, это опровергает предыдущие выкладки: живые «пловцы» не вносят существенного вклада в перемешивание мирового океана. Но это лишь видимость.
Сами Тиффо и Чайлдресс подчеркивают, что этот результат крайне чувствителен даже к параметрам исходной модели — к примеру, тому, как именно взаимодействует плывущая сфера с частицами воды. В ней не учитываются ни манера движения «пловца», ни даже возможность плавания в стае — а последний фактор способен сразу и резко повысить влияние на перемешивание. По мнению ученых, если бы они сумели включить в свои расчеты все эти параметры, результат был бы больше на много порядков.
Заметим от себя, что не учтенные Тиффо и Чайлдрессом факторы могут оказывать и обратный эффект — к примеру, обтекаемая форма плавающих существ, которая существенно снижает турбулентные эффекты и, соответственно, влияние пловца на перемешивание.
В любом случае, ученые намерены работать над уточнением и совершенствованием своей модели. Для ответа на вопрос о степени влияния плавающих существ на океан придется подождать. А пока можно прочесть интересную статью о боевых пловцах — дельфинах: «Настоящие звери».
По сообщению physics arXiv blog