Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Локальные явления и мелкомасштабные процессы в тонкостратифицированных водах океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Локальные явления и мелкомасштабные процессы в тонкостратифицированных водах океана"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П. П. ЮИРНОВА

На правах рукописи

КОРЧАГИН Някоаа* Нкгожаевкч

ЛОКАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И МЕЛКОМАСШТАБНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКОСТРАТИ * ИЦИРОВАНШХ ВОДАХ ОКЕАНА.

11.00.08 — океанология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени полтора физико-математических наук

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П. П. ШИРЙОВЛ

На правах рукописи

КОРЧАГИН Няголай Нигояаевич

ЛОКАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И НЕЛКОКАОТАБНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКОСТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ВОДАХ ОКЕАНА.

11.00.08 — океанология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Работа выполнена в Институте онеанологии им. П. П. Ширшова РоссийсноИ Академии наук

Официальные оппоненты Член-норреспондент РАН,

профессор А. С. Монин

Доктор физико-математических наук,

профессор К. Д. Сабинин

Доктор физико-математических наук,

профессор Н. К. Полковников

Ведущая организация - Морской гидрофизический институт УАН,

Украина, г. Севастополь

Защита состоится " (Х-К-/^£/ьи* 1996 года

/и

в / у часов на заседании Специализированного совета Д. 002. 86. ( по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физик< математических наук в Институте океанологии им. II. П. Вирвова РАН ] адресу: 117218, Москва, ул. Красикова, 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им. П. П. Вирвова РАН

Афтореферат разослан " " 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат географических наук С. Г. Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Открытое недавно явление гидротермальной активности, связанное с функционированием тепловых источников на дне океанов в районах спрединга Срединно-океанских хребтов, вызвало большой интерес у океанологов и заставило по-новому взглянуть на некоторые проблемы в океанологии. Интерес к этому явлению прежде всего связан с поступлением эндогенного вещества в толщу придонных вод в виде высокотемпературных потоков жидкости, насыщенной растворимыми элементами и тоннодисперсными частицами рудных компонент. В свою очередь, это приводит к формированию массивных холмов сужьфядных руд на две океанов с "черными гурильцнгами" на их вершинах, особой фауны гндротермахн, основанной на процессах хемосинтеза, что явияось крупнейшим открытием XX века в обжас-ти наук о Зекже.

Активное изучение гидротермальных областей за последние 10 лет позволяет сделать выводы о колоссальных, до настоящего времени недооцененных масштабах поступления эндогенного вещества в глубинные и придонные воды океанов и формирования огромных запасов полиметаллических руд на дне Мирового океана, о глобальных процессах обмена океан-литосфера. С другой стороны, гидротермальная циркуляция играет важную роль в процессах тепло- и мас-сопереноса, распределения химических элементов в толще онеан-ских вод. При этом фактор длительности функционирования гидротерм приводит к тому, что за несколько миллионов пет суммарный объем гидротермальных растворов равен объему вод всего Мирового

океана. Это в значительной мере определяет как химический состав вол Мирового океана, так и количественное соотношение между растворенными в воде элементами. Таким образом, актуальность исследования зон гидротермальной активности в придонных водах океана очевидна.

Мелкомасштабные неоднородности, тонкоструктурное расслоение гидрофизических полей - повсеместное явление в океане. Они являются следствием особенностей протекания процессов обмена импульсом, теплом и солью в условиях устойчивой стратификации вод и проявляются во всей толще океана от поверхности до дна. Необходимость этих исследований имеет актуальное значение, поскольку именно мелкомасштабные процессы являются конечным звеном единой цепи каскадной передачи кинетической энергии всех движений вод в онеане с последующим её переходом в теплоту под действием вязкой диссипации. В связи с этим мелкомасштабные процессы в конечном итоге играют существенную роль в изменении погоды и климата Земли.

В настоящее время большой интерес вызывает исследование придонных слоев онеана, обусловленный необходимостью получения сведений о динамике и структуре вод как пограничных его слоев. Таких сведений очень мало, что и определяет актуальность и важность исследования круга проблем, связанных, например, с модели рованием циркуляции вод океана. В этой связи наличие тонкострук турного расслоения характеристик придонных и граничащих с ними глубинных вод, обнаруженных и исследуемых в диссертации, сущест венно корректируют наши представления о физике процессов в придонных слоях океана.

Цель работы

В настоящей работе исследуется физика локальных явлений и мелко- и мезомасштабных процессов, протекающих в различных районах Мирового океана от поверхности до дна. При этом океан рассматривается как среда, в которой распределения гидрофизических

характеристик по вертикали представлены в виде непрерывно чередующихся тоннострунтурных неоднородностей разных масштабов и ин-теннсивности перепадов свойств воды по всей глубине океана. На фоне тонкоструктурного расслоения гидрофизических характеристик в работе исследуются динамика и структура вод в их взаимосвязи и взаимообусловленности.

Основные задачи исследования

- построение физических конструкций и моделей, всесторонне описывающих гидротермальное явление на всех этапах его развития и

состоящих из :

1) циркуляции придонных вод в трещиноватых системах онеанской коры, приводящей н выносу на поверхность океанского ложа высокотемпературных рудообразующих растворов и формированию залежей массивных холмов руд с "черными курильщиками" на их вершинах ;

2) струйных течений высокотемпературных турбулентных потоков жидкости, бьющих со дна океана и насыщенных рудообразующими компонентами;

3) формирования аномальных областей воды -"плюмов"- на конечной стадии струйных потонов, играющие важную роль в регулирование процессов тепло- и массопереноса в глубинных и придонных слоях океана;

- исследования влияния различных форм тонкоструктурных неодно-

родностей поля плотности океанских вод на параметры короткопе-риодных внутренних волн;

- исследование механизмов тонноструктурного расслоения гидрофизических полей в различных райнах океана (зоны апвеллингов, области фронтальных разделов, линза средиземноморской воды, придонные слои вод вблизи гидротермальных источников).

Научная новизна

- впервые физически обосновано проведено замыкание системы интегральных уравнений, описывающей поведение плавучей турбулентной струи в стратифицированной жидности, что представляет собой законченное решение одной из проблем гидродинамики.

- впервые разработан комплекс модельных конструкций, всесторонне описывающий гидротермальное явление в целом на всех зтапах его развития;

- впервые обнаружено и исследованно тонкоструктурное расслоение термохалинных характеристик вод в придонных слоях океана на больших его глубинах;

- впервые проведено исследование влияния модельного тонкоструктурного распределение плотности воды, заданного в явной аналитической форме, на характеристики ВВ. Такое распределение существенно упрощает поиск связей между характеристиками ВВ и параметрами тонкой структуры поля плотности воды.

Обоснованность научных положений и выводов

В цепом диссертация носит комплексный характер : от разработок оригинальных методик исследований и обработок экспериментальных данных до всестороннего анализа и теоретического обобще-

ния изучаемых явлений в онеане. Обоснованность результатов работы основана, с одной стороны, на экспериментальных данных, полученных с помощью регулярно поверяемой измерительной аппаратуры. С другой - на использовании строгих математических методов при решении физических задач, проверке и сравнения их с известными результатами как численных схем расчетов, так и данными натурных наблюдений.

