НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ ЯВЛЕНИЯ “ЭЛЬ-НИНЬО”

Зродников В.С., Вальчук Т.Е.

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН,  Троицк, Россия

e-mail: valchuk@izmiran.ru

До настоящего времени причина периодически возникающего явления “Эль-Ниньо” окончательно не установлена. Сильные события «Эль-Ниньо» наблюдались в годы: 1790-1793; 1828;1876-1878;1891;1925-1926;1982-1983 и 1997-1998. Особенно разрушительные последствия “Эль-Ниньо” отмечались в двух последних событиях.

В начальной фазе явления “Эль-Ниньо” представляется важным моментом отождествление предвестника, являющегося, возможно, тем самым «пусковым механизмом», наличие которого вызывает мощную реализацию накопленной в океане тепловой энергии. Быстрая передача тепловой энергии от океана к атмосфере приводит к ураганам, смерчам, ослаблению пассатных ветров, а также известному блокированию апвеллинга в районе Перуанского течения.

В мае 1997 г. метеорологические спутники, оборудованные ИК-приемниками, зафиксировали резкое увеличение температуры поверхностного слоя воды до 30ºС, что на 4-5 ºС выше обычного, в районе Южного тропика, вблизи перуанского побережья Тихого океана. Размеры «пятна» нагретой воды быстро увеличивались; причем характерной особенностью нагретого пятна являлась его аномально малая толщина – всего около 10-12 см. После этого наблюдения в декабре 1997 г. разразилось сильнейшее “Эль-Ниньо” с серьезными погодными катаклизмами.

В обширной литературе, посвященной явлению “Эль-Ниньо”, появление перегретых поверхностных слоев воды принимается, как наблюдательный факт, и не находит должного обсуждения. Сопоставление этих наблюдений с развитием «Эль-Ниньо» представляется весьма существенным, поскольку именно эти поверхностные температурные аномалии позволяют объяснить сезонное время максимального проявления “Эль-Ниньо” в период Рождественских праздников и мощность экстремальных погодных проявлений. Совершенно логичными выглядят объяснения быстрого нагрева поверхности воды изменениями ее оптических свойств. Экспериментальная работа была выполнена группой профессора МГУ им. М.В. Ломоносова Г.Г.Хунджуа : возникло предположение, что нагрев слоя воды обусловлен фитопланктоном; и авторы  провели модельный эксперимент добавляя в воду взвесь. При этом температура воды, содержащей взвесь,  в модельном эксперименте увеличивалась на 2-3 ºС.

Летом 1997 года спутник Sea WiFS зафиксировал необычное «цветение» кокколитофорид в Беринговом море; температура этого поверхностного слоя воды, отличавшегося молочно-аквамариновымо цветом, была на 3ºС выше окружающей поверхности моря. Эта ситуация сохранялась с июня по октябрь 1997 г.; толщина неперемешивающегося слоя воды составляла несколько метров. Можно предположить, что в тропической части Тихого океана, у побережья  Чили, Перу и Эквадора возник бурный рост фитопланктона, который вызвал резкое увеличение температуры поверхностного слоя воды на ∆Т = 4 ºС, когда в 1997 г.океанская вода прогрелась до 30ºС. Однако, это предположение наталкивается на серьезный и неоспоримый факт: спутник Sea WiFS, зафиксировавший «цветение» кокколитофорид в Беринговом море, не обнаружил окрашенного «цветения» фитопланктона в это же самое время в районе потенциального зарождения “Эль-Ниньо”– в Тихом океане у берегов Южной Америки. Тем не менее, возможное объяснение имеется: с нашей точки зрения, кандидатом на роль «взвеси», существенно изменяющей оптические свойства океанской воды, может служить фотосинтезирующая морская бактерия “ Prochlorcoccus” с характерным размером ~ 0,6 мкм. Она была открыта в 1988 г. с использованием проточного цитометра, по рассеянию лазерного излучения в морской воде. Установлено, что в отдельные сезоны половина объема фотосинтеза, происходящего в морях, осуществляется за счет морской бактерии “Prochlorcoccus”.

Известно, что солнечная постоянная практически не меняется даже в периоды высокой солнечной активности; а температура поверхности океана в тропических широтах также, в основном, неизменна и составляет ~ 26 ºС. Резко измениться может только оптическая толщина для распространяющегося в океанской воде солнечного излучения. Спектральный диапазон солнечного излучения, падающего на поверхность океана, можно условно разделить на две примерно равные части: область видимого излучения 370-700 нм, проникающего на десятки-сотни метров в глубину чистой океанской воды, и на область ближнего инфракрасного излучения 700-3000 нм, проникающего в глубину чистой воды всего на несколько метров. Ситуация  резко меняется, если в воде появляется  взвесь, например, нано- или пикофитопланктон. Частицы этого фитопланктона с размерами, сравнимыми с длиной волны, интенсивно рассеивают инфракрасное излучение; глубина проникновения солнечного излучения, сосредоточенного в спектральном диапазоне 700-3000 нм, уменьшается до 0,1 - 0,2 м. В инфракрасном спектральном диапазоне содержится половина падающего на поверхность воды солнечного излучения. Поэтому в тонком поверхностном слое толщиной 0,1-0,2 м на порядок величины возрастает удельное энерговыделение, что приводит к увеличению температуры воды в относительно тонком поверхностном слое.

Распространение излучения в океанской воде описывается уравнением Ламберта–Бэра :

I = I₀  exp (-k L)        [Вт/м²],                                                             (1)

де I_{0 –} интенсивность излучения на поверхности, измеряемая в [Вт/м²]; L – глубина проникновения излучения , [м]; k = (a + s), [1/ м],  k  - коэффициент ослабления излучения [1/м]; a – коэффициент поглощения излучения; s – коэффициент рассеяния излучения.

Тогда при глубине проникновения излучения L = 0,2 м и коэффициенте поглощения a = 2 [1/м]; коэффициент рассеяния должен быть не менее:  s = 8 [1/м]. Формула рассеяния электромагнитной волны на частицах с размерами, соизмеримыми с длиной волны, устанавливает связь коэффициента рассеяния с концентрацией частиц:

s = 2πr² N f(ψ)   [ 1/м]                                                           ( 2 )

где r– радиус рассеивающей частицы, f(ψ) = 1,5 – 2,  при ψ = 2πr/λ< 3.

Концентрация бактерий N [1/ м³], требуемая для полного рассеяния инфракрасного солнечного излучения в воде на глубинах (0,1 – 0,2) м, по ф-ле (2) оценивается ~ в 10¹º клеток/литр. Это соответствует реальным концентрациям бактерий “Prochlorcoccus” в периоды их «цветения».

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592