Всю акваторию Мирового океана пересекают течения. Они имеют самые различные направления: на север и юг, восток и запад. Некоторые из них описывают траектории, представляющие собой огромные окружности. Под этими поверхностными течениями есть и другие - глубинные. Их направления и скорость - самые различные. И только небольшое количество течений можно считать медленными. Энергия течений весьма велика. Именно поэтому в последней четверти двадцатого века передовые ученые-океанологи предложили использовать энергию наиболее быстрых течений с целью преобразования ее, в электрический ток. Предложения породили планы, которые привели к исследованиям и разработке проектов. Однако для разработки проекта необходима обширная информация, а для того чтобы собрать ее, потребовалось много времени - выяснялось, где имеются течения, насколько велика их скорость, насколько они устойчивы, какова в них температура воды в разное время дня и ночи.
Диаграмма Лоренца позволяет быстро и легко визуализировать основные энергетические процессы, связанные с конкретным динамическим процессом, также обеспечивая количественную оценку каждого из них. В этой последней работе авторы модифицируют традиционную форму диаграммы Лоренца, объясняя условия связи полей массы и скорости и компонентов, которые различают тепловые потоки, фактически связанные с динамическими неустойчивостями. Эта процедура позволяет идентифицировать горизонтальные недивергентные турбулентные тепловые потоки, которые не характеризуют процесс тепловой адвекции, который влечет за собой изменение положения центра масс жидкости.
Первое известное упоминание об океанских течениях было сделано Колумбом, плывшим к Сан-Сальвадору в быстрых водах попутного западного течения. "Я считаю доказанным,- записал он в своем дневнике,- что воды морей, как и небеса, движутся с востока на запад". Однако с тех пор мореплаватели обнаружили много других течений, имеющих самые разные направления.
Цель этой работы - лучшее понимание диаграммы Лоренца путем построения поэтапно этой диаграммы. В этом документе акцент делается на процессы преобразования энергии, связанные с динамическими неустойчивостями крупномасштабных движений и их изменчивостью. Происхождение каждого термина сообщается и обсуждается.
После этого введения в разделе 2 представлен краткий теоретический обзор некоторых важных вопросов, связанных со строительством диаграммы Лоренца, а затем в разделе 3 путем представления четырех энергетических балансов, составляющих диаграмму. Раздел 4 содержит детали динамических аспектов преобразования бароклинной, и, наконец, в разделе 5 обсуждаются и обобщаются некоторые аспекты, связанные с Диаграммой.
В 1513 году испанский исследователь Понсе де Леон, разыскивавший Источник Молодости, стал свидетелем странного феномена. Он плыл южнее побережья Флориды во время ужасного шторма. Несмотря на то что ветер дул в нужном направлении и парусник, казалось, двигался вперед, случайно обернувшись, испанец обнаружил, что на самом деле он приближается к берегу. Океанские демоны? Злые духи? Нет. Понсе де Леон не знал того, что его маленькая шхуна попала в мощное течение, которое позже назвали Гольфстримом и которое именно в той части Атлантического океана течет на север. Поэтому, хотя ветры гнали суденышко на юг и были довольно сильны, течение оказалось сильнее.
Теория ближней геострофии. Теория квазигеострофии использует эту концепцию для оценки относительной важности океанических процессов в зависимости от их пространственно-временных масштабов. Для этого переменные, описывающие движение, записываются в терминах степенных рядов небольшого типичного параметра потока. В этой серии члены более высокого порядка рассматриваются как нарушения членов младшего порядка. В случае геофизических потоков указанным выше параметром является номер Россби. Два полученных графика сильно отличаются от динамической точки зрения, так что.
Спустя годы, в целях увеличения скорости передвижения по океану, Бенджамин Франклин нанес это течение на карту с точностью, возможной для того времени. Ему пришлось это проделать, потому что возник вопрос, на который он не смог дать ответ. Во время одного из путешествий в Англию его спросили: "Почему британские корабли, плывущие в Нью-Йорк, а затем на юг, затрачивают на это на две недели больше, чем те, которые плывут к Род-Айленду?" Франклин не знал ответа и поэтому спросил об этом своего кузена- китобоя Тимоти Фолджера. Фолджеру было известно то же, что и всем китобоям: в той части океана в восточном направлении проходит теплое, быстрое течение, которому киты отдают особое предпочтение. "Однако капитаны-англичане руководствуются своими картами, на которых течение вовсе не обозначено",- объяснил Тимоти. "Поэтому они попадают прямо в поток и плывут все время против течения". Он также добавил, что американские суда быстрее добираются до Европы, двигаясь на восток, потому что плывут по течению. Возвращаясь, они умышленно избегают его. После этого Фолджер обозначил место прохождения течения Гольфстрим настолько точно, насколько это сам представлял.
Основными характеристиками геострофического потока являются: ускорение нуля, нулевое горизонтальное расхождение, параллельное движение к изобарам, вертикальное гидростатическое равновесие и обратная текучая среда. Основные характеристики тектострофического течения: ускоренные, расходящиеся горизонтальные отличные от нуля и не обратные. Исключительное рассмотрение О-термов в уравнениях импульса образует вырождающуюся систему, поскольку геострофические скорости не расходятся и приводят к нулю вертикальных скоростей, которые препятствуют возникновению конвективных и длинноволновых движений.
После окончания американской революции Франклин, имея в качестве основы рисунок Фолджера, задумал составить более точную карту Гольфстрима. Во время своих многочисленных плаваний через Атлантику он постоянно измерял температуру воды за бортом. Одетый в тяжелые зимние одежды, меховую шапку и теплые ботинки, он выходил на палубу, забрасывал в океан пустые бутылки и наполнял их морской водой, температуру которой затем измерял термометром. Таким путем он выяснил, что воды течения теплее, чем окружающие их океан и воздух.