Практическая важность работы

Тема диссертации определяется особой важностью в решении проблем океанологии в области изучения динамики гидротермальных потоков и обусловленных ими крупных залежей полиметаллических руд на дне океанов. Решена одна из прблем гидродинамики: проблема замыкания системы интегральных уравнений, описывающей поведение плавучей турбулентной струи в однородной и стратифицированной жидкостях. Разработан комплекс модельных конструкций,всесторонне описывающих локальные гидротермальные явления в придонных слоях океана, разработаны методы поиска гидротермальных проявлений в виде аномальных областей вод - "ппюмов", зависших над горячими источниками.

Изложенные в диссертационной работе результаты могут быть использованы: 1 ) для расчетов физико-химических параметров рудо-обраэующих гидротермальных потоков, бьющих со дна океанов, количественных оценок рудных номпонент, содержащихся в рудных холмах с "черными курильщиками" на их вершинах ; 2) при построении численных моделей локальных явлений в онеане, интерпретации лабораторных и натурных экспериментов ; 3) для выявления механизмов тонкоструктурного расслоения физичеческих характеристик вод в

различных по гидрометеорологическим районах океана от поверхности до дна; 4) для расчета параметров внутренних волн, изменяющихся под влиянием разных по форме тонкоструктурных неоднород-ностей поля плотности воды в океане;

Апробация результатов и научные публикации

Изложенные в диссертации результаты докладывались на Советско-Французском симпозиуме "Физическая океанография" (Новосибирск, 1983), на 3-м Всесоюзном симпозиуме "Тонкая структура" (Таллинн, 1984), на VI Всесоюзном Лимнологическом совещании "Гидрология и гидрофизика озер и водохранилищ"(Байкал, 1985), на 3-й Всесоюзной конференции "Вихри и турбулентность в океане" (Светлогорск, 1990 ), на рабочем совещании США-СССР в Скриппском Океанографическом институте (Сан-Диего, 1990), на XX сессии Генеральной Ассамблеи Международного геофизического общества (Вена, 1991 ), на рабочем совещании США-СССР - XX сессия МГСС (Вена, 1991), на 17 сессии Генеральной Ассамблеи Европейского общества (Эдинбург, 1992), на Соросовсной Международной Конференции "Динамика океана и атмосферы" (Москва, 1995), а также на научных семинарах в Институте океанологии (1983-1996), Морском гидрофизическом институте (Севастополь,1996).

Основные положения диссертации и выводы содержатся в 25 опубликованных работах автора, список которых приведен в конце Автореферата. В статьях, написанных в соавторстве диссертанту принадлежат основные идеи, постановки задач, методы обработки данных наблюдений; его участие в решении задач и анализе исследуемых явлений было существенным на всех этапах опубликованных работ.

)бъем и структура диссертации

Диссертация состоит из Введения, 5 глав, Заключения, Поспесло-зия и Списна литературы. Работа содержит 318 страницы, из которых 253 страниц текста, 65 страниц с графинами и рисунками. Спи ?он цитируемой литературы включает 241 наименование,

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении сформулирована тема диссертационной работы. Обоснована её актуальность, фундаментальность и практическая важ ность. Изложены задачи исследования, приведены пространственно-временные масштабы изучаемых явлений. В кратной форме излагается структура диссертационной работы.

ГЛАВА I.Методы экспериментального исследования и обработки данных измерений тонкоструктурных характеристик вод в океане

В настояшее время в арсенале океанологов имеется обширный парк измерительных устройств для исследования мелкомасштабных процессов и тонкоструктурных характеристик вод в океане. В пред ставляемой работе основная часть натурных данных получена CTD-зондом "Mark- III". По причине известности этого зонда в &1 приведены лишь нраткие характеристики его датчиков с целью адекват ного представления в диссертации возможностей зонда и интерпретации его данных. Несколько подробнее в &1 представлено описание измерительного комплекса "Rozett", в котором "Mark-Ill" занимает центральное место.

Информация о мелкомасштабной структуре полей в океане, по лучаемая привязными термосолезондами в силу ряда причин (нерав-

номерное движение зонда, отдельные сбои сигналов и т.п. ) имеют неравномерный шаг по вертикали. В то же время в программах расчетов статистических характеристик ТС попей требуются ряды с равномерной дискретностью Az = const. Для получения таких профилей в &2 предлагается разработанная автором методика полиномиальной аппроксимации данных СТО-измерений. Суть методики состоит в исключении ошибок интерполяции измеренных с неравномерным шагом по глубине значений каной-либо характеристики Р на эквидистантные уровни. Расчет характеристик на равномерно заданные горизонты осуществляется путем "скользящей" аппроксимации отдельных участков исходных профилей P{z) полиномами заданной степени. Сравнение метода полиномиальной аппроксимации профилей P(z) с ранее используемым методом Лагранжевой интерполяции выявил преимущество первого.

В настоящее время в океанологических исследованиях процесс сбора и обработки информации немыслим без широкого использования электронно-вычислительной техники. Появление мощных компьютеров иает возможность в полной мере автоматизировать сбор получаемой информации и одновременно проводить не только первичную, но и последующую её обработку практически в реальном масштабе времени. Одной из первых подобного рода автоматизированных систем сбора и обработки информации была система синхронного много горизонтного измерения температуры на основе комплекса "Термотрал", созданного в АО ИО РАН под руководством В. Т. Паки. Успешное испытание такой системы впервые было осуществлено в 3 рейсе "АМН". В &3 описывается опыт измерений и разработанная автором методика комплексной обработки данных"Термотрапаи в масштабе реального времени. При этом оперативный анализ обрабатываемого ма-

гериала давал возможность осуществлять управляемый эксперимент з условиях отнрытого океана. Впоследствии алгоритмы и программы эбработки, а также основная часть обработанных в рейсе данных "Термотрала" явились основой создания Альбома "Нороткопериодные внутренние волны в океане" под редакцией Г. И. Еаренблатта.

ГЛАВА II. Статистический анализ параметров тонкоструктурного расслоения характеристик вод в разных районах Мирового океана

В этой главе проводится исследование явления тонкострунтурно-го расслоения (TCP) физических характеристик вод в океане. Нужно отметить, что изучение ТС гидрофизических полей ранее сводилось к выборочному анализу отдельных элементов или отдельных групп структурных неоднородностей в отдельных слоях океана. Выборочный анализ единичных элементов давал неполное представление о параметрах тонкой структуры полей, её пространственно-временных масштабах изменчивости. С другой стороны, тонкое вертикальное расслоение характеристик вод обусловлено большим числом различных факторов, вносящих значительный элемент случайости в образование и трансформацию тонкоструктурных элементов. Поэтому в настоящей работе предлагается иной, статистический подход в изучении TCP характеристик вод океана. В этой связи возникла идея рассматривать онеан как среду, в которой распределения гидрофизических характеристик по вертикали представлены в виде непрерывно чередующихся неоднородностей разных масштабов и интенсивности перепадов свойств воды по всей глубине океана. При этом в качестве элементов ТС рассматриваются спои воды с линейными изменениями в них характеристик, а параметрами тонкой структуры при

нимаются значения толщин слоев и вертикальных градиентов в них Gj = const. Для реализации этой идеи автором была разработа на методика (&1), на базе которой написаны и внедрены в практику расчетов специальные программы автоматического разбиения профилей температуры и солености на последовательные отрезки разной длины с постоянными в них вертикальными градиентами Gj .

