Кіріспе

Швед океанографы және метеорологы Йохан Вильгельм Сандстром (6 маусым 1874, Дегерфорс, Вестерботтен округі – 12 қаңтар 1947, Бромма, Стокгольм округі), көбінесе J. W. Sandström деп аталады, швед океанографы және метеорологы болған. Ол 1908 жылы Швециядағы Борне теңіз зерттеу стансасында өткізген классикалық эксперименттерімен ең көп танымал. Оның эксперименттері мұхит ағымдарының, әсіресе фьордтардағы ағымдардың пайда болу себептерін зерттеген.

Өмірбаян

Сандстрем – жотагер Джонас Антон Сандстрем мен Грета Магдалена Шёгреннің ұлы. Ол Дегерфорс бастауыш мектебінде оқыды, бірақ әкесі қайтыс болғаннан кейін анасы отбасын Сундсваллге көшірді, онда Сандстрем сабақтан бос уақытында пилорамада жұмыс істеді. Жергілікті меценаттардың көмегімен ол Стокгольмдегі техникалық мектепке түсті. 1899 жылы Сандстрем ұлттық метеорологиялық қызметке қосылды, онда ол өмірін өзгерткен Берген метеорология мектебінің негізін қалаушы Вильгельм Бьеркнеспен танысты. Стокгольмдегі математикалық физика профессоры 1890 жылдардың соңында ауа райын болжау және жалпыланған гидродинамикалық айналым теориясы бойынша жұмыс істеді. Үкіметтік гранттың арқасында Бьеркнес 1899 жылы Сандстромды атмосфералық қысым мен дауылдар арасындағы байланысты зерттеуге көмектесу үшін жалдады. Ол бірқатар жарияланымдарда атмосфералық айналымды талдап, оны танымал ететін графикалық болжау әдістерін әзірледі. Бьеркнес берген грант аяқталғаннан кейін, оны Отто Петтерсон Швед гидрографиялық және биологиялық комиссиясында өзінің басты ассистенті ретінде жұмысқа алды. Петтерсон – комиссияның зерттеу кемелерінің бас ғалымы. Сандстром сонымен қатар Бергендегі Фридтжоф Нансеннен Сванте Арренийдің "Lehrbuch der Cos Physen Physik" (1903) кітабына көмектесу туралы ұсыныс алды, ол ауа массалары және динамикалық метеорология бөлімін жазуға көмектесті. Вашингтонның Карнеги институтынан алынған гранттың арқасында Бьеркнес 1906 жылы Сандстромды жаңа және амбициозды жобаға қайта шақырды. Келесі жылы ол Бьеркнеспен бірге Ослоға барып, физика мен математика пәндерін зерттеді. 1908 жылы Сандстром Стокгольмдегі жаңа Гидрографиялық агенттіктің техникалық менеджері болып тағайындалды, дипломы болмаса да, Бьеркнес берген ұсыныс пен өзінің жарияланымдарының арқасында. 1913 жылы ол Нильс Экхолммен Бьеркнес метеорологиялық жұмысының нақты өмірдегі қолданылуы туралы жиі пікірталас жүргізді. Алайда, теңізшілер мен шаруалар ауа райы туралы көбірек ақпарат сұрай бастағандықтан, ол 1919 жылы агенттіктің жаңа "Метеорологиялық кеңсесінің" директоры болды. 1920 жылдары авиация маңызды клиентке айналды, жаңа деректер мен ұйымдық өзгерістерді әкелді. Телекоммуникациялық технологияларды, соның ішінде телеграф пен радиохабар таратуды пайдалану да артты. Стокгольм метеорологиялық және гидрологиялық агенттігі гидрологиялық функцияларын кеңейтуге де мұқтаж болды. Сандстром содан кейін Петтерсон мен Экхолммен бірге Гольфстримді климатқа тигізетін әсері үшін зерттей бастады. 1929 жылы Сандстром мемлекеттік және жеке қорлардың қаржыландыруымен Солтүстік Мұзды мұхитқа экспедиция ұйымдастырды. Арктикадағы экспедициялар мен жеке қайық сапарларынан басқа, Сандстром қыс айларында Бергенге бірнеше рет барып, профессор Бьеркнеспен ауа райы фронттары мен ауа массаларының теориясын талқылады. Оның байқаулары атмосфера мен мұхит арасындағы энергияның түрлену жылдамдығы туралы деректерді берді, бұл оған халықаралық деңгейде танымалдылық әкелді.

