Океан похож на слоёный пирог: сверху тёплая и лёгкая вода, снизу холодная и тяжёлая. Между слоями, на границе раздела, гуляют невидимые с поверхности волны. Они не поднимают гребни, как шторм, а медленно качают всю толщу воды — как если бы кто-то тряс огромный аквариум изнутри. Эти внутренние волны переносят энергию и тепло, перемешивают питательные вещества и влияют на климат всей планеты.
Учёные давно заметили: если измерить силу внутренних волн на разных глубинах и частотах, получится одна и та же картина — в любом океане, в любое время года. Этот универсальный узор назвали спектром Гаррета — Мунка. Но откуда он берётся, долго оставалось загадкой. В новой работе исследователи вывели этот спектр прямо из уравнений движения воды — тех самых, что описывают, как жидкость течёт и вращается вместе с Землёй.
Ключевой шаг — учли вращение Земли. Раньше его отбрасывали, чтобы упростить расчёты, но именно оно делает волны устойчивыми и не даёт энергии скапливаться в одном месте. Оказалось, что распределение энергии по глубинам и частотам можно получить, не подгоняя формулы под данные, а просто следуя законам физики. Причём энергия течёт от крупных волн к мелким, как вода, растекающаяся по капиллярам.
Этот результат — как карта, по которой можно предсказывать, куда движется тепло в океане. А значит, лучше понимать, как океан дышит и как он будет отвечать на изменения климата.
Внутренние волны могут достигать высоты 100 метров и более, но на поверхности моря они почти не видны — лишь лёгкая рябь или полосы пены.