Разработанная выше методина TCP вод с постоянными градиентами термохалинных характеристик вод была использована при анализе тонкой структуры полей в различных районах Мирового онеана В частности, в &2 приводятся расчеты ряда статистических характеристик параметров тонной структуры и G^ в разных по гидрометеорологическим условиям регионах Атлантики. Одним из них является Антило-Гвианский район (северо-западная часть тропической Атлантики), отличительная особенность которого - существование систем ступенчатых струнтур на профилях температуры T(z) и солености S(z). В качестве другого района был выбран район западной части экваториальной Атлантики, где наблюдается мощное течение Ломоносова, ядро которого залегает на глубине около 100 м Примечательной особенностью в строении гидрофизических полей течения Ломоносова являются ступенчатые структуры на профилях T(z), S(z) и плотности воды на глубинах ниже 150 м, где на-

блюдаются отдельные термохалинные "ступеньки" толщиной до 80 м. Третий район исследований находится у побережья Западной Сахары Этот район характеризуется сильной изменчивостью термохалинных полей, обусловленной явлением прибрежного апвеллинга. Вертикаль ные профили T(z) и S(z) в этом районе отличаются развитой тонкой структурой интрузионного происхождения с инверсиями в слое 100-300 м. Для всех трех районов Атлантики подробно исследуется

поведение функций эмпирических плотностей распределений вероятностей толщин слоев F(lr) и F(lg). Рассчитанные по участкам профилей Т(2) и S(z) в интервале термохалинных ступенек(первые два района) и в слое развитой инверсионной структурой (район Канарского апвеллинга) эмпирические плотности Ffl^) и F(1B) по форме близки между собой и изменяются по степенной зависимости. Оказалось, что гистограммы F(lt) и F(lg) во многих случаях удается ап-ронсимировать функцией гиперполического закона плотности распределения. А известно, что такие функции можно рассматривать как аппроксимацию более общего логарифмически нормального закона на ограниченном отрезке изменения его аргумента. Подробнее о возможности аппроксимации эмпирических F(l) логнормальным законом и его механизме изложено ниже.

Представленная в &1 методика выделения слоев воды с = const была использована при исследовании слоистой структуры поля температуры на двух меридиональных разрезах (по 150° и 164° з.д. ) через субарктическую фронтальную (САФ) зону в центральной и восточной частях Тихого океана (&3). При этом измерения CTD-зондом T-S характеристик поназали, что субарктическая фронтальная зона в центральной части Тихого океана состоит из целого ряда более мелних локальных фронтов. Здесь на фоне мезомасштабной изменчивости термохалинных полей подробно исследовались интенсивность и возможные механизмы TCP термохалинных характеристик вод по вертикали. Выделение слоев воды с V2T = const проводилось по всем профилям T(z) на разрезах через САФ в 3 диапазонах глубин : ^ = 70-220 м, Hj = 220-500 м и Н3 = 500-1000 м. Значения Н^, и Н^ выбирались с учетом анализа интенсивности температурных неоднородностей, проведенного по разрезам полей Т , сред-

неквадратичных амплитуд мелкомасштабных неоднородностей температуры и температуры в изопикнических координатах. По рядам 1 ^ рассчитывались интегральные параметры переслоенности, характеризующие отношение суммарной толщины однородных слоев воды но всему диапазону глубин Н^ (к = 1,2,3) :

=1

т = ± »у 1. ,

1 а ¿1 Ь '

где ± — номера профилей на разрезах; — количество одно-

родных слоев на профиле Такие же параметры рассчитывались

и для инверсионных слоев. Интегральные параметры И? и ^ ха-

в определенной степени,отражают динамическую активность вод, обусловленную процессами мелкомасштабной турбулентности, конвективным перемешиванием и адвекцией вод во фронтальной зоне океана.

Линейная модель TCP профилей характеристик вод с постоянны ми градиентами продуктивно использовалась при исследовании зон Фронтальных разделов в районе Калифорнийского апвеллинга - &4. Измерения проводились буксируемым вариантом зонда "Mark-Ill" в режиме сканирования на разрезах в зональном и меридиальном направлениях от поверхности до глубин более 400 м. Расчеты геострофических скоростей показали, что в западной части полигона наблюдалось холодное Калифорнийское течение южного направления,а ближе к берегу на глубинах 100-200м — подповерхностное противотечение Давидсона, направленное с юга на север. Взаимодействующие между собой разнонаправленные струи течений формировали термоха линный фронт.

Здесь для каждого профиля на разрезах были рассчитаны интегральные параметры переслоенности R? и Е^ в слое залегания термо

рактеризуют однородность и "инверсионность" расслоения вод и

алинного фронта - 120-420м. Подробный анализ изменчивости ла растров переслоенности ТС характеристик вод вдоль разрезов пона-1ывает что, наличие квазиступенчатой структуры здесь связано с юханизмом сдвиговой неустойчивости течений и возникновением >чагов мелкомасштабной турбулентности. С другой стороны, высоное удержание инверсионных структур на вертикальных распределениях температуры в фронтальной и западной частях полигона обусловле-ю наличием интрузионных процессов, возникающих при взаимодей-:твии двух разнонаправленных и разнородных по температуре и сорности масс воды.

Наряду с параметрами переслоенности здесь рассчитаны гистограммы распределений толщин слоев с постоянными градиентами температуры. Здесь следует заметить,что вероятным механизмом формирования слоистой структуры поля Т является процесс дробления не-однородностей в области термохалинного фронта. Поэтому гистограммы толщин слоев сопоставлялись с логнормальным заноном, хорошо описывающим процесс случайных дроблений. Оказалось, что наилучшее согласие с логнормальным законом распределения наблюдает ся в восточной части полигона и во фронтальной зоне.В то же время для западной части полигона эмпирические гистограммы апронсимируется двумя прямымипересекающимися в точне Ь = 5 м. "Двойное логнормальное" распределение показывает, что небольшие слои в диапазоне Ь = 1-5м (около 75% всей выборки Ь^) , сформиро ванные процессами мелкомасштабной турбулентности, сосредоточены по группам (кластерам), которые разнесены между собой на расстоянии Ь = 6-18м. Тогда остальная часть (25%) выборки г 6м отражает расстояния между группами, т.е. фоновые участки профилей температуры.

В &5 исследуется TCP термохалинных характеристик вод в линзе, обнаруженной в Канарской нотловине между подводными горами Грейт Метеор и йер. При этом оказалось, что в глубоноводном проходе линза натолкнулась на малую безымянную гору, площадь сечения которой на горизонте 1000 м в 10 раз меньше площади линзы. В этом случае линза пронизывалась горой и опоясывала ее кольцом Оказалось, что особенностью "захваченной" горой линзы, резко отличающая ее от "свободных", связана с аномально высокой тонкоструктурной переслоенностью в её ядре. Высокие значения парамет-_о _+

ров переслоенность R^ и R^ в значительной степени связаны с усилением бонового трения ядра линзы с горой, приводящее к интенсификации процессов перемешивания,т.е. разрушению линзы. При этом "инверсионность" слоев была максимальна лишь при малых значени ях параметра осреднения профилей температуры X = 1 м, что указывало на турбулентный характер перемешивания в зоне взаимодействия линзы с горой. В ядре общая толщина однородных и инверсионных слоев превосходила 50% толщины хявэы ! Этот факт и отражал основной механизм относительно быстрого её разрушения.