Более того, в стратифицированных жидкостях этот факт не позволяет изменить наклон изопических поверхностей и, следовательно, генерировать возмущения давления и, следовательно, движение. Включение темпострофических членов более высокого порядка в уравнениях импульса позволит описать изменчивость основного потока, образуя, таким образом, систему уравнений, описывающих квазигеострофию. Формализм, вытекающий из этой процедуры, известен как квазигеострофическая теория.
Таким образом, нарушение, связанное с мезомасштабными движениями отражаются в поле веса, так что ρ плотности имеет основное состояние, которое изменяется только по вертикали, и отклонение от этого состояния, которые изменяются в трех измерениях и времени.
Сегодня океанографам известно, что вода океанских течений отличается от остальной морской воды по многим параметрам. У них другая температура, скорость, содержание соли. Они отличаются и запасами кинетической энергии, протекая словно "морские реки" через все океаны мира. Они вызываются ветрами, имеющими неизменное направление, вращением Земли, различиями в температуре и плотности воды. Однако среди поверхностных течений Гольфстрим - наиболее примечательное. Офицер американского военно-морского флота Мэтью Мори писал о нем в своей книге "Физическая география моря" в 1855 году:
Профиль температуры θ является горизонтально однородным и независимым от времени, который называется основной стратификацией, которая создает состояние покоя. Уравнение описывает геострофический баланс в горизонтальной плоскости, в то время как уравнение показывает гидростатический баланс между возмущениями давления и массы, последний выражается через изменение температуры.
Уравнение импульса О в плоскости β и без включения трения определяется следующим образом. Эта процедура будет повторяться в уравнении теплопроводности. Поскольку основная цель этой работы состоит в том, чтобы шаг за шагом получить диаграмму Лоренца, что подразумевает получение баланса каждой формы энергии, переменные, описывающие геофизический поток, будут разложены в средней части и другой плавающий, определяющий как плавающее возмущение по среднему полю переменной. Подчеркнем, что в этой статье термин «турбулентный» используется для обозначения нарушенного состояния переменных.
"В океане существует река. Она не пересыхает в жесточайшую засуху и не переполняется во время половодья. Ее дно и берега состоят из холодной воды, в то время как само течение - теплое. Оно берет свое начало в Мексиканском заливе и исчезает в Арктике. Эта могучая река - Гольфстрим. В мире нет другого такого удивительного водного потока. Скорость его быстрее, чем у Миссисипи или Амазонки, а объем перемещаемой воды - больше в тысячи раз... Его воды еще от берегов Каролины имеют цвет индиго. Они отличаются от окружающих вод столь сильно, что могут быть замечены невооруженным глазом. Зачастую одна половина судна может плыть в Гольфстриме, другая - в морских водах, так резко отличаются воды течения; насколько похожи свойства вод внутри Гольфстрима, настолько же сильно их отличие и нежелание смешиваться с окружающим океаном".
Это разложение имеет общее выражение. Значение получается в временном окне, совместимом со шкалой исследуемого движения. Среднее уравнение получается усреднением уравнения, которое обеспечивает. Вычитание результата. Из турбулентной компоненты уравнения.
Мы также можем оправдывать пренебрежение этим термином при принятии эргодической гипотезы о движении по Тейлору. Эта же процедура разделения должна применяться в уравнениях. Формы энергии в океане. Две наиболее важные формы энергии в океане, связанные с крупномасштабными движениями, являются кинетической и потенциальной энергией, первая связана со скоростью частиц данного объема жидкости, а вторая - с центром центра масс этого объема. Это новое уравнение, за которым следует интеграция в трех измерениях области, рассматривая условия нулевого контура, обеспечивает после нескольких интеграций по частям.
Описание Гольфстрима, сделанное Мори, теперь считается классическим, привлекает внимание и огромная кинетическая энергия этого течения. Однако исследования океанских течений были весьма ограниченны еще в девятнадцатом веке и велись лишь с точки зрения навигационных проблем или из простого любопытства отдельных ученых. Соответственно и данные собирались хоть и старательно, но очень медленно во время плаваний через океаны.
Левая часть уравнения Соответствует затем изменению во времени полной энергии системы, равному значению диссипативного члена в правой части уравнения, всегда отрицательна. Два выражения уравнения, определяющие текущую функцию ψ при применении в первом члене уравнения, обеспечивают.
Авторы утверждают, что это означает, что в гипотетической ситуации, которые были парализованы все процессы производства электроэнергии, общая циркуляция океанов будет иметь относительный источник гораздо большую энергию, чем в общей циркуляции атмосферы.
В дальнейшем информация собиралась учеными-океанологами Военно-морского флота США, Береговой охраны, Берегового и геодезического, топографического управления США, а также частными исследователями. Имея в своем распоряжении современную измерительную аппаратуру, они смогли вычертить карты и схемы, показывающие температуру, ширину, места протекания Гольфстрима в зависимости от времени. Разумеется, результаты сбора таких данных были не совсем надежны, так как Гольфстрим изменял свое направление. Некоторые приписывали это влиянию Луны. Однако в 1884 году адмирал Джон Эллиот Пилсбари смог разрешить многие из таинственных загадок. Во время прохождения службы у берегов Флориды он ставил свое судно на якорь то в одном, то в другом месте и снимал показания с помощью новейших по тем временам приборов. Среди них было одно особенное устройство - изобретенный им самим измеритель скорости течения, который одновременно фиксировал и направление потока.
