В ледовитых морях ветер действует тангенциальной силой трения не непосредственно на поверхность моря, а на плавающие льды, которые при своем движении увлекают водные массы и создают под собой дрейфовые течения. Нет надобности говорить, как велико значение передвижек льда для навигации и как важно, стало быть, знать основные законы дрейфа льдов и законы образования подледных дрейфовых течений. Много труда было затрачено на изучение движений льдов целой армией полярных исследователей. Однако никому, нигде и никогда не удавалось проделать измерения в таких замечательных и таких чистых условиях, в каких были проделаны измерения на Советской дрейфующей полюсной станции Папаниным, Ширшовым, Кренкелем и Федоровым. Даже краткие сводки, которые передавались ежедневно с папанинской льдины, позволили составить достаточно полное представление о механизме дрейфа ледяных полей; проанализировав движение льдины на основе современной динамики морских течений и сопоставив дрейф с действовавшим ветром В. В. ПГулейкин получил возможность построить приближенную теорию дрейфа ледяных полей в открытом океане [42]. Впоследствии, когда появились в печати труды дрейфующей станции, эта теория была уточнена и распространена на очень интересный этап дрейфа — у берегов Гренландии.[ ...]
Вслед за работой этого автора появились и другие, исходившие из несколько измененных теоретических представлений. В настоящее время есть возможность критически разобраться во всех этих работах, откинуть ошибочные допущения и выбрать пути исследования, наиболее близкие к истине.[ ...]
Прежде чем излагать работу Шулейкина и других авторов, анализировавших дрейф папанинской льдины, рассмотрим старые воззрения на дрейф льдов, установившиеся до той поры.[ ...]
Обширное исследование ветрового дрейфа ледяных полей было произведено Г. Свердрупом [43] на судне норвежской полярной экспедиции «Мод». Им было найдено приближенное эмпирическое соотношение между скоростью ветра и скоростью дрейфа, вызванного ветром, и было показано, что судно вместе с зажавшими его льдами дрейфовало исключительно под действием ветра: никакого постоянного (в строгом смысле слова) течения в том районе мелководья не оказалось.[ ...]
Что касается теоретических построений Свердрупа, то они основаны на четырех допущениях, с которыми никак нельзя согласиться.[ ...]
Основную движущую силу, действующую на лед, — силу трения между воздухом и поверхностью льда — Свердруп считает пропорциональной первой степени скорости ветра. Между тем даже при слабых ветрах соответствующее рейнольдсово число здесь оказывается настолько большим, что в выражение для силы поверхностного трения на верхней границе льда никак не может не войти квадрат скорости ветра. Нечего и говорить, что при скоростях ветра, имеющих особенно большое практическое значение (при ветрах умеренных и крепких) квадратичная зависимость тем более обеспечена.[ ...]
Совершенно несомненно, что при близости от материка, в том районе, где дрейфовала экспедиция «Мод», эти силы должны были как-то сказаться на передвижках льдов. Но так же несомненно и то, что Свердруп был не прав, приписывая им доминирующее значение и совершенно отметая главные силы, действительно сопротивлявшиеся движению льдов,— силы трения. Ведь каковы бы ни были свойства воды в слое скачка, лежавшем на глубине 30—40 м, всегда над ним располагался весьма однородный (опресненный) слой воды, толщина которого может ориентировочно приниматься равной половине глубины трения. Следовательно, даже если бы направление ветра оставалось неизменным, то и тогда нельзя было бы ожидать простой подвижки всего 30- или 40-метрового слоя в направлении ветра: наибольшая величина соответствует слагающей потока, направленной не по ветру, а перпендикулярно к нему. В действительности же, при постоянных изменениях направления ветра, развитие экмановской спирали никогда не будет заканчиваться, поверхностные «импульсы» ветра практически не будут доходить до слоя скачка. Вот почему, невзирая на особенности этого подстилающего слоя, практически можно рассматривать развитие дрейфового течения так, как делается в случае непереслоенного моря.[ ...]
Следует отметить, что наблюдения дрейфующей станции полностью подтверждают подобную точку зрения и опровергают воззрения Свердрупа. Между тем, как будет показано далее, есть все основания думать, что опресненный слой залегал и под их льдиной.[ ...]
Итак, основным препятствием для дрейфующих полей, особенно при их движении на таком просторе, как по соседству с полюсом, служат силы трения между льдом и морской водой. Но в таком случае не может соответствовать истине также и третье основное допущение Свердрупа: сила, сопротивляющаяся движению льдов, не может быть направлена в сторону, противоположную абсолютному движению. Эта сила должна направляться в сторону, противоположную скорости движения льдов относительно поверхностного дрейфового течения (ниже будет показано, как определяются все основные направления).[ ...]
Не может соответствовать истине и четвертое допущение Свердрупа, аналогичное первому: сила, сопротивляющаяся движению ледяных полей, пропорциональна не первой степени (как полагает Свердруп), а второй степени скорости и притом скорости движения льдов относительно поверхностной воды, в свою очередь увлекаемой дрейфовым течением.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Диаграмма скоростей и сил |
 |
| Сводная диаграмма (по работам трех авторов) |
 |
| Многоугольники ветра |
 |
| Зависимость угла отклонения от скорости ветра |
 |