Анализ функций распределения вероятностей толщин слоев с постоянными градиентами температуры показал, что наилучшее согласие с логнормальным законом наблюдается на краю линзы во фронтальной зоне. Несколько худшее согласие наблюдается в ядре линзы. А вне линзы точки гистограмм толщин слоев апроксимируются двумя прямыми. "Двойное логнормальное" распределение здесь связано с тем, что толщины слоев, сформированные активными динамичес кими процессами (турбулентность, интерливинг), относительно невелики (L = 1-5 м) и характеризуются высокой степенью перемежаемости: ст2 = 1.75. Расстояния же между этими слоями значитель-

lnL

но большие (L = 6-24 м) и фактически представляют фоновые участки температурного поля.

В &б исследуется чрезвычайно тонкослойная квазипериодичес-

ная структура термоклина, наблюдавшаяся в районе Маскаренского поп водного хребта в Индийском океане. Анализ сводного графика профилей температуры (серия из 15 зондирований микроструктурным зондом, в результате чего были получены профили T(z) и пульсации скорости течения от поверхности до глубины 360 м с üt = 12 мин) уназывало на существование здесь фронтального раздела с большими горизонтальными градиентами до 0.5 °С-км \ вблизи которого наблюдались тонкослойные инверсии на профилях T(z). Волновой характер изменения температуры вблизи фронта в слое ,где турбулентный обмен оназался слабым ( К^ = 0.3 см2-с 1), подсказал возможность использовать результаты теории ячеистой боковой конвекции для описания наблюдаемого явления. Проводя аналогию между температурным фронтом и нагретым слоем жидкости вблизи боковой стенки расчеты показали, что условия для развития боковой конвекции в рассматриваемом слое термоклина имели место. При этом расчетная длина волн мелкомасштабных возмущений на профилях T(z), приблизительно равные 1.1 м, неплохо согласуется с экспериментальными данными в океане.

ГЛАВА III. Коротнопериодные внутренние волны в тонко-стратифицированных водах океана Другой нруг проблем, освещенных в диссертации, связан с исследованием внутренних волн (ВВ), распространяющихся в поле тонкоструктурных неоднородностей плотности воды. В Ь1 описываются практические методы расчета параметров ВВ, которые впервые нибо-

пее полно и качественно нашли применение в экспедиции 3-го рейса нис "Академик Мстислав Келдыш" в Атлантике, где измерения параметров ВВ проводились непосредственно при участии автора. По разработанным автором методике комплексной обработки данных "Термотрапа" в &1 анализируются температурные разрезы и статистические характеристики параметров ВВ на 5 полигонах с различными по средним гидрометеорологическим условиям районах онеана. Наиболее интересным оказался район восточнее Бразильского течения. Здесь на спектрах колебаний изотерм были зафиксированы статистически обе спеченные максимумы, соответствующие длинам волн около 120 м, что в условиях открытого океана наблюдается достаточно редко.

В 4 последующих параграфах рассматривются модельные задачи влияния различных форм распределений ТС плотности воды на параметры ВВ в океане. Так, в &2 в качестве модели p(z) рассмотрена периодически меняющаяся структура в форме идеальных "ступенек", аналоги которой, как показывают эксперименты, обнаруживаются в разных районах Мирового онеана. С использованием теоремы Флоке решение поставленной задачи привело к дисперсионному уравнению ВВ, которое затем сравнивалось с соответствующим дисперсионным соотношением для ВВ с линейной стратификации плотности воды р:

<4 - H2*p2»sin2e =0, а2 - K2*sin26 = О, 2 xd«sh(xd«Bine)

2»sine«[ch(xd*Bin6) - cos(xd*cose)]

Н2 = - (g/p)«Ap/d = const; d - тощина однородной ступеньки; Др -скачок плотности между ступеньками; 6 - угол между вертикалью и

волновым вектором х = ¡х| = 2я/Л, X - длина волны; к = х«вл.п8; М = х*сов6; Нс и Н .

Фуннция ?>(х, в) 2 1 в первом уравнении выступает в качестве эффективного коэффициента, который можно интерпретировать двоя-но. С одной стороны, при одинаковых значениях частоты и направления распространения ВВ в двух сравниваемых моделях р(г) наличие ступенчатых форм неоднородностей эквивалентно эффекту распространения волн в линейно стратифицированной среде с частотой Вяйсяля-Брента Нс< Н. При этом Нс= К/?>1/г. С другой - при равных параметрах моделей Нс и Н и любом заданном угле в присутствие ступенчатых неоднородностей в распределение р(2) аналогично увеличению частоты ос , т. е. увеличению энергии ВВ. В этом случае ыс = и * р1/г .

В онеане, однако, идеальных "ступенек" в распределениях физических попей Р(г) , естественно, не существует. Поэтому в целях адекватного описания исследуемых процессов (в частности, ВВ) предлагается моделировать Р(г) в виде непрерывно гладкой кривой, имеющей достаточно простое аналитическое выражение, например, в виде тригонометрических функций. В &3 в качестве такой модельной кривой рассматривается функция у(х) = А»е1п(2л«х/1) (А, 1 - амплитуда и длина волны), ноторая при повороте системы координат на угол а преобразуется в кривую У(х), в определенной степени аналогичную квазиступенчатому распределению плотности (или температуры) воды, наблюдаемому в разных районах Мирового океана. При этом "квазиступенчатость" преобразованной кривой у(х) возможна только при определенном соотношении между параметрами модели А и 1 и углом а . В этом случае толщина "ступеньки" кри-

я + 2Ьда

вой у(х) д а 1 • ■ , а толщина прослойки Ь с максималь-

2я

„ п ~ 2Ьд2а

ным градиентом р = 2«р выражена в виде Ь = 1 » —-- ,

2л

■ЬЬа = р'- средний градиент смоделированной кривой у(х) .

Далее, подстановка модельной конструкции плотности воды р(г), в уравнение для линейных ВВ приводит к хорошо известному уравнению в форме Матье. А решение уравнения Матье возможно при определенных соотношениях его коэффициентов. Используя эти соотношения в &3 получены выражения, связывающие характеристики ВВ с параметрами квазиступенчатой модели плотности воды.

В &4 рассматриваются осбенности распространения внутренних гравитационных волн в трехслойной (при наличии двух скачков плотности воды Др^) модели стратификации океана. В частности, в рамках такой модели показано, что возмущения жидкости на прослойках плотности могут проявляться в форме биений ижи модулированных колебаний, переходящих с одного уровня скачка Др^ на другой Лр^ Время перехода возмущений жидкости с одной "ступеньки" на другую определяется выражением Д1. = - «2) ипи

__/ 1 + tha

At =j»f// gke , где f = — ,

/ 1 - the

где u^, ь>2 ~ решения дисперсионного уравнения; а = kd; с = Др/р g - ускорение свободного падения. Далее,в &4 приведены количественные оценки At для наиболее характерных значений d и с, выявляемых на тонноструктурных вертикальных распределениях p(z). При этом в зависимости от d и е время перехода коротнолериодных возмущений жидкости с одного скачка плотности на другой в реальных условиях океана может изменяться в интервале от минут до нескольких часов. Таким образом, здесь на достаточно простой моде-

ли распределения p(z) наглядно продемонстрирован механизм переноса энергии ВВ по вертикали и, в частности, вглубь океана. В этой связи необходимо указать на исследования /Pochapsky,1972/. В этой работе на основе измерений сноростей течений в океане автор приходит к выводу, что наибольшая часть кинетической энергии флунтационных компонент связана с движениями типа внутренних волн.

