Загадка теплых океанов сдалась компьютерной симуляции

Физики с помощью компьютерной симуляции показали, что необычное ступенчатое распределение воды в теплых океанах вызывается солевыми пальцами. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее краткое содержание приводится на сайте Американского физического общества.

Воды в океанах обычно распределяются по слоям разной температуры и солености, и нижние слои обычно более холодные и соленые. Холодная и соленая вода имеет большую плотность, чем теплая и менее соленая, поэтому такое распределение неудивительно.

Однако в некоторых местах океанов, особенно в южных широтах, наблюдается аномальное распределение плотности. Верхние слои воды в этих местах теплые, но из-за сильного испарения содержат больше соли и имеют большую плотность, чем нижние. Интересно, что плотность и соленость в глубину меняется не постепенно, а ступенями толщиной от 10 до 30 метров - океан в таких местах разделен на достаточно устойчивые слои, площадь которых составляет сотни квадратных километров.

Ученые разработали ресурсоемкую гидродинамическую модель (без использования периодических границ) и провели симуляцию поведения воды с разной соленостью и температурой. Оказалось, что из состояния с плавным распределением температуры и солености в слоистое состояние система переходит самопроизвольно, а главную роль в этом играют солевые пальцы.

Гипотеза солевых пальцев была предложена еще в 60-е годы прошлого века, однако показать ее справедливость в настолько подробном моделировании до сих пор не удавалось. Солевые пальцы представляют собой выпячивания верхнего слоя жидкости, которые быстро падают вниз. Высокая скорость и устойчивость их движения объясняются тем, что скорость диффузии тепла гораздо выше скорости обмена солью. Падая вниз, солевой палец быстро приобретает температуру окружающего слоя, но не теряет солености. Из-за этого он оказывается тяжелее окружающего слоя и устремляется еще ниже.

Проведенное авторами статьи моделирование показало, что образование солевых пальцев самопроизвольно приводит к расслаиванию жидкости в океанах, - там, где скорость испарения оказывается достаточно высокой.