Движение элементов
АрхивЦелостное понимание глобальных физических явлений, протекающих в масштабе нашей планеты, сложилось в науке относительно недавно.
Целостное понимание глобальных физических явлений, протекающих в масштабе нашей планеты, сложилось в науке относительно недавно. Правда методологическая, если можно так сказать, основа была заложена еще древними натурфилософами, открывшими закон всеобщего изменения и создавшими красивую теорию о четырех составляющих материю элементах или стихиях: воде, воздухе, земле и огне. Однако понадобилось около двадцати пяти веков, чтобы только приступить к серьезному научному изучению процессов циркуляции океана и атмосферы, движения коры и мантии Земли. Почему это стало возможным только в век информационных технологий, отчасти объясняется особенностью каждого из «элементов» Земли как объекта исследования. С одной стороны, невероятные по человеческим меркам размеры, значения которых в горизонтальном и вертикальном направлении различаются порой на несколько порядков, а с другой - очевидная трудность глобального измерения множества параметров не позволяют поставить для такого объекта столь привычный в физике натурный эксперимент и провести любое иное моделирование, кроме математического.
Сегодня такой метод в изучении глобальных физических процессов становится тем направлением, к которому стягиваются многие передовые достижения цивилизации: развитие вычислительной техники и информационных сетей, математизация физики, развитие «нелинейной» науки, глобализация математических моделей, появления космических систем дистанционного зондирования Земли и т.д. Вспомним же и о том, что современный компьютер был придуман в первую очередь для решения задач прогнозирования погоды.
Исследования и разработки ученых обещают вот-вот разрешить проблемы изменения климата, разрушения озона, глобального потепления… Однако оказывается, что для этого мы пока еще не имеем достаточного количества знаний. И это несмотря на относительную простоту и наглядность тех предпосылок, на основе которых формируются теоретические модели глобальных динамических процессов. Например, модели океана опираются на представление о нем как о жидкой среде с примерно постоянной плотностью, тонким слоем распределенной по поверхности земного шара и ограниченной берегами континентов. Движение этой среды определяется силой Кориолиса, возникающей вследствие вращения Земли, а также силами земного притяжения, атмосферного давления, поверхностного натяжения и приливными силами Солнца и Луны. Кроме того, океан неравномерно поглощает энергию Солнца и обменивается тепловой и кинетической энергией (взаимодействие ветра и волн) с атмосферой. Учет всех этих явлений позволил еще в первой половине прошлого века описать на языке математической физики почти все наблюдаемые динамические и структурные явления океана (закономерности течений, циркуляцию вод, их глубинное распределение и т. д.). Однако менее 50 лет назад ученые неожиданно открыли в океане синоптические вихри - сугубо нелинейные устойчивые структуры, имеющие в поперечнике 100-200 км и переносящие значительную долю энергии. Структура и динамика этих вихрей оказалась аналогичной явлениям циклонов и антициклонов в атмосфере и позволила говорить о «погоде» океана, такой же порой непредсказуемой, как и погода атмосферная.
Итак, тема сегодняшнего номера посвящена глобальным физическим процессам. Открывает ее статья о проблеме прогноза погоды и практике ее решения в российском Гидрометцентре. Далее из беседы с директором Института вычислительной математики РАН академиком В. П. Дымниковым вы узнаете о математических моделях в задачах физики атмосферы и океана применительно к изучению климата. В следующей статье мы предлагаем вам авторское изложение сравнительно новой динамической гипотезы появления озоновой дыры в Антарктике. И наконец - статья о дрейфующих континентах, подготовленная одним из постоянных авторов «КТ» - профессиональным ученым-геологом. Остается добавить, что в оформлении темы использованы космические снимки и графические результаты обработки измерений, собранные исследовательскими спутниками Terra, Orbview-2, QuickSCAT и красочно иллюстрирующие фундаментальность закона всеобщей изменчивости, самая древняя формулировка которого приписывается Гераклиту: всё течёт, и ничто не остаётся тем же.
[i41224]