В &5 в рамках линейной теории внутренних волн в длиноволно-вом приближении (согласно уравнениям теории мелной воды, ногда длина волны XQ » Н , где Н - глубина океана) и трехслойной модели распределения плотности воды p(z) исследуется механизм распространения заданного на поверхности оиеаиа импульса горизонтального возмущения жидкости (с характерным масштабом L ь Н ) в придонный слой воды. Из дисперсионного уравнения с точностью до величин £ = Др/р второго порядка малости получны достаточно простые выражения фазовых скоростей жидкости с^ для всех трех мод: баротропной - i = 1, двух бароклинных - i = 2,3. Благодаря разности сноростей между бароклинными модами движений в придонном слое океана проявляются течения с максимально возможной скоростью, приблизительно равной u а — и(х), где и(х) - заданная

в 4

скорость жидкости на поверхности онеана.

Рассматриваемая модель апробируется на экспериментальном материале по профилям плотности воды (зонд "Mark-Ill") и измерениям скоростей течений по данным "Потонов", размещенных в автономных донных станциях в придонном слое Канарского апвеллинга. Модельные расчеты оценок времени переноса импульса поверхностных возмущений в придонный слой в разных точках полигона в за-

висимости от скачков плотности воды и глубины океана дали следующие результаты : в точке с Н = 87м Д^ г» 70 мин и в точке с В = 260 м ЬХ~2 а 6.5 ч. В то же время при спентральной обработке данных "Потока" на горизонте б м от дна выделяются компоненты скоростей течений, приблизительно соответствующие периодам Д^ и ¿^ . При этом максимальные значения сноростей течений воды вблизи дна по данным "Потоков" (с вычетом приливной составляющей ) были зафиксированы в пределах 10 см»с \

ГЛАВА IV. Тонкая структура гидрофизических полей в придонных слоях и вблизи гидротермальных источников на дне океанов.

1. По современным представлениям тонкое вертикальное расслоение физических характеристик вод - повсеместное явление в верхнем слое океана. Что касается придонных слоев особенно в глубоководных районх онеана, то сведений о ТС полей здесь практически не имеется. Отсутствие таких данных связано, в основном, сложностью проведения СТО-измерений на больших глубинах в условиях неровностей рельефа дна и большой вероятности потери дорогостоящего оборудования. И здесь (как примечательный факт в истории отечественной онеанологии) первые целенаправленные СТО-измере-ния вблизи дна на глубинах более 3.5 км были осуществлены в экспедициях Института океанологии морскими геологами поп руководством академика А. П. Лисицина. Необходимость таких измерений у геологов возникла в связи исследованием областей гидротермальной активности и связанных с ними крупных залежей полиметаллических руд. В одной из таких экспедиций (15 рейс нис "Ан. Мстислав Келдыш", 1987 г. ) с помощью "ЕогеЪЪ" в районе гидротермального источника на полигоне ТАГ на глубине более 3. 5 км были обнаружены

заметно проявляющиеся на вертикальных профилях T(z) и S(z) тонкоструктурные элементы (ТСЭ) термохалинных характеристик вод (&2). При этом оказалось, что как по формам, так и по масштабам ТСЭ в верхних и придонных слоях океана практически идентичны. Однако амплитуды перепадов характеристик вод в ТСЭ придонных слоев в среднем на порядок меньше. Расчеты среднего плотностно-го соотношения Rp = a»£>z/(p«Sz) в придонном слое и граничащих с ним глубинных вод дают оценку Hp =* 4, что относит тонкострун-турные неоднородности характеристик вод к комбинированному типу ступенчато-интруэионной структуры. Отметим, что TCP термохалинных характеристик вод здесь проявляется в пределах зоны смешения глубинных северо-атлантических и придонных арктических водных масс .

Подобные ТСЭ были обнаружены и в районе Канарского апвеллин-га (&1) по данным 94 зондирований "Eozett"Ha акватории 45x45 милей от поверхности до дна,до глубин более 1.5 км. Наличие здесь тер^мохалинных профилей от поверхности до дна позволило проводить сравнительный анализ форм структурных элементов и интенсивности изменчивости характеристик вод в разных слоях по всей толще океана. При этом оценки плотностного соотношения в придонном слое Ер >> 1 указывают на комбинированный тип ступенчато-интру-эионного TCP термохалинных полей на полигоне.

2. Третий круг проблем, освещенных в диссертации, связан с открытием в середине восьмидесятых годов явления гидротермальной активности на дне рифтовых зон срединно-океансних хребтов. Интерес к этому явлению связан, прежде всего, с поступлением эндогенного вещества в толщу придонных вод в виде высокотемпературных потоков жидкости, насыщенной растворенными элементами и

тонкодисперсными частицами рудного вещества. При этом функционирование гидротермальных источников приводит к формированию массивных рудных холмов на дне океанов с "черным* курнхьцякамя" на ях версинах. В то же время гидротермальная циркуляция играет важную роль в процессах тепло-и массопереноса и распределения химических элементов в толще океанских вод. При этом фактор длительности функционирования гидротерм при водит н тому, что за несколько миллионов лет суммарный объем гидротермальных растворов равен объему вод всего Мирового океана. Это в значительной мере определяет как химический состав вод, так и количественное соотношение между растворенными в воде элементами.

Труднодоступность районов исследования гидротермальных источников, локализованных в небольших объемах и сосредоточенных на больших глубинах в первую очередь ставит вопрос о методах поиска гидротерм. В &2 рассматриваются методы поиска гидротерм и образованных ими аномальных областей -"плюмов" - с помощью и по данным измерений 'Чгоге^" на полигоне ТАГ (26°с. ш. , Атлантика). При это зондирования пИо2еЗДп проводились в режиме сканирования в слое воды толщиной 200-800 м, нижняя граница которого проходила на расстоянии всего нескольких метров от дна. Здесь по профилям "мутности" воды воспроизводятся контуры гидротермального "плюма", вытянутого более, чем на 15 км с севера на юг вдоль восточной стенки рифтовой долины. В поперчнике максимальные размеры аномальной области составили почти 5 км, по вертикали - 250м Далее, в &2 подробно анализируются вертикальные разрезы температуры, солености, плотности и "мутности" воды, полученные "1102е1:1:". Наиболее заметно положение "плюма" идентифицируется на разрезе "мутности", а на температурном разрезе он проявляется в области

зтрицатепьных аномалии температуры.

В &3 рассмотрены механизмы формирования аномалий характеристик воя в "плюмах" и их различия в разных районах Мирового экеана, в частности, в Атлантике и Тихом. Исследуются особенности термохалинной структуры придонных и граничащих с ними глубин *ых вод вблизи тепловых источников. На основе анализа б-Б диаграмм показано, что различие характеристик вод в "плюмах" обусловлено различием гидрологической структурой вод и глубиной сосредоточения источников на дне Атлантического и Тихого океанов.