Баротропные и бароклинные неустойчивости. Нестабильность, как баротропная, так и бароклинная, является неотъемлемой чертой геофизических жидкостей, и поэтому, если есть течение, основное состояние которого находится в геострофическом равновесии, оно естественно подвержено возникновению неустойчивостей. Мы заметили, что в тех случаях, когда существуют благоприятные условия для роста неустойчивостей, это происходит за счет средней энергии потока, так что происходит перенос энергии от среднего потока к неустойчивости.
Таким образом, неустойчивости, которые вырабатывают энергию стока из среднего потока и функционируют как механизм поддержания равновесия основной циркуляции Мирового океана. Основная характеристика баротропной неустойчивости заключается в том, что увеличение неустойчивости происходит за счет средней кинетической энергии потока. Эта форма неустойчивости развивает важную роль, поскольку именно через нее может происходить прямая передача средней кинетической энергии кинетической энергии, связанной с вихревыми движениями, обеспечивающая взаимодействие между средними полями потока и мезомасштабной, так называемой кинетической энергии вихря.
Со времен Пилсбари во всех океанах мира продолжались исследования, которые, правда, не давали убедительных результатов. Со временем инструменты, обладающие большой точностью измерений, появились на многих океанских судах, автоматически фиксируя скорость, температуру, местоположение и химический состав течений. В 1969 году хорошо оснащенная научно-исследовательская подводная лодка "Бенджамин Франклин", находящаяся в ведении правительства, значительно обогатила библиотеку сведений об океанских течениях. Два года спустя свой вклад в их изучение внес и профессор Института исследований моря и атмосферы в Розенстьеле (Флорида) Уолтер Дьюинг. В своем фундаментальном труде он проанализировал огромный запас информации о Флоридском течении, являющемся частью Гольфстрима. Впервые в отношении исследуемого течения были получены данные об "изменениях во времени и пространстве".
В случае бароклинной неустойчивости рост происходит за счет релаксации изопических поверхностей жидкости. Эта неустойчивость имеет функцию косвенной передачи энергии из поля массы в поле течения. Поэтому баротропные и бароклинные неустойчивости способствуют превращению океана в состояние более низкого потенциала и кинетической энергии, приводя систему к условию большего равновесия.
Определение того, подходит ли поток для развития определенной нестабильности, не является тривиальным. Определенные характеристики профиля скорости могут указывать, является ли поток условным или не развивает определенный тип неустойчивости. В общем, мы будем иметь только идентификацию необходимых, но не достаточных условий для роста неустойчивости. В конкретном случае бароклинных течений, с наклонными изопическими поверхностями, он имеет потенциальную энергию, большую, чем та, в которой его поверхности ослаблены.
В 70-х годах центр внимания исследований" сместился. Ввиду того, что ископаемые виды топлива стали дорожать, все чаще стали поговаривать об энергии океанских течений: ее доступности, запасах и возможности превращения в дешевую электроэнергию.
Обычно считается, что извлечение энергии океанских течений должно быть весьма выгодным делом. Оно не загрязнит окружающую среду, не потребует, в свою очередь, больших затрат энергии и, так как течения находятся в движении двадцать четыре часа в сутки, энергия будет поставляться постоянно и непрерывно. Надежды возлагаются и на то, что энергоустановки будут производить значительные количества достаточно дешевого электричества, станут долговечными и эффективными.
Можно сказать, что любой поток с наклонными изопическими поверхностями потенциально нестабилен, так как он имеет «накопленную» энергию, которая может быть высвобождена для роста неустойчивостей. Можно сказать, что бароклинический профиль рано или поздно будет достигнут возмущением с соответствующей фазой и длиной волны, что позволит отодвинуть систему от ее равновесия. Дальнейшие объяснения можно найти в классических статьях о барочной нестабильности, таких как Чарни и Иди.
Так как это не цель этой статьи останавливаться на неустойчивостях выделить только некоторые критерии идентификации, возможный рост нестабильности для данного потока, на основе оценки градиента абсолютной средней завихренности потока над областью, заданной.
Первые проекты по преобразованию энергии океанских течений в электроэнергию появились очень скоро. Однажды в теплый солнечный день три друга-океанолога затронули в своей беседе проблемы исследований Уолтера Дьюинга.
Это происходило в 1973 году в оффисе директора Атлантических океанографических и метеорологических лабораторий Национального управления по исследованию океана и атмосферы в Майами, доктора Харриса Б. Стюарта-младшего.
В случае зонального течения. Бароклинная нестабильность иллюстрируется «клином нестабильности», приведенным в разделе 4 этой статьи. Потоки расслаиваются в систему вращающейся Земля, как может быть подвергнуты баротропных нестабильность и бароклинным, которые являются частью широкого спектра типов вызовов нестабильности «в сочетании неустойчивости баротропной-бароклинные», которые имеют место, когда поток сдвигаются в обоих направлениях: горизонтальной и вертикальной. При отсутствии горизонтального сдвига неустойчивость, которая может развиться, находится на одном конце этого диапазона: бароклинная неустойчивость.