Сандстром теоремасы

Сэндстром негізінен мұхит ағымдарын қозғаушы және жалпы алғанда мұхит айналымындағы жылу мен салқындатудың ролімен айналысты. Ол жылу айналымы тек жылулық тереңдікте салқындауға қарағанда жоғары температурада болған жағдайда ғана күшті және тұрақты айналымды тудыруы мүмкін екенін айтты. Бұл қазір Сандстрем теоремасы деп белгілі және классикалық термодинамикалық теорияның жақсы белгілі нәтижесін кеңейтуге жасалған тытыру. Яғни, жылу машинасы цикл бойы оң жұмыс атқаруы үшін, кеңею жұмысы жиырылу жұмысынан жоғары қысымда жүруі керек. Сондықтан, егер сұйықтықтың кеңеюі қыздырудан, ал жиырылуы салқындатудан туындаса және тереңдік артқан сайын қысым да артса, Сандстрем теоремасы техникалық тұрғыдан дұрыс. Дегенмен, Сандстрем теоремасындағы «жылу» және «салқындату» терминдерінің мағынасы бойынша белгісіздік бар. Әзірге, әдебиетте жылу және салқындату сәйкесінше «беттік жылу» және «беттік салқындату» деп түсіндіріледі. Бірақ, нақты сұйықтықтарда молекулалық және турбуленттік диффузия сыртқы жылу беру/салқындату болмаса да, сұйықтықтың температурасы біртекті болмаса, ішкі жылу/салқындатуды тудырады. Белгілі болғандай, молекулалық және турбуленттік диффузия жүйені термодинамикалық тепе-теңдікке, яғни изотермиялық күйге жақындастыруға бейім, ал бұл статикалық тұрақты сұйықтық үшін жоғары қысымда жылуды күшейтіп, төмен қысымда салқындатады. Сондықтан, молекулалық/турбуленттік диффузия арқылы туындаған ішкі диабатикалық жылу/салқындату нәтижесінде, қабатталған сұйықтыққа әсер ететін жалпы жылу, тіпті сыртқы салқындату/жылу бірдей қысымда болса да, жалпы салқындатудан жоғары қысымда пайда болады. Осы себепті, молекулалық диффузияға байланысты ішкі диабатикалық жылу/салқындату зертханалық тәжірибелерде беттік жылу/салқындатудың нәтижесінде (Парк және Уайтхед, 2000) немесе тіпті жылу салқындаудан жоғары болғанда (Коман және басқалар, 2006) айналымның пайда болуын көрсетеді. Сандстремнің маңызды (бірақ нақты айтылмаған) түсінігі, мұндай айналымдарда айналымның өзі жеңіл суды төменге, ал тығыз суды жоғарыға тасымалдауы керек екендігі болды. Бұл айналымның әсері потенциалдық энергияны арттыратынын білдіреді. Мұндай арту үшін сыртқы энергия көзі қажет. Жақындағы зерттеулер мұхит айналымын тұтастай алғанда осы сыртқы энергия көздері – жел немесе толқындар басқарады деген пікірді қолдайды, ал жаңа зерттеулер ішкі энергия көздері мен шөгінділері (диффузияны қозғаушылар сияқты) да маңызды болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Құрметтер

1925 жылы Сандстрем Швеция Корольдік ғылым академиясының мүшесі болып сайланды.

Жарияланымдар

Сандстром, Дж. В. (1908), Динамикалық тәжірибелер теңіз суымен, Ann. Hydrog. Mar. Meteorol., 36, 6–23.