В исследуются особенности термохалинных характеристик морской воды в присутствии газового источника на дне Охотского моря. Измерения "Еове^" в районе источника не выявило на вертикальных профилях гидрофизических характеристик заметных аномалий. Однако значения статистических характеристик мелкомасштабной структуры полей Т и Б вблизи и вне источника оказались различными. Вне сферы влияния газового "фанепа" взаимно—корреляционная функция 1*15(т) при г = О имеет максимально высокое значение, приблизительно равное 0.87. В зоне действия газового источника значения функции И (х) наоборот очень малы и не выхо-

тз

дят за пределы значимых оценок корреляции. Подобные отличительные свойства проявляются и в спентрах термохалинных неоднород-ностей В(ь>). Тан, спектры температуры в зоне влияния "факела" на 1-1.5 порядка выше соответствующих значений Е^и) , полученных вне сферы влияния источника. В то же время спектры неоднороднос-тей солености в обоих случаях практически совпадают между собой Таким образом, подобные отличия мелкомасштабных неоднородностей термохалинных характеристик вод в районе источника демонстрируют возможность применения метода статистического анализа в обна-

ружении источников выброса газов или гидротермальных вод. Особенно полезен этот метод в случае источника малой мощности.

ГЛАВА V. Моделирование гидротермальных процессов на дне океанов

Труднодоступность исследования районов гидротермальных источников, обуславливает выбор методов изучения данного явления. В первую очередь, это - построение физических конструкций и моделей. При этом построение единой модели гидротермального явления в целом на всех этапах его развития является сложной задачей, лоскольну объединяет в себе решение проблем разной природы: физической, геологической, химической и геофизичесной. Поэтому теоретическое описание гидротермального проявления в рифтовых зонах океана удобно разбить на три составные части :

1) циркуляция придонных вод в трещиноватых системах океанской коры, приводящая к выносу на поверхность океанского ложа высокотемпературных рудообраэующих растворов и формированию залежей полиметаллических руд в виде массивных холмов с "черными курильщиками" на их вершинах ;

2) поступление эндогенного вещества в толщу океанских вод в виде струйных течений высокотемпературных турбулентных потоков жидкости, насыщенной растворенными элементами и тонкодисперсными частицами рудных компонент ;

3) формирование аномальных областей воды - "плюмов" - на конечной стадии струйных потоков, играющие важную роль в регулирование процессов тепло и массопереноса в глубинных и придонных слоях океана

В &1 проводится теоретическое исследование динамики высо-

ютемпературных потоков жидкости в стратифицированной среде. В

|ачале дается обзор предшествующих теоретических работ. Примене-

|ие в них теории подобия к осесимметричным струйным течениям

фиводит к упрощению системы уравнений гидродинамики, если та-

<ие уравнения проинтегрировать в поперечном направлении струи:

(|£н) = - 2о . (г.и) , (5.1.1)

<12 * ®

(Е1,4*) = Щ , 8», в , (5.1.2)

<12 т 1 *

— 1*1*4*0) = - . Ы2« V . Н* . (5.1.3)

<12 " а т в

х , 1 - константы форм гауссовских нривых в представляемых параметрах потока в поперечном направлении струи в виде

* = \1{г)*ехр{-а*цг), д'= С(2)*ехр(-у«г)2) , №(г), - скорость и плавучесть на оси струи; Я - частота Вяй-

сяля-Брента онружающей среды. Таким образом, имеется система из 3 нелинейных интегральных урав нений с 4-мя неизвестными: 6(2), Н(г) и (г«и) . Закыганяе этой сястекы я составляет одну

а>

яэ пробяеи гклродкнакнгя плавучих я непдавучих турбуаеитных

струй в хндгостя. В середине 50-х годов Тэйлором было высказана гипотеза о пропорциональности между радиальной скоростью окружающей втекающей в струю жидкости и средней скоростью потока. В этом случае уравнение (5.1.1) преобразовывалось в виде

— (V » 1?г) = - 2сс.В»(\* » И ), В = Е //2 (5.1.4)

<12 т то

Численное значение "постоянной вовлечения" Е можно найти толь-но из лабораторных экспериментов. При этом лабораторные опыты

показывали разброс значения Е, и для более точного отыснания "постоянной вовлечения" в разных работах предлагались достаточ-

но сложные эмпирические выражения.

В диссертации рассматривается иной метод замыкания системы интегральных уравнений, описывающих динамику турбулентной плавучей струи в стратифицированной жидности. Резкая граница между жидкостью в потоке и окружающей среде на стадии подъема струи в среднем имеет правильную конусообразную форму

fiCz.Rtz)] * R(z)/z - const = О, (5.1.5)

искривленную в отдельные моменты времени случайными вихрями. Поскольку уравнения (5.1.1 — 3) получены из осредненных уравнении Навье -Стокса, а параметры потока tr(z,r) и g(z,r) осреднены по ансамблю профилей, то границу струи естественно рассматривать как линию, осредненную по ансамблю кривых f^:

f[z,K(z)] = £±[г,К(г)] , i = 1,2,.. . (5.1.6)

В этом случае уравнение (5.1.6) будет описывать достаточно гладкую линию. Далее, в каждой точке кривой (5.1.6) в силу уравнения неразрывности вертикальные и горизонтальные компоненты скорости жидкости по разные стороны границы раздела "струя-среда" равны между собой. В то же время наличие фиксированной в пространстве границы дает основание предположить, что вдоль линии (5.1.6) среднее движение отсутствует. Отсюда следует, что максимальные значения скорости вовлекаемой в струю жидкости Ve(z,r) достигаются на грвнипе плавучей струи по нориаяи к осредненноку положению граничной яинии.

Наличие резной границы между жидкостью в струе и внешней средой определяет иные пределы интегрирования уравнений (1-3) в поперечном сечении струи: R(z) s г s О. Тогда интегрирование (5.1.1 - 3) приводит

(в*.*Г) = - , Пв [г.и(г,г)] , (5.1.7)

<1г 1 С г-*жх)

С

а

I- (В*.*2) = Ц * Ъ. . Й*. в , (5.1.8)

<1г * «С т

2СС

^ , (5.1.9,

ау

Пв = Е/й^- В^г) - локальный радиус струи, где параметры потона

и д(г) уменьшаются в "е" раз; Са = 1 - ехр(-а«г)2) ; С^ =

1 - ехр(-2а«г£); = 1 - ехр(-у»п*); С = 1 - ехр[-(а+>.

Согласно предположению о нормальности вектора Уе(г,г) к границе

струи уравнение (5.1.7) преобразуется к виду

— (В*»«) = — . в* ехр(-а*т£) . (5.1.10)

<1г "С г я

а

Таним образом, (5.1.8 - 10) представляет уже замкнутую систему уравнений относительно V , в и И. Решение этой системы зависит от её параметров: а, у и п . На практине костанту а полагают 1, а из лабораторных экспериментов у = 1.200 и п = 2.225. В этом случае С^ Су> С^ * 1.

