Аннотация: Статья Гольфстрим - это попытка приоткрыть тайну "загрузки" колоссальной тепловой энергии в поток воды.
НАУКА/ЗЕМЛЯ. Фрагменты статьи "Зачем ученые исследуют морские течения и на что способен Гольфстрим?"
"Гольфстрим берёт начало в экваториальной зоне океана неподалёку от Багамских островов".
Рисунок 1.
Данные из Википедии: "Температура у поверхности составляет +25...+26 №C, на глубине 400 м +10...+12 №C. Гольфстрим является мощным струйным течением шириной 70-90 км, распространяющимся с максимальной скоростью до нескольких метров в секунду в верхнем слое океана, быстро уменьшающимся с глубиной (до 10-20 см/с на глубинах 1000-1500 м). Полный расход воды в течении имеет порядок 0,1 км³/с".
Указанные в статье факторы, никак не связаны с температурой потока, то есть не представляется источник тепловой энергии.
Еще цитата.
"В настоящее время Гольфстрим изучен достаточно хорошо, измерена сила его потока и установлено, что он представляет собой целую сеть крупных и относительно небольших течений, причиной появления которых стало вращение Земли и пассаты - ветры, дующие в экваториальном поясе планеты".
В этом фрагменте упомянуты ветры и вращение Земли, но, опять же, нет источника тепловой энергии. Пассаты - ветры, как бы способны нагреть воду Гольфстрима до 25 градусов, но так ли это? Попытаемся выяснить.
Справка из Википедии: "Средние температуры летних месяцев меняются с широтой в пассатной зоне от +20 до +25 - +27˚".
Температура пассатных ветров равна от 20 до 27 градусов, что совпадает с температурой воды в Гольфстриме. Но в Википедии есть такие строки: "...в воздухе пассатов создаётся сильно выраженная неустойчивость стратификации и развивается интенсивная конвекции". Осмыслив эту информацию, можно утверждать, что возможная теплопередача от ветров к потоку, не стабильна.
Более того, с самого начала, поток устремляется в более высокие широты. Что это означает? На основании этого, можно предположить, что протяженность потока, где он набирает энергию от пассатов, меньше протяженности пути, когда Гольфстрим ее отдает. В связи с тем, что температура воздуха в северных широтах, значительно ниже, чем в экваториальной части, градиент передачи тепловой энергии будет бОльшим, чем градиент накопления тепла в начале пути. К тому же масса потока к концу пути значительно уменьшается. Эти факторы дают понимание того, что при таких условиях Гольфстрим расходовал бы всю тепловую энергию раньше, чем он достигнет северных широт.
Но Гольфстрим все же доходит до северных морей. В конце своего пути Гольфстрим обогревает северные страны, делает климат мягче.
Вывод. Пассатные ветры могут частично принимать участие в формировании потока, но не способны обеспечить, в достаточной мере, энергетические параметры Гольфстрима.
Примерные параметры потока определены, но нет главного. Не просматриваются источники энергии, которые обеспечили Гольфстрим теплом. Стоит вопрос. Откуда в нем столь большая энергия, по сути, которой достаточно сделать климат в скандинавских странах, мягким? Моря, омывающие берега самой северной страны Норвегии не замерзают. Судоходство круглогодичное.
В публикациях можно найти, что тепловые потоки образованы тепловым воздействием Солнца. Если рассматривать эту версию, однозначно можно заключить, что она более чем сомнительна. Солнце может нагревать поверхностную воду океана днем, но в ночные часы она охлаждается, а если учесть сезонное нагревание воды Солнцем, то не факт, что зимой вода больше нагревается днем, чем охлаждается ночью. К тому же, нагретая вода днем, постепенно распространяется сравнительно тонким слоем по поверхности, что никак не связывается с масштабом потока и его глубиной. Из этих размышлений можно понять следующее. Передача солнечной энергии потоку так же не стабильна.
Вывод. Гольфстрим не может иметь источники энергии, которые весьма нестабильны. Количество тепловой энергии, стабильность ее поступления, дает возможность утверждать, что потоку необходимо иметь постоянный источник тепла, который его создаст и будет формировать.
Попытаемся взглянуть на проблему с другой точки зрения.
Гольфстрим несет тепловую энергию круглый год и много лет. Это говорит о том, что источник тепла, который создает поток, постоянно действующий, как и сам Гольфстрим, он стабилен!
Откуда в Гольфстриме тепловая энергия? Вопрос, на который нет ответа. Вышеизложенные рассуждения подтверждают эту мысль.
Что же греет воду Гольфстрима? Если предположить, что воду греют погасшие вулканы, расположенные в глубинах океана? В данном случае, нет прямого контакта воды с магмой, но вода через тонкую гранитную перемычку подогревается интенсивно. В связи с тем, что плотность нагретой воды ниже, она выталкивается на поверхность. Мощнейший теплый поток устремляется в верхние слои океана.
Достаточно ли глубинного тепла, чтобы запустить океаническую циркуляцию? Попробуем рассмотреть этот вопрос и доказать, что альтернативы постоянно действующему источнику тепла для Гольфстрима, нет.
Для доказательного расчета, используем три ключевые данные, которые помогут разобраться в тайнах Гольфстрима.
"Количество приходящей к Земле солнечной энергии 10^24 Дж/год, энергия всех океанических течений - 10^22 Дж/год, суммарная энергия из недр Земли - 10^21 Дж/год.
Проведем анализ участия каждой цифры в образовании Гольфстрима.
1. Итак, солнечная энергия, которая нагревает Землю равна - 1*10^24 Дж/год. Действие такого количества солнечной энергии имеет временной период, равный одному году. Просчитаем, сколько солнечной энергии потребляет Земля за одну секунду.
Количество секунд в году - 31 536 000 секунд.
Тогда солнечная энергия, потребляемая Землей за секунду, будет равна:
Определим необходимое ежесекундного количество тепла для нагрева потока Гольфстрим.
Определяем потребное количество энергии, чтобы нагреть в начальной стадии Гольфстрим до 25 градусов и поддерживать эту температуру ежесекундно.
Исходные данные. Ежесекундный расход потока от 50 000 000м^3 до 80 000 000м^3 в сек. Температура воды 25 градусов. Для простоты расчета примем начальную температуру донной воды равную нулю.
Расчет для объема в 50 000 000 м^3.
Из физики известно, что для нагрева 1 кубометра воды на 1 градус тратится примерно 1,17 кВт-час (1170 Ватт-час) энергии.
Или 1170 *3600 =4212000 Ватт-сек. (Дж)
Для нагрева одного кубометра воды до 25 градусов, потребуется:
4212000 * 25 = 105 300 000 Ватт-сек. (Дж)
Потребное количество тепла для ежесекундного (постоянного) нагрева воды
с расходом 50 000 000 м^3/сек:
50 000 000*105 300 000 = 5,265* 10^15 Дж/сек.
Расчет для 80 000 000 м^3
80 000 000*105 300 000 = 8,424* 10^15 Дж/сек.
Сравниваем количество тепла, приходящего на Землю от Солнца за каждую секунду с потребным секундным теплом для Гольфстрима. Для этого разделим необходимое количество тепла для Гольфстрима на солнечную энергию.
5,265* 10^15 / 0,317*10^16 =1,67 раз. Потребность тепла для потока больше в 1,67 раза больше, чем способно дать Солнце.
Расчет для 80 000 000 м^3/сек.
80 000 000*105 300 000 = 8,424* 10^15 Дж/сек.
8,424*10^15 / 0,317*10^16 = 2.67 Потребность тепла для потока больше в разы, чем способно дать Солнце.
Рассматривая эти результаты, видим, что необходимое количество секундной тепловой энергии для нагрева Гольфстрима, необходимо больше, чем может дать Солнце. Причем, вся энергия Солнца должна быть сосредоточена в том в месте, где идет начальный процесс образования потока. Такое сосредоточение на ограниченном районе океана невозможно, Солнце обогревает всю площадь земного шара.
Надо помнить, что Гольфстрим не единственное теплое течение на планете.
2. Суммарная энергия из недр Земли - 10^21 Дж/год. Что это такое?
Надо отметить, что это не общая энергия недр Земли, а только её незначительная часть, то есть часть энергии ядра планеты, приходящая на поверхность Земли, через толщу коры. К тому же, нельзя забывать, что эта энергия тоже распространена по всей поверхности планеты. Исходя из этого, заключаем, что энергия, приходящая из недр Земли -10^21 Дж/год не может принять участие в обеспечении Гольфстрима тепловой энергией.
Несколько выкладок из публикаций.
"Запасы тепла Земли практически неисчерпаемы - при остывании только ядра Земли (не считая мантии и коры) на 1 №C выделится 2*10^20 кВт-ч энергии, что в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе, и в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества. При этом температура ядра превышает 6000 №C, а скорость остывания оценивается в 300-500 №C за миллиард лет.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров".
На основании этих данных, можно заключить, что в недрах Земли есть механизм передачи тепла воде. Гейзеры тому подтверждение.
Сравним еще две цифры.
3. Количество энергии всех океанических течений - 10^24 Дж/год. Откуда берется энергия для них? Вывод прост. И в этом случае солнечная энергия, как и приходящая с недр энергия, с учетом их распределения по поверхности планеты, могут быть крайне ограниченными источниками тепла для океанских течений. Во всяком случае, энергия Солнца, возможно, определяет незначительные течения.
Вывод. Гольфстрим не может быть сформирован энергией Солнца, или энергией, приходящей из недр, через толщу коры Земли.
Обратимся к школьному учебнику 9 класса.
"Закон сохранения энергии: энергия не возникает и не исчезает, она может превращаться из одного вида в другой, а также передаваться от одного тела к другому
Закон сохранения энергии является универсальным законом природы, которому подчиняются все явления".
Этот закон принуждает нас к пониманию того, что источником тепла для Гольфстрима является тепловая энергия ядра Земли. Как это происходит? Возможно, это постоянно действующий вулкан или вулканы, но совершенно определенно, что такой механизм, ЕСТЬ!
Альтернативы, едва ли при непосредственной теплопередачи тепла от мантии к воде, НЕТ!
Смотри рисунок 2.
Что происходит на поверхности? Представим себе, что наша планета идеальный шар. В этом случае, образовалась бы огромная воронка, заполненная теплой водой. Но мы помним, что на экваторе и полюсах, ускорения свободного падения имеют разные значения. На экваторе - g = 9.78м/сек2, а на северном полюсе - g=9.832 /сек2.
Планета Земля приплюснута. Поверхность Земли на экваторе больше удалена от ее центра, чем полюс. Это создает нечто похожее на "горку". Все видели, что ручей бежит с сверху вниз. Если строго говорить, то ручей спешит к месту где ускорение свободного падения больше. То же происходит и с теплым потоком Гольфстрим, он устремляется к полюсу Земли, где g = 9,832м/сек2, к полюсу, где расстояние между поверхностью и Центром Земли меньше, чем на экваторе. g=9,78 м/сек2.
Можно твердо утверждать, что условия подъёма нагретой воды с глубин океана и начать движение к полюсу есть и были!!!
НО возникает очень интересный вопрос. Почему поток быстро не разрушается в океанской среде, где температура значительно ниже? Ответ надо искать, скорее всего, в процессе передаче тепла. Передача тепла происходит постоянно, но этот процесс затруднен, так как при огромных запасах тепловой энергии, площадь соприкосновения между потоком и средой, сравнительно мала, что предотвращает большую и достаточную для разрушения потока, теплопроводность. Таким образом поток сам себя сохраняет. Вторая причина сохранения потока от разрушения в океанской среде, это большая масса, выходящей на поверхность нагретой воды. 50-80 млн м^3 в секунду. Такое количество избыточной воды, формирует ширину и глубину потока и заставляет его начать движение.
Каким же путем движется поток? Почему путь его так извилист и многие времена сохраняет свою форму и, со временем, не меняет направлений?
Обратимся к ручью. Путь его извилист, это позволяет ему обходить бугорки и препятствия. Что общего между ручьем и Гольфстримом? На первый взгляд, общего ничего нет, но Гольфстрим течет по тем же самым законом, и это, несмотря, что он движется по поверхности океана. У океана разные глубины. Там, где глубины сравнительно небольшие, дно создает подпор воды, который противодействует теплому потоку, тем самым заставляет его свернуть и двигаться по более глубокому пути.
Смотри рисунок 2.
Если взглянуть на изображение Гольфстрима, то оно позволяет понять, почему поток имеет ответвления.
Почему и, как это происходит? Обратимся к земному ручью. Пройдемся по его руслу. Находим на его пути лужицу, в которой скорость ручья уменьшается. Почему лужица образовалась? Думается, что есть препятствие, а у дна лужицы одинаковый по всей площади уровень. Лужица постоянно наполняется и находит свой дальнейший путь, но он может быть не один. То есть ручей, после лужицы может иметь два и даже несколько течений.
Примерно, по такому же сценарию Гольфстрим меняет свое направления и образуются ответвления.
По моему глубокому убеждению, все в Мироздании протекает по единым законам. Убеждаемся в этом еще раз. Ручей и огромный поток движутся по единым законам!!! В народе говорят: "Умный в гору не пойдет, умный гору обойдет!"
К месту рождения Гольфстрима устремляются холодные течения, чем пополняется ушедшая теплая вода.
Главная гипотеза, которой нет альтернативы.
Необходимое и достаточное условие появление Гольфстрима - это тепловая энергия ядра Земли. Только она может быстро и в больших количествах нагреть воду. Другие источники тепловой энергии могут частично участвовать в формировании Гольфстрима, но не могут ничего кардинально изменить.