Dòng chảy Vịnh, hay Greenland sưởi ấm châu Âu như thế nào

TRƯỜNG KVANT

Dòng chảy Vịnh, hay Greenland sưởi ấm châu Âu như thế nào

các lớp khí quyển với số lượng như nhau. Nhưng ở vùng cận cực, cường độ dòng chảy này rơi vào một diện tích lớn hơn bằng $\pi r^{2}$ cos $\phi$; do đó, mỗi mét vuông nhận được dòng chảy ít hơn đường xích đạo. Lý do thứ hai cho thực tế này cũng rõ ràng. “Độ dày” của khí quyển trên toàn bộ bề mặt Trái đất là gần như nhau (đường đứt nét trên hình 2,a), nhưng các tia trượt ở cực xuyên qua khí quyển nhiều hơn đáng kể

A.STASENKO

Dòng chảy Vịnh, theo nghĩa rộng nhất của từ này, là một hệ thống dòng hải lưu ấm áp mạnh mẽ ở Đại Tây Dương, bao phủ một khu vực rộng lớn từ Vịnh Mexico đến bờ biển Spitsbergen và Bán đảo Kola, trải dài hơn 10 nghìn km… Nguyên nhân của Dòng chảy Vịnh vẫn chưa được xác định. Bách khoa toàn thư Liên Xô vĩ đại, tập 12

KHOẢNG HAI TRĂM NĂM TRƯỚC HỌC VIỆN LENZ (LENZ,

Emilius Khristianovich, 1804–1865), người đã tham gia chuyến đi vòng quanh đáng chú ý của các tàu chiến Nga, đã đề xuất sơ đồ đơn giản nhất để lưu thông các vùng nước của đại dương thế giới, coi đó là một lớp nước có độ dày (độ sâu) không đổi. Có tính đến nhiệt độ cao ở bề mặt của vùng nước nhiệt đới và nhiệt độ thấp ở độ sâu, nơi chúng đến từ các vĩ độ cao, từ điều kiện bảo toàn dòng chảy khối, ông kết luận rằng phải phát sinh sự tuần hoàn liên tục của nước trong đại dương - một thực tế đã được các nhà hàng hải biết đến từ lâu. (Tất nhiên, bức tranh thực tế về các dòng hải lưu rất phức tạp bởi sự hiện diện của các lục địa, sự khác biệt về độ sâu, sự chuyển động của các khối không khí và sự quay của Trái đất.) Mô hình động học đầu tiên về sự tuần hoàn trong các đại dương trên thế giới có thể được minh họa bằng một ví dụ đơn giản, bằng cách đặt một tảng băng lớn ở một đầu của bồn tắm chứa đầy nước và ở đầu kia (dưới bồn tắm) tổ chức sưởi ấm (hình1).

Hình1. Minh họa mô hình động học đơn giản nhất của tuần hoàn nước trong các đại dương trên thế giới

Trong hệ Mặt trời-Trái đất, thiên nhiên cũng đảm nhiệm năng lượng của quá trình đang được xem xét. Mật độ dòng bức xạ từ ngôi sao của chúng ta trên quỹ đạo hành tinh của chúng ta là q = 1400 W $м^{2}$, tuy nhiên, trên bề mặt hành tinh nằm ngoài Vòng Bắc Cực và tại xích đạo, mật độ dòng bức xạ khác nhau đáng kể vì hai lý do. Lý do đầu tiên thuần tuý là hình học và gắn liền với góc trượt $\phi$, bằng vĩ độ địa lý (hình2,a). Hãy lấy hai chùm ánh sáng có cùng đường kính 2r, nhỏ hơn nhiều so với kích thước Trái đất. Rõ ràng công suất của dòng năng lượng bức xạ trong các chùm tia này là như nhau và bằng $q \pi r^{2}$. Gần mặt phẳng xích đạo nó đạt đến đỉnh

Hình2. a) Các luồng bức xạ từ Mặt trời đi vào các hình trụ có cùng đường kính (mũi tên đỏ), ở xích đạo và ở cực, rơi xuống các diện tích khác nhau trên bề mặt Trái đất. Đó là lý do vì sao ở hai cực lạnh hơn. b) Một hạt nước ban đầu chuyển động theo kinh tuyến về phía Bắc, bị lệch về bên phải do Trái Đất tự quay

đường đi so với ở xích đạo, và do đó bị phân tán mạnh hơn (chính vì tán xạ mà chúng ta nhìn thấy bầu trời xanh), do đó không quá 1000 W $м^{2}$ tới được bề mặt Trái đất. Cũng rất nhiều: nếu bạn tập trung bức xạ này vào một chiếc ấm sử dụng gương lõm có diện tích $1 м^{2}$ thì chắc chắn nó sẽ sôi. Vì hai lý do này, băng ở Greenland vẫn còn và nước gần xích đạo trở nên rất nóng. Nhưng tại sao nước lạnh không chảy từ Greenland về phía nam dọc theo kinh tuyến mà lại lệch về phía Bắc Mỹ, tức là về bên phải? Và tại sao dòng nước ấm mà nó dịch chuyển không chảy chính xác về phía Greenland mà lại chuyển hướng về phía Châu Âu, tức là lại về bên phải? Thực tế đáng chú ý này được giải thích là do quán tính của khối lượng đang chuyển động và chuyển động quay của Trái đất. Hãy để chúng tôi giải thích điều này hình 2, b. Giả sử tại thời điểm ban đầu một hạt nào đó ở điểm A, có vận tốc $u_{A}$ dọc theo kinh tuyến. Nếu Trái đất không quay thì sau một thời gian hạt này sẽ đến điểm B trên cùng một kinh tuyến. Bây giờ chúng ta hãy xét chuyển động quay của Trái đất với vận tốc góc $\omega$, dẫn đến sự chuyển điểm A sang điểm D và điểm B sang C. Rõ ràng là tốc độ truyền $v_{A}$ của điểm A lớn hơn tốc độ truyền $v_{B}$ của điểm B - đơn giản vì điểm A ở xa trục quay hơn B. Nếu ai đó buộc một hạt chuyển động từ A đến B hoàn toàn dọc theo kinh tuyến, thì nó sẽ đi qua điểm đang xét kinh tuyến một khoảng thời gian sẽ kết thúc tại điểm C. Tuy nhiên, vì hạt nước “tự do”, nên theo quán tính, nó có xu hướng duy trì tốc độ $v_{A}$ và, khi nằm trên song song BC, kết thúc tại điểm $D '$, nằm bên phải C. Có vẻ như trong hệ thống Trái đất quay, hạt này trong quá trình chuyển động đã bị tác dụng bởi một lực hướng về bên phải. Đây là lực quán tính, được gọi là lực Coriolis (Coriolis, Gaspard-Gustave, 1792–1843). Dễ dàng nhận thấy rằng gia tốc tương ứng $a_{K}$ phải phụ thuộc cả vào $\omega$ và đường thẳng