Конусообразная форма турбулентной струи и предположение о нормальности вентора скорости вовлекаемой жидкости к границе по тока определяют взаимосвязь между "постоянной вовлечения" Тэйпо-ра и параметрами системы уравнений. Сравнивая (5.1.4) и (5.1.10) получаем

/2«п«ехр(-п2) /2«?7«ехр(-г}2)

Е = н н ~ в—

0 е2 В' (г)

Следовательно "постоянная" Тэйлора не является нонстантой и зависит от изменения формы турбулентной плавучей струи.

В &2 на основе нового метода замыкания рассматриваются разные методы решения нелинейных уравнений, описывающих динамику гидротермальной струи. В частности, проводится численное решение

системы нелинейных уравнений (5.1.8 - 10) методом Рунге-Кутта четвертого порядна точности. Лппробация численного метода проводилась по данным измерений характеристик гидротерм для двух районов онеана : районе массового сосредоточения "черных курильщиков" на Восточно-Тихоонеансном поднятии и полигон ТАГ. При этом оценка максимальной высоты подъема струи по численной модели и известной эмпирической формуле Тернера, предложенной ещё более 30 лет тому назад,

. 2 1/4 -3/4

ни =3.&* ( со. я . йо ) . не

практически совпали между собой (здесь в^ К - параметры потока на выходе из источника. Такое совпадение указывает на адекватность выбраной численной схемы расчета.

Далее, рассматривается модельная конструкция формы плавучей струи. Оказалось, что преложенная форма плавучей струи позволяет в системе нелинейных уравнений получить аналитические решения параметров потока V, В ив том числе конечной высоты подъема струи Н^ . При этом совпадение оценки высоты Вв с расчетами по численной модели и известной эмпирической формуле Тер. нера указывает на адекватность выбранной конструкции модели гид ротермальной струи.

В &3 в рамках интегральной модели дается описание механизма формирования характеристик вод в "плюме". При этом область аномальных вод рассматривается как область смешения 3-х различных объемов вод: непосредственно из гидротермального источника, вовлекаемых при подъеме струи придонных вод и вод с глубины горизонтального разноса "плюма". Предлагаемая модель позволяет про водить расчеты объемного содержания в "плюме" каждой из трех ча стей вод. Кроме того, с помочью гмдрофиэаческоЯ иоде*» мохно пр<

зодить расчеты концентрации какго-либо химического элемента млн растворимого рудного гомпоневта непосредствено на выходе из го-рачего источника. Рассматриваемая модель была успешно апробиро-зана по данным измерений CTD-зондом "Mark-Ill" и анализам проб мореной воды, синхронно полученных батометрами "Rozett" вблизи "черного курилыцина" на ТАГе При этом модельные расчеты позволяет оценить возможное время формирования рудных холмов. Так, при расчетных средних параметрах гидротермального потока и характеристиках источника время формирования рудного холма составляет на ТАГе составляет оноло 10 тысяч лет, что соответствует современным представлениям о времени функционирования гидротерм.

В 44 в рамках физической модели исследуются процессы нонвек-тивной циркуляции придонных вод в трещиноватых системах онеан-сной коры в области влияния геотермального поля магматической камеры (МК). На основе модели движения жидкости в U-образной трубке анализируются возможные механизмы циркуляции вод при различных тепловых и динамических режимах. Показано, что холодная морская вода опускается вниз по тонким трещинам, нагреваясь в попе МК и попутно обогащаясь рудными минералами, поднимается по более широким каналам, выливаясь в толщу придонных вод в виде гидротермальных струй. При подъеме гидротермальных вод по трещинам коры вверх и уменьшении температуры происходит их частичная разгрузка уже в самих трещинах. Со временем такие трещины "запираются", и выход гидротермальных вод в конечном итоге концентрируется в центральной трещине. Далее, рассматривается модель эволюции функционирования систем хаотично распределенных трещин коры в районах спрединга океана и связанных с ними процессов формирования рудных холмов с "черными курильщиками" на их вершинах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы по комплексному исследованию физики локальных явлений и мелкомасштабных процессов в онеане, протекающих на фоне тонкоструктурного расслоения физических характеристик воп от поверхности до дна, можно сформулировать в виде следующих кратких выводов.

1. Разработаны и внедрены в практику океанологических исследований оригинальные методики обработки данных СТ1)-измерениИ и характеристик ВВ по данным аппаратурного комплекса "Термотрал".

2. Разработана линейная модель тонкой структуры (ЛТС) гидрофизических полей океана. В рамках ЛТС выявлены механизмы генерации тонкоструктурного расслоения термохалинных характеристик вод во фронтальных зонах Калифорнийского и Канарского апвеллин-гов. Рассмотрены механизмы интенсификации процессов перемешивания вод в средиземноморской линзе, приводящие к более быстрому её разрушению. Получены вероятностные модели распределения параметров ЛТС термохалинных полей : толщин слоев и вертикальных градиентов в них. Показано, что в динамически активных районах океана (зоны апвеллинга, фронты и т. д. ) функции распределен»; толщин слоев описываются логарифмически нормальным законом.

3. В рамках теоретических построений и различных моделей рас предепения плотности воды р(2) проведены исследования влипни; тонкоструктурных неоднородностей поля р(г) на характеристик) коротнопериодных ВВ. Описан механизм распространения энергии В вглубь океана в форме биений на неоднородностях р(г). Предста ление тонкоструктурного распределения р(г) в явном аналитичес ном виде позволило свести уравнение ВВ к уравнению Матье с из

¡естными соотношениями между его коэффициентами, что непосред-:твенно определило взаимосвязь параметров аналитической модели >(г) с характеристиками ВВ.

4. Обнаружено явление тонкострунтурного расслоения термоха-

1инных характеристик вод в придонных слоях океана на больших "лубинах. По форме и вертикальным размерам такие неонородности жалогичны тонкоструктурным элементам в верхних слоях океана. Од-1ако амплитуды перепадов свойств воды в пределах толщин отдель-■1ых тонкоструктурных неоднородностей в придонных слоях в средам на порядок меньше аналогичных амплитуд в слое главного пик-чонпина океана.

5. Проведены комплексные исследования природы, структуры и механизма формирования аномальных вод ("плюмов"), образованных гидротермальными источниками - "черными курильщиками" - на дне рифтовой зоны Срединно-Атлантического хребта. Разработаны метопы поиска "плюмов". Продемонстрирована возможность применения статистического метода анализа мелкомасштабных неоднородностей характеристик вод в обнаружении гидротермальных источников на дне морей и океанов.

6. Решена одна из проблем гидродинамики: разработан новый ме тод замыкания системы нелинейных интегральных уравнений, описывающих динамику плавучей турбулентной струи (ПТС) в стратифицированной жидности. Получено аналитическое выражение "постоянной вовлечения" Тэйлора, являющейся нлючевым коэффициентом в прежней системе замыкании интегральных уравнений ПТС. С другой стороны, предпоженный метод замыкания системы интегральных уравнений раскрывает один из возможных способов описания механизма вовлечения покоящейся жидкости в турбулентную область потока.

7. Разработан номпленс модельных конструкций, всесторонне описывающих локальные гидротермальные явления в придонных стратифицированных слоях онеана. Основными моделями комплекса являются :

а) Интегральная модель формирования вод "плюма". Конструкция модели позволяет рассчитывать объемное соотношение составных частей вод в "плюма", концентрацию любого химического элемента или растворимого компонента непосредственно на выходе из горячего источнина.

