Придонный пограничный слой в Черном море: формирование стационарного состояния

Abstract

В статье предпринята попытка ответить на вопрос, каким образом природная стационарная система слой – прослойка в режиме послойной конвекции двойной диффузии (например придонный пограничный слой в Черном море) «выбирает» из множества возможных вариантов единственный набор определяющих параметров. В качестве «правила отбора» привлечен принцип минимума производства энтропии для систем, близких к состоянию термодинамического равновесия. В процессе решения задачи система рассматривается как тепловая машина. Этот подход представляет собой простую процедуру применения принципа минимума производства энтропии для рассматриваемого случая. Совместный анализ теоретических результатов, данных глубоководных натурных измерений в Черном море, а также результатов лабораторных экспериментов приводит к заключению, что, вероятнее всего, стационарная система «выбирает» определяющие параметры в соответствии с принципом Пригожина – Глэнсдорфа. Ключевым параметром в системе оказалось плотностное соотношение, приблизительно равное трем для стационарного случая.

An attempt is undertaken to solve a problem, how the natural stationary layer – interface system «selects» a unique set of governing parameters from a great number of possible variants in the regime of the layer convection of double diffusion (for example, the benthic boundary layer in the Black Sea). The principle of minimum entropy production for the system close to the thermodynamic equilibrium state is used as a «selection rule». During solution of the problem the system is considered to be a heat engine. This approach is just a simple procedure of applying the principle of minimum entropy production to the examined case. Joint analysis of theoretical results, field measurement data on the Black Sea abyss and those of the relevant laboratory experiments permits to draw a conclusion that, most probably, the stationary system «selects» its governing parameters in accordance with the Prigogine – Glansdorff principle. The density ratio approximately equal to 3 for the stationary case, appears to be a key parameter in the system.