Из окон оффиса им был виден Гольфстрим - светло-голубой поток среди зеленого Атлантического океана. Доктор Стюарт позднее в интервью журналу "Попьюлар Сайенс", рассказывал издателю Артуру Фишеру, что вначале трое друзей праздно восхищались голубизной Гольфстрима, и только. Они знали, что это течение, проходящее близ Флориды между Майами и Бимини, несет в пятьдесят раз больше воды, чем все реки мира. "Мы знали и то, что течение постоянно и ночью, и днем, что оно имеет приличную скорость - 4 узла. И тут нас осенило: почему бы не исследовать Флоридское течение как весьма перспективный источник энергии... Мы подсчитали, что если удастся извлечь лишь 4% энергии этого потока, выходная мощность
С другой стороны, в отсутствие вертикального сдвига неустойчивость, которая может развиться, находится на другом конце полосы: баротропная неустойчивость. Предполагается, что контрольный объем, включающий всю область исследования, был разделен на элементарные объемы, на которых будут применяться балансы, разработанные здесь.
Это сравнивается с уравнением, таким образом, получая. Среднее время суммируется с основным полем, настраивая конечное среднее массовое поле, не зависящее от времени, заданное. Средний баланс кинетической энергии. Средняя кинетическая энергия в элементарном объеме на единицу массы, согласно уравнению, будет определяться следующим образом.
составит 1000-2000 мегаватт, что примерно эквивалентно производительности ядерной электростанции. Таким образом, мы решили, что проблемой стоит заняться".
Вскоре после этого Стюарт и его коллеги встретились опять, чтобы сделать первые наброски проекта электростанции, использующей энергию Флоридского течения. Им уже виделись огромные подводные пропеллеры - преобразователи энергии. Газеты узнали об этой встрече, и первые полосы запестрели историями о "подводных мельницах".
Поскольку усредненное уравнение соответствует уравнению, получаем. Термин 2 можно переписать как. Расширенный термин 3 после некоторых алгебраических манипуляций приводит к двум другим терминам, определяемым. Они могут быть положительными или отрицательными в зависимости от сигнала градиента среднего импульса.
Этот же понижающий поток повторяется с изменением направления возмущения скорости. Он показывает два слоя жидкости, разделенных наклонной изопической поверхностью. В этом случае положение центра масс жидкости снижается. Узкая полоса массового поля, где происходит этот процесс, известна как «клин неустойчивости». В этом процессе горизонтальный тепловой турбулентный поток улучшает среднее поле температуры.
Чикагский миллионер Джон Б. Мак-Артур также обратил внимание на проект. Ему, практичному бизнесмену, идея неистощимого, безвредного источника энергии вблизи Майами показалась интересной. Мак-Артур вылетел в Майами и имел беседу с доктором Стюартом.
Мак-Артур предложил ему набросать план работ и состав специалистов: морских инженеров, экспертов по тяжелому морскому оборудованию, проектировщиков турбин, экономистов-энергетиков, экспертов по коррозии и загрязнению окружающей среды для исследования подводного функционирования установки.
Когда Комитет Мак-Артура собрался в 1974 году, специалисты были уже подобраны. В наличии имелись деньги, профессиональный опыт и изобретательность. Прибыли делегаты от Флоридской электрической компании, Вестингхауза, "Эллис-Чалмерс" и лабораторий "Лаке корризьен" из "Интернейшнл никель". Морские инженеры представляли три весьма престижных университета: Род-Айлендский, Массачусетский и Калифорнийский университет в Беркли. Присутствовали заинтересованные представители частного сектора и правительства.
После трех дней дискуссий, выслушивания аргументов и контраргументов делегаты пришли к выводу, что энергия Флоридского течения эквивалентна энергии, вырабатываемой двадцатью пятью электростанциями мощностью 1000 мегаватт, и что это течение определенно может быть использовано для получения электричества.
Присутствовавшие специалисты по охране окружающей среды, однако, возражали против неограниченного преобразования энергии течения. Как заявил один из них, "извлечение 200 мегаватт энергии охладит Флоридское течение, что повлияет на климат востока Соединенных Штатов и Северной Европы".
В то же время инженеры-практики предлагали такие устройства, как двухлопастные пропеллеры (которые вначале и называли подводными мельницами), роторы с вогнуты ми лопастями и системы гигантских водяных турбин. Однако наибольшее внимание привлекла система подводных парашютов, изобретенная Гари Стилманом, приехавшим из окруженной со всех сторон сушей Айовы.
Стилман - фермер, не имеющий специального технического образования, впервые использовал парашюты для преобразования энергии небольшого ручья, протекающего через территорию его фермы. Поскольку устройство там работало, он предложил ту же идею с условием увеличения размеров парашютов для преобразования энергии Флоридского течения. Его изобретение столь же просто и дешево, сколь и оригинально. Оно предназначено для превращения энергий низкого уровня в электрический ток и называется WLVEC * - "водяной энергопреобразователь, работающий на низких скоростях". WLVEC состоит из двух компонентов: колеса на оси, закрепленного на судне или плавучей платформе, и вытянутой петли, непрерывно вращающейся вокруг колеса, словно конвейерная линия. Вдоль петли закреплены паруса, выполненные в виде парашютов. Они расположены так, что раскрываются при встречном потоке воды и закрываются, когда поворачиваются на петле в противоположном направлении. Когда это устройство опускается в воду, парашюты автоматически вытягивают петлю и приводят систему в действие под влиянием силы течения. Петля, в свою очередь, вращает колесо, передающее вращение турбогенератору, который и вырабатывает электрический ток.
Группа Мак-Артура в заключение пришла к оптимистическому выводу: весьма возможно, что в середине 80-х годов из Флоридского течения будут извлекаться значительные количества энергии, причем цена ее будет достаточно низкой. Использовать ее можно тремя способами: как электрический ток, передаваемый на берег по подводному кабелю, как водород (извлеченный из морской воды), который можно перекачивать по газопроводу или перевозить судами в криогенных резервуарах, или как сжатый газ, хранимый в "подводных баллонах".
* ( WLVEC -Water Low-Velocity Energy Convertor ).
Перед окончанием своей работы группа Мак-Артура выступила с рекомендациями относительно программы исследований и развития. Вскоре после этого было установлено, что скорость океанских течений изменяется как во времени, так и в пространстве, а величина ее в большинстве случаев невелика. Значит, и энергетический уровень тоже.
Энергия низкого уровня? Для изобретательных инженеров такая проблема не являлась непреодолимой. Они знали, что океанские течения содержат в себе огромные запасы энергии и что она может быть извлечена с помощью больших низкоскоростных водяных турбин. Ряд возможных проектов таких турбин подвергся рассмотрению. Один из них - создание турбины с вертикально расположенной осью - был признан в то время наиболее эффективным. Он имел два плюса: возможность подстраиваться к интенсивности потока и изменениям в его направлении. Однако уже в 1980 году Стилман объявил, что его новая модель WLVEC с парашютами размером 5 футов (1,5 м) работает превосходно. "Ее выходная мощность,-заявил он,-10 лошадиных сил при скорости потока, составляющей два узла". Согласно его последним оценкам, "не существует верхней границы мощности энергостанций типа WLVEC. Все зависит лишь от прочности используемых материалов. При цене на нефть, равной 30 долларам за баррель, станция WLVEC, расположенная у берегов Майами, будет производить электричество на 1,5 миллиона долларов в день".
Говоря о создании электростанций, использующих энергию океанских течений, мы имеем в виду, что для этого необходимы крупные денежные средства и государственная поддержка. Лишь один раз, в 1979 году, правительством США были предприняты конкретные шаги в этом направлении. Они заключались в том, что вице-президент компании "Аэровиронмант Инкорпорейтед" (Пасадена, Калифорния) доктор Питер Б. С. Лиссамэн пытался продолжить работу и исследования с того момента, на котором остановилась группа Мак-Артура. Его цель - создать энергосистему на основе так называемых "подводных мельниц" - океанских турбин, изобретенных двумя инженерами - Дэвидом Томпсоном и Уильямом Маутоном.
"Представьте себе,- говорит Лиссамэн,- огромную подводную турбину размером в два городских квартала, имеющую в центре гигантский ротор. Пусть 250 таких турбин будут погружены в Гольфстрим на глубину 75 футов и заякорены кабелями длиной почти в две мили. Протекающий поток воды приведет роторы в движение, в результате чего турбины станут вырабатывать электрический ток. Передаваемый во Флоридскую энергосистему по подводным кабелям, он легко покроет значительную часть общегосударственных потребностей в энергии".
Этот проект - энергосистема из океанских турбин - назван программой Кориолиса в честь французского ученого XIX века Гюстава Гаспара Кориолиса. Будучи математиком и инженером, он стал известен своей теорией, описывающей движения океанских и воздушных течений в зависимости от вращения земного шара. Согласно этой теории течения Северного полушария смещаются вправо, т. е. по часовой стрелке, а течения Южного полушария смещаются влево, т. е. против нее.
Менеджер программы Кориолиса Роберт Рэдки описывает систему с большим энтузиазмом. "Мы рассчитываем на то, что у нас не будет больших проблем с реализацией проекта - установкой и закреплением турбин и генераторов. Так как турбины представляют собой огромные трубы, напоминающие по форме кофейные банки, у которых отсутствуют донышки, они обладают значительной стабильностью. Количество полученной энергии будет больше. Что касается коррозии под действием морских организмов (называемой впоследствии биофулингом), то следует отметить, что они очень редко закрепляются на предметах, находящихся в проточной воде. А Гольфстрим как-никак имеет скорость 4 мили в час".
В ответ на вопрос: меняется ли скорость Гольфстрима в зависимости от времени года и как это влияет на выработку электроэнергии,- Рэдки говорит: "Мы знаем, что существует разница в скорости потока зимой и летом. Мы изучили это явление, и сейчас, на начальных стадиях разработки программы, считаем, что средняя производительность Кориолиса составит 57%. Это совсем неплохо".
Проблема, выдвинутая специалистами по защите окружающей среды,- изменение климата Соединенных Штатов и Северной Европы в результате похолодания Гольфстрима - не принимается всерьез как Лиссамэном, так и Рэдки. "Кориолис не извлекает тепло, а наши машины используют лишь кинетическую энергию текущей воды.
Отбуксировка установки "Кориолис-1" к станции на Гольфстриме
Существуют ли проблемы, связанные с замедлением течения? При взаимодействии турбин с течением они уменьшают его скорость только на 1%. И хотя мы не считаем, что 1 % - это существенно, мы продолжим изучение данного вопроса".
На основе своих исследований представители компании "Аэровиронмант" уверены в том, что осуществление программы Кориолиса даст возможность производить 10 000 мегаватт энергии без загрязнения окружающей среды. Что касается влияния работы турбин на океан, то исследования показали, что создаваемые при этом волны не превосходят обычных морских волн у берегов Флориды. Утверждается также, что изменения скорости и температуры потока будут менее значительны по сравнению с естественными флуктуациями.
Между тем возникает необходимость в новых исследованиях. Нужно построить и испытать 39-футовую (12 м) модель океанской турбины. К промышленной эксплуатации в полном объеме можно будет приступить через тридцать шесть месяцев после начала ее строительства.
Как уже отмечалось, океанские течения несут энергию, которой достаточно, чтобы электрифицировать весь мир. Является ли это решением проблемы нехватки энергии?
Вообще говоря, сейчас еще рано оценивать будущий потенциал этого источника энергии. И большинство тех организаций или частных лиц, которые вложат свои деньги в реализацию таких проектов, будут вынуждены находиться в положении, когда известна еще
далеко не вся информация об океанских течениях: их скорость и температура, постоянство и энергетический уровень.
Организатор группы Мак-Артура доктор Харрис Б. Стюарт-младший думает иначе. В телефонном разговоре с автором этой книги он сказал: "Не стоит ждать, когда будут собраны все сведения обо всех течениях в мире. Начнем с Флоридского течения. Энергии в нем предостаточно. Мы это знаем и знаем, как ее извлечь. Не нужно концентрировать все усилия лишь на одном источнике энергии. Наша задача - использовать локальные источники энергии. В Калифорнии мы извлекаем геотермальную энергию, в Аризоне - солнечную, в заливе Кобскук - приливную, в Северной Атлантике, у побережья Шотландии,- волновую. Близ Флориды мы будем использовать энергию океанского течения".
Спокойно, но весьма убедительно Стюарт добавляет: "Что мы не должны делать, так это следовать примеру Министерства энергетики США, которое в настоящее время направляет все средства и усилия на развитие использования только одного энергоресурса - ОТЕС - преобразования термальной энергии океана".
Пламя Данный способ украсить свою гитару доступен каждому, наклейки на гитару купить в киеве.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Используемые технологии: игровые, групповые, технология проектного обучения, ИКТ(компьютерные (новые информационные)технологии обучения), технология интенсивного обучения на основе схемных и знаковых моделей учебного материала
Цель: познакомить с основными видами волн и причинами их образования; раскрыть причины кругового движения поверхностных вод, дать представление об общей схеме поверхностных течений в Мировом океане.
Задачи:
- Расширить сведения обучающихся о видах волн, сформировать представление об океанических течениях, причине их возникновения, видах течений, географии их действия.
- Совершенствовать работу обучающихся с различными источниками получения информации (книгой, атласом, видео).
- Формировать умение отбирать главное и существенное из текста, сопоставлять получаемую информацию, выявлять закономерности.
- Продолжить формирование умения работать с контурными картами.
- Научить применять полученные на уроке знания в нестандартной жизненной ситуации.
- Развивать познавательный интерес к предмету.
- Воспитывать эстетическое восприятие географических объектов (через мультимедиа).
Оборудование:
- Презентация
- Карта (физическая карта мира).
- Атласы
- Задания для “Географических исследований”
- Синие и красные фломастеры
- Контурная карта океанов
ХОД УРОКА
1. Организационный момент.
Добрый день, ребята! Рада вас видеть! Для того, чтобы настроиться на наше занятие, давайте подарим друг другу улыбки, пожелаем попутного ветра, волну удачи, океан открытий. А также плыть на гребне стремлений и съесть пуд соли под килем.
2. Сегодня на уроке мы отправимся в путешествие по бескрайнему Мировому океану. Для плавания нужен корабль и сплоченная команда во главе с капитаном. Разделимся на 4 команды - корабля. Каждый из вас на входе в класс получил пазл океана.
1 задание: найти членов своей команды. Занять корабль. Выбрать капитана корабля.
2. Актуализация знаний
Прежде чем корабль покинет порт, командам кораблей необходимо немного размяться.
“Разминка”.
По 1 матросу от команды командируйте на берег для выполнения особого задания – разгадывания кроссворда.
1 матрос - к карте – показать ответы на карте
Я бросаю мяч на тот корабль, который должен дать ответ. Капитан корабля отмечает, кто дал правильный ответ.
1. Самый большой океан:
2. Самый маленький по площади океан
3. Наибольшие глубины характерны для океана:
4. Наименьшие глубины характерны для океана:
5. Небольшую протяженность с запада на восток имеет
6. Экватор не пересекает
7. В южном полушарии лежит большая часть
8. Самый древний океан
9. Самый холодный океан
10. Море, практически, со всех сторон окружённое сушей, называется:
11. К окраинным морям относятся моря:
12. Глубины в пределах шельфа не превышают:
13. Какие океаны соединяются проливом Дрейка:
14. Марианская впадина является частью океана:
15. Гвинейский залив омывает:
16. Самый крупный остров Земли:
А теперь вопросы посложнее.
2. Дополни определения.
Границы между океанами проходят (по меридианам)
- Море – это... (часть океана, обособленная от него сушей или возвышенностями подводного рельефа)
- Моря бывают... (окраинные, внутренние, межостровные)
- Мелководные части океана или моря, расположенные у берега называют (материковая отмель или шельф)
- После шельфа идет...(материковый склон)
- Глубинная зона океана - ...(ложе)
- Глубоководный желоб – это (узкая длинная впадина, самая глубокая часть океана)
3. Вопросы “На засыпку”
- Почему именно в зоне шельфа добывается 80% рыбы?
- Каковы особенности слоев воды, находящихся у дна океана?
- Почему в Северном Ледовитом океане нет глубоководных желобов?
- Назовите глубинные зоны Мирового океана.
3. Постановка цели и задач урока.
Мотивация учебной деятельности учащихся.
Ребята, мы уже достаточно много знаем о Мировом океане и выполненная Вами разминка это подтверждает. Сегодня мы расширим наши знания. Для этого отчалим от берега и выйдем в открытый океан. Итак: “Отдать якоря!”
Клокочет, бушует, волнуется море
Сердито и грозно, седые валы
Как вихри летают на буйном просторе
И силятся сдвинуть крутые скалы
Смотрите, смотрите – как грудью, могучей
Они, разъяренные бьют в берега!
Но вот на средину отхлынули тучей,
Как будто заслышав призванье врага.
Как будто меж ними затеялась ссора –
Ревут ураганом, громами гремят,
Понять невозможно их чудного хора,
Но, кажется, что-то они говорят...
О чём идёт речь в стихотворении Н.А.Некрасова? Чем вызвано это явление? (О волнах, вызванных ветром)
Да, море никогда не бывает однообразно. Оно бывает спокойно и ласково, и тогда по его поверхности бегут плавные волны. Оно бывает грозно и страшно, когда бушует шторм. Как вы думаете, о чем пойдет речь сегодня на уроке?
Слайд 4. Тема урока “Движение воды в океане”. Определите задачу нашего урока.
Слайд 5. Наша задача познакомиться с основными видами движения воды, причинами их возникновения, географией их действия.
Мировой океан находится в постоянном движении. Как вы думаете, какие силы вызывают движение воды в океане?
Слайд 7. Групповая работа.
Вам сейчас предстоит, работая на своих кораблях, провести настоящее исследование с помощью учебника параграф 11, атласа
- 1 группа - волны ветровые
- 2 группа – волны цунами
- 3 группа – приливы и отливы
- 4 группа – виды морских течений
В конце исследования ждем подробный отчет в в виде схемы, рисунка, т.е. логического опорного конспекта.
Самостоятельная работа групп.
Творческие отчеты групп.
Слайд 8 “Волны – колебания поверхности воды под влиянием различных сил”
Когда смотришь на море, кажется, что волны гонят воду прямо на тебя.
На самом деле вода в волне движется так, как показано на рисунке, т.е. вверх-вниз.
Это видно, если смотришь на чаек, когда они покачиваются на волнах.
Слайд 9. Причина волн
Учитель : Проследим причинно-следственные связи образования ветровых волн.
Mожет человек повлиять на причину?
Ученики : Нет. Это в силах природы.
Учитель : Может ли человек повлиять на следствие?
Ученики . Нет.
Учитель : Нет ветра и нет волн.
Учитель : Слайд 10. Прибой
У берега волнение усиливается. Когда волна достигает мелководья, ее основание начинает тормозится, а гребень опрокидывается. Так возникает морской прибой.
Занесем полученные сведения в бортовые журналы (тетради) (схема)
2 группа: цунами.
Вдруг стихает шум прибоя, и далеко в море уходит вода, обнажая дно. В этой внезапно наступившей тишине для островитянина - верный признак надвигающей беды. Теперь не мешкать, скорее в сопки, в горы, подальше от домашнего очага. Стена воды, увенчанная снежной пеной, летит на портовые сооружения, на город. Проходит немного времени, и в водовороте воды кружатся дома, причалы, скот...
Учитель : О какой волне идет речь?
Учитель : О цунами нам расскажет команда 2 корабля
Слайд 12. А) понятие “цунами”
Слайд 13 Б) причины образования волн цунами
В) характеристика волны
Г) где, на побережье каких океанов возможны цунами
Д) последствия цунами.
Катастрофическое землетрясение в Чили 21 мая 1960 года вызвало крупные изменения в рельефе морского дна. Это породило гигантские морские волны - цунами, которые распространились по всему Тихому океану и за его пределы. Эти чудовищные волны мчались по Тихому океану со скоростью реактивного самолёта. В эти дни Чили первым приняло на себя удар морской стихии. На его побережье сотни людей были снесены в океан, разрушены поселки, портовые сооружения. Опустошительный вал пересёк Тихий океан, обрушился на Гавайские острова, побережье Новой Зеландии, Австралии, Филиппин, Японии, на Курильские острова и Камчатку. Огромное расстояние - в 16 тыс. км от эпицентра землетрясения волны цунами двигались со скоростью 650-700 км в час.
Слайд 14, 15
Приливы и отливы
А) Причины образования
Б) Где наблюдаются самые высокие приливы?
Заполним бортовой журнал. (схема)
Но есть в океане и загадочные волны, которые в своем проекте попытались разгадать Никулина Саша и Шавринская Валя.
Просмотр проекта “Волны-убийцы”.
Физминутка-игра .. На фоне шума моря дети должны сымитировать движения волн в море: сначала поднимают руки по очереди:
I группа, потом II, потом III и т.д
Подминаются дети I группы и садятся, потом II, потом III и т.д.
Встают и делают танцевальное движение “ВОЛНА”.
Но в океанах существуют и другие движения....
Вам всем известно, что он великий путешественник и мореплаватель и с ним произошло немало очень интересных историй. И об одной из них он пишет в этом письме. Послушайте его.
“Как-то раз я и мой помощник Лом решили отправиться в плавание на нашей “Беде”. Вышли в море. И все-таки должен сказать: хорошо в море! Недаром, знаете, еще древние греки говаривали, что море все невзгоды смывает с души человека.
Идем. Тишина, только волны шелестят вдоль бортов, мачта поскрипывает, а берег уходит, тает за кормой. Погода свежеет, белячки пошли по волнам, откуда-то прилетели буревестники, ветерок стал крепчать. Работает, свистит в снастях настоящий морской, соленый ветер. Вот и последний маяк остался позади, берегов как не бывало, только море кругом; куда ни взглянешь - везде море.
Спустился, выпил на сон грядущий рюмочку рому, лег на койку и заснул как убитый. А через два часа, бодрый и свежий, поднимаюсь на палубу. Осмотрелся кругом, глянул вперед... и в глазах у меня потемнело.
На первый взгляд - ничего, конечно, особенного: то же море кругом, те же чайки, и Лом в полном порядке, держит штурвал, но идёт он не в том направлении, как мы задумывали. У нас разразился страшный скандал! Мы спорили очень долго и не заметили в споре, как договорились о пари, в котором говорилось о том, что мы сможем совершить путешествие по океану, больше не поднимая паруса и не прибегая к силе двигателя. И к вам, ребята, я обращаюсь со следующей просьбой. Помогите мне разъяснить моему неучу-помощнику, можно ли это сделать и как. А я вам буду сердечно в этом благодарен.
Капитан дальнего плавания
Врунгель Христофор Бонифатьевич.”
– Мне бы очень хотелось, чтобы мы с вами помогли капитану Врунгелю в его проблеме.
– По вашему мнению, ребята, каким образом корабль смог бы передвигаться в океане и по какому маршруту?
(Обучающиеся предлагают различные варианты передвижения, один из них: с помощью течений).
Хороший способ передвижения – передвижение с помощью океанических течений. А для того чтобы им воспользоваться, необходимо познакомиться с течениями.
4 группа Течения в океане.
Так что же такое течение?
Слайд 26 - 32
А) Океанические течения – это (горизонтальное перемещение воды в океане на большие расстояния.)
Б) Значение течений (Эти поступательные движения воды играют огромную роль в жизни Мирового океана. Они способствуют обмену вод, перераспределению тепла, изменению берегов, переносу льдов, а также оказывают большое влияние на циркуляцию атмосферы и на климат различных частей Земли.)
В) Типы течений (схема)
(Необходимо обратить внимание обучающихся на то, что ещё одной главной причиной является неодинаковая плотность воды.
6. Откройте навигационные карты и найдите основные течения Мирового океана. (1 корабль изучает Тихий океан, 2 корабль – Индийский, 3, 4 корабли – Атлантический океан) Нанесите их на контурную карту.
Отчеты групп
Какие течения обнаружили в Тихом океане?
Какие течения в Индийском океане?
Какие течения в Атлантическом океане?
Какие течения прослеживаются во всех трех океанах?
Какие это течения по происхождению? (ветровые)
Попробуйте объяснить, почему образуются теплые и холодные течения? Есть ли закономерность в их размещении?
(Работая с атласом, обучающиеся приходят к выводу. На планете существуют два потока течений: один теплый (легкие воды) - от экватора к полюсам – в поверхностных слоях океана, другой холодный (тяжелые воды) - от полюсов к экватору – в глубине. Вблизи экватора холодные воды начнут подниматься вверх, так как теплые воды уходят из экваториальной области на север.)
7. А теперь найдите закономерности циркуляции течений.
– Посмотрите на Тихий океан. Сравните направления течений в северном и южном полушариях.
В тетрадях заполняется схема ветровой циркуляции в океане.
Морские течения образуют в океанах замкнутые круги. Движение воды в этих кругах в Северном полушарии происходит по часовой стрелке, а в Южном – против.
Как раз на направление течений по часовой и против часовой стрелки оказывает влияние вращение Земли вокруг своей оси. Этот закон вывел учёный Кариолис. Это закон физики и вы его будете изучать в старших классах.
8. Работа с контурными картами.
Теперь приступаем к работе на контурной карте
1. Нанесите на контурную карту два теплых и два холодных ветровых течения.
2. Нанесите на контурные карты два стоковых течения более толстыми стрелками.
Учитель с учениками работает на контурной карте, показывая образование Перуанского стокового течения. При столкновении течения Западных ветров, которое является ветровым течением, образуется одно стоковое течение, а течение Западных ветров продолжает двигаться дальше.
Но есть случаи, когда ветровое течение в результате столкновения с материком перестает существовать, а вместо него образуются два стоковых течения. Найдите примеры на карте и покажите (Калифорнийское и Аляскинское, Куросио и Межпассатное.)
9. Рефлексия.
– Итак, ответы на все вопросы найдены. Ну а теперь надо помочь капитану Врунгелю разъяснить его помощнику Лому то, как можно только при помощи течений совершить морское путешествие.
10. Закрепление изученного.
А сейчас, мы проведем “Географические исследования”
1) У Филиппинских островов моряки нашли в океане бутылку, в которой была записка. Потерпевшие крушение просили о помощи. Проникшая в бутылку вода, уничтожила некоторые буквы и цифры и вместо точного указания места, сохранились только следующие обрывки: 15 0 ш. 145 0 в. Определить место крушения корабля и объяснить маршрут перемещения записки.
2) Самолет, летевший из Англии в Америку, упал в море на 30 0 с.ш. и 70 0 з.д.
Лётчик в резиновой лодке долго плыл на северо-восток и был подобран на корабль на 36 0 с.ш. и 50 0 з.д.
а) Определить место падения самолёта, путь лётчика в резиновой лодке, место встречи с кораблём.
б) Объяснить перемещение лётчика на северо-восток.
3) В какой части Атлантического океана на 50 0 -60 0 с.ш. вода теплее: у берегов Северной Америки или у берегов Европы? Объяснить свой ответ
4) На побережье Тихого океана Южной Америки находится самая засушливая пустыня мира Атакама. Объясните её образование?
Итоги исследований
Заслушивание результатов
Повторение изученного
– А теперь вернёмся к началу нашего урока. Вспомним те вопросы, которые мы поставили в начале урока. Повторим весь изученный материал по логически опорному конспекту.
2) Описать физико-географическое положение течения Гольфстрим или Перуанского по плану:
План описания течения
- Название
- В каком океане находится
- Где образуется
- В каком направлении течет
- Тип течения по температуре
- На контурную карту нанести течения Тихого океана.