б) Численная модель расчета системы интегральных уравнении ПТС по методу Рунге-Кутта четвертого порядка точности. Успешная апробация численной модели ПТС проведена по данным измерений характеристик гидротерм в районах поля ТАГ (Атлантика) и ВТП (Тихий океан).

в) Модельная конструкция формы ПТС, использование которой в системе нелинейных интегральных уравнений позволило получить её решения в явном аналитическом виде, в том числе и выражение вам ноИ характеристики ПТС её конечной высоты подъема. Получено хорошее согласие результатов сравнения расчетов параметров струи по модельной форме ПТС с расчетами численной модели струи и апробированной эмпирической формуле Тернера.

г) Модель конвективной циркуляции придонных вод в трещинова тых системах коры в рифтовых зонах онеансного спрединга, с помощью которой выявлены механизмы циркуляции вод при различны} тепловых и динамических режимах. Конструкция модели описываеп процесс эволюционного функционирования системы хаотично распределенных трещин коры с циркулирующими в них придонными водами I формирования рудных образований в форме холмов с "черными курильщиками" на их вершинах.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах :

L Норчагин H. Н. Особенности термохапинных характеристик морской воды в присутствии газового источника. // Океанология, 1989. Т. 29, К2. С. 226-227.

2. Корчагин H. Н. Выделение и анализ элементов тонной структуры гидрофизических полей. //В кн. Окенологические исследования. М. : Изд-во МГКАН СССР, 1990. N42. С. 43-49.

ï. Корчагин H. Н. О структуре гидрофизических полей в северовосточном секторе Норвеженого моря. // Океанология, 1ЭЭ1. Т. 31, ИЗ. С. 400-405.

I. Korchagin К.H. Two dimensional ststisticsof finestructure in Meddy near the seamount.//In: IAPSO XX General Assembly. International Association for the Physical Sciences of the Océan. Vienna,Austria. 1991. Number 18.

5. Корчагин H. H. Статистические характеристики тонкоструктурных слоев на меридиональных разрезах через субарктическую фронтальную зону в центральных и восточных частях Тихого океана. // Материалы океанологических исследований. Структура гидрофизических полей субарктической фронтальной зоны в Тихом океане. Каталог. Москва, 1992. Выпуск 4. С. 27- 30.

». Корчагин H. Н. , Маслов В. П. Распространение внутренних волн в ступенчато-стратифицированной жидностм. // Изв. АН СССР. ФАО, 1987а. Т. 29, НИ. С. 1234- 1237.

Корчагин H. Н. , Маслов В. П. Внутренние волны в трехслойном пикноклине. //В кн. : Структура гидрофизических полей Норвежского и Гренландского морей. Москва, 19876. С. 73- 77.

8. Корчагин Н. Н. , Краснов С. Г. , Судариков С. М. ,Тамбиев С. Б. Особенности термохалинной структуры придонных вод в рифтовых зонах Тихого и Атлантического океанов вблизи гидротермальных источников. // Дон. АН СССР, 1990. Т. 311, ВВ. С. 1459-1462.

9. Абрамян Т. О. , Журбас В. М. , Корчагин Н. Н. .Сагдиев А. М. Интенсивность тонкой термохалинной структуры в центральной и вое сточной частях субарктической фронтальной зоны. // В кн. Материалы океанологических исследований. Структура гидрофизических полей субарктической фронтальной зоны в Тихом океане. Каталог. Москва, 1992. Вып. 4. С. 24-25.

10. Корчагин Н. Н. , Краснов С. Г. Сравнительное изучение термохалинной структуры придонных вод в рифтовых зонах Тихого и Ач лантического океанов вблизи гидротермальных источников. // Гидротеральные образования срединного хребта Атлантического океана. Л : Наука, 1992. С. 92- 97.

11. Корчагин Н. Н. , Гордеев В. В. Физико-химические аномалий придонных вод в районе гидротермального поля ТАГ. // Гидротермальные образования срединного хребта Атлантического океана М. : Наука, 1992. С. 97-103.

12. Корчагин Н. Н. , Сорохтин О. Г. Модель эволюции гидротермальных источников в районах океанского спрединга. // Океанология, 1992. Т. 32, Н6. С. 1026-1032.

13. Тамбиев С. Б. , Норчагин Н. Н. Динамика и структура гидрофизических аномалий в придонных водах в районе ТАГа. // Гидро термальные образования срединного хребта Атлантического океана. М. : Наука, 1992. С. 84- 92.

14. Корчагин Н. Н. , Гордеев ЕЕ. Интегральная модель формирования аномальных вод вблизи гидротермальных источников. //

Океанология, 1Э93. Т. 33, Н5. С. 663-669.

Корчагин Н. Н. , ГумилевсниЯ А. Г. О динамике гидротермальных потоков от изолированных тепловых источников на дне океанов // Океанология, 1995. Т. 35, Н5. С. 668-675.

>. Норчашкин Н. Н. Статистические характеристики тонкой вертикальной структуры гидрофизических полей в океане. //Океанология, 1976. Т. XIV, вып. 4. С. 602- 607.

7. Корчашнин Н. Н. , Лозовацкий И. Д. И методике обработки данных измерений микроструктуры гидрофизических полей термосоле-зондами // Океанология, 1981. Т. XXI, вып. 2. С. 217-221.

8. Корчашкин Н. Н. , Лозовацний И. Д. , Плужников В. М. Исследование микроструктуры гидрофизических полей свободноснользяшим зон дом. // Изв. АН СССР. «АО, 1981. Т. 17, 1С. С. 527-535.

,9. Корчашкин Н. Н. , Лозовацкий И. Д. О формировании тонкослойной квазипериодической структуры термоклина вблизи фронтальной зоны. // Океанология, 1983. Т. 23, вып. 3. С. 406 - 413.

10. Норчашнин Н. Н. , Оэмидов Р. В. Экспериментальное исследование внутренних волн в Центральной Атлантике. // В кн. : Материалы советско- французского Симпозиума по океанографии. Новосибирск, 1983. С. 149-160.

21. Корчашкин Н. Н. , Нарожный В. & Оперативная обработка данных о температуре верхнего слоя океана в экспедиционных условиях.

// Онеанология, 1984. Т. XXIV, вып. 2. С. 346-348.

22. Н. Н. Корчашнин, А. А. Жданов О вертикальной структуре поля температуры озера Байкал в период осеннего выхолаживания. / В кн. : Круговорот вещества и энергии в водоемах. Вып. VI. АН СССР, Иркутск, 1985. С. 32-34.

23. Пака В. Т. , Норчашкин Н. Н. , Нарожный В. В. , Шмагин А. Б. Автома-

тизированная система тернопрофилирования верхнего слоя океана. // Океанология, 1984. Т. 24, И1. С. 170-174.

24 Материалы океанологических исследований. Формы тонкой термо-халинной структуры океана. Каталог. /Отв. ред. : Журбас Е М. , Озиидов Р. а /. Москва, 1987. Вып. 1. 134 с.

25. Материалы океанологических исследований. Меаоструктура гидрофизических полей океана. Каталог. /Отв. ред. : Озмидов Р. В. , Пака В Т. /. Москва, 1989. Вып. 3. 108 с.