 |
Реки в жидких берегах
|
|
|
|
Одним из самых нелепых плаваний в истории мореходства было путешествие, совершенное в 1513 году испанским конкистадором Понсе де Леоном. В то время Понсе, истративший долгие годы на продвижение по службе, занимал высокий пост губернатора острова Ямайки. Он был богат, обладал немалой властью, но все это не приносило счастья. Жизнь отравлялась старостью и пришедшими с нею болезнями. А совсем неподалеку от Ямайки находился, по словам индейцев, остров Бимини, где бил источник вечной молодости. Понсе собрал из стариков и калек команды двух кораблей и отправился на поиски Бимини. Источник, конечно, обнаружен не был, но комичное плавание Понсе привело к двум значительным географическим открытиям. Первое из них – открытие полуострова Флориды. Понсе принял ее за легендарный остров и долго плыл вдоль ее побережья, погружая свое дряблое тело во все попадавшиеся по пути источники.
Второе открытие было совершено, когда губернатор, окончательно потерявший надежду стать молодым, в компании своих убогих матросов двинулся обратно на Ямайку и дошел до южной оконечности цветущей земли. Здесь на его голову обрушилась новая беда. В прекрасную погоду флотилия стояла на якорях наподалеку от берега. Был полный штиль, ничего не предвещало неприятностей. Вдруг какая‑ то непонятная сила сорвала с якоря один из кораблей и с бешеной скоростью потащила его в открытый океан. По флотилии объявили аврал. Стройные суда поспешили вслед удаляющемуся кораблю. Соединиться с ним удалось лишь через несколько часов. И только когда улеглись страхи, когда стало ясно, что бог не будет дальше преследовать и без того разочарованных старцев, спутники Понсе заметили, что они плывут по удивительной воде темно‑ синего цвета. Она резко отличалась от зелено‑ голубоватой океанской.
|
|
|
Старший штурман флотилии Антон Аламинос проследил за направлением странной реки. Темный поток подходил к Флориде с запада и у юго‑ восточной оконечности полуострова круто поворачивал на север. Размышляя над дальнейшим движением «реки в жидких берегах», опытный штурман, известный своим мореходным искусством по всей Испании, справедливо заметил, что судам, которые возвращаются из Вест‑ Индии к родным берегам, стоит двигаться часть пути в попутных струях могучего потока.
Так было открыто одно из крупнейших течений Атлантики и всего Мирового океана. Позднее оно получило имя Гольфстрим, что в переводе на русский означает «река залива». Этот поток и вправду, подобно великой реке, вырывается из Мексиканского залива через Флориуский пролив. Он наискось пересекает Атлантику и добирается до побережья Норвегии. Каждую секунду Гольфстрим выносит в океан 30 миллионов кубических километров воды. Это более чем в 20 раз превышает секундный расход всех рек земного шара!..
Над причинами происхождения Гольфстрима ученые ломали голову на протяжении трех веков. Монах Афанасий Кирхер в середине XVII столетия вполне серьезно утверждал, что мощные потоки воды где‑ то в океане вытекают из подземных жерл, а в других местах в такие же жерла уходят, проносясь через центр земли.
Генеральный почтмейстер британских колоний в Америке Вениамин Франклин, человек деловой и серьезный, в начале XVIII века заметил, что Гольфстрим нарушает расписание его пакет‑ ботов. Из‑ за этого течения на путь в Америку капитаны тратили значительно больше времени, чем на обратную дорогу.
Мистер Франклин, желая лучше изучить врага королевских почт, обратился к знаменитому китобою Фольджеру из воспетого позднее Германом Мелвиллом Нантикета. Он предложил капитану, который ходил на промысел китов к берегам Гренландии и потому лучше других моряков знал Северную Атлантику, составить карту коварного течения. Когда карта была получена, Генеральный почтмейстер написал ученый труд, в котором доказывал, что Гольфстрим рождают пассатные ветры.
|
|
|
Эти ветры нагоняют огромные массы воды в Мексиканский залив. Оттого уровень здесь выше, чем в океане. И избыток воды, словно с горки, устремляется из залива в Атлантику.
Ученым, которые развивали этот взгляд, пришлось в начале XIX века скрестить шпаги в научном споре с директором Парижской обсерватории мэтром Франсуа Домиником Араго. Известный французский физик подсчитал, что разница в уровнях Мексиканского залива и океана весьма невелика – четверть метра на расстоянии двухсот километров. Он утверждал – такой незначительный наклон не может породить гигантского течения. По его мнению, причина возникновения Гольфстрима – разница в плотности воды. В тропиках из‑ за сильного испарения вода поверхности океана всегда имеет большую плотность, чем в высоких широтах. Однако лишь ничтожная часть «тяжелой воды» может погрузиться в глубины. Этому мешают нижние – также плотные – слои океанской толщи. И потому воды тропиков стремятся «стечь к полюсам».
Со временем оказалось, что оба, казалось бы, исключающие друг друга взгляды одинаково верны: Гольфстрим возникает по этим двум причинам.
К середине XIX века ученым удалось установить, что именно под действием ветра и порожденной им разницы в уровнях различных частей океана, а также из‑ за неодинаковой плотности воды в тропических и умеренных широтах возникают все течения Мирового океана. И потому принято было считать, что течения для науки – тема исчерпанная. Но к счастью для развития познания, в любые времена находились люди, которые не слишком доверяли общепринятым мнениям. К их числу относился и офицер Российского военного флота Степан Осипович Макаров.
В войне с турками 1877–1878 годов Макаров прославился своими изобретениями минных катеров и особого вида торпед. Когда война была выиграна, Макаров, сделавший блестящую карьеру и получивший высокий чин капитана второго ранга, был назначен командиром брандвахтенного судна «Тамань». Новая служба оказалась совсем не обременительной. Корабль, предоставленный в распоряжение русского посланника в Константинополе, стоял на мертвом якоре посреди пролива Босфор. От командира требовалось лишь время от времени появляться на балах и своим видом напоминать бывшему противнику о грозной мощи русского флота. Казалось бы, для молодого офицера наступило, наконец, время пожить вольно и красиво, взять реванш за бедную юность и суровые военные годы.
|
|
|
Но вместо этого блистательный кавторанг занялся странными экспериментами. Загружая бочонок песком так, чтобы он плавал на глубине то 30–50, то 80–100 метров, Макаров опускал его за борт на длинном лине и внимательно наблюдал, куда отклоняется линь. Опыты привели к любопытным результатам. Оказалось, что воды пролива Босфор подобны слоеному пирогу. Течения в нем идут в две противоположные стороны. Верхние слои движутся из Черного моря в Мраморное, а придонные в обратном направлении. Тема, которая, казалось, не сулит серьезных перспектив, заиграла новыми гранями. Удивленные офицеры «Тамани» поняли, что им выпала честь стать соавторами научного открытия.
Степан Осипович Макаров с огромным интересом читал труды, посвященные исследованию моря. Один из них привлек его внимание. Этот труд, изданный в Амстердаме в начале XVIII века на французском языке, принадлежал перу итальянского ученого Луиджи Марсильи. Марсильи утверждал, что в проливе Гибралтар поверхностные и глубинные воды движутся в противоположных направлениях. Макаров предположил, что такое двустороннее движение потоков возможно во всех проливах Мирового океана. И воспользовавшись тем, что служба привела его в Босфор, кавторанг решил проверить свое предположение. В известной работе «Об объеме вод Черного и Средиземного морей», опубликованной в 1885 году, Макаров заложил основу учения о гидрологии проливов Мирового океана. Российская Академия наук присудила молодому офицеру за этот труд почетную премию.
|
|
|
Открытию Макарова было суждено сыграть роль предвестника нового этапа в гидрофизических исследованиях. Сам же этот этап начался на полстолетия позже знаменитых опытов кавторанга. Начался тогда, когда «запас тайн», которыми располагала поверхность океана, окончательно исчерпался. И особенность его состояла в том, что наука «нырнула» в глубины. Здесь океанологов ожидало множество совершенно неожиданных открытий. Один за другим на карты наносились подводные хребты, пики, вулканы, глубочайшие впадины. Но казалось, к течениям все это не имеет никакого отношения. Открытый Макаровым «слоеный пирог» считался специфической особенностью проливов. Что же касается всего остального пространства океана, то здесь, по' мнению ученых, движение могло происходить только в узкой кромке поверхностных вод. Нижние слои, на которые атмосфера непосредственно не воздействует, представлялись неподвижными или малоподвижными. А глубины принято было считать и вовсе царством вечного покоя.
Первое опровержение этого взгляда принес 1951 год. Его сенсацией стало открытие в экваториальной зоне Тихого океана мощных струй воды на глубине 50–100 метров в одних районах и 200–300 в других. Правда, точных границ этой реки, заключенной уже не «в жидкие берега», и в «водяную трубу», открывшие его американские океанологи сразу установить не смогли. Но уже само по себе существование в толще воды довольно быстрых движений было полной неожиданностью. Особенно удивляло то, что обнаруженные струи текли с запада на восток – в сторону, противоположную поверхностному пассатному течению. Морские физики несколько лет изучали удивительный поток, применяя самые совершенные приборы. В эту работу немалый вклад внесли и советские исследователи. Их роль высоко оценили зарубежные коллеги. Известный американский океанограф Джон Кнаусс, отвечая тем, кто поздравил его с удачным измерением скорости глубинного потока, говорил: «Не так важен сам факт измерения, как методы измерения, разработанные советскими учеными. Лишь эти методы позволили нам провести в открытом океане измерения течения».
Исследования показали, что поток пересекает в районе экватора весь Тихий океан. Он получил название течения Кромвелла – по имени начальника экспедиции 1951 года. Так в открытом океане был обнаружен «слоеный пирог», подобный тому, что нашел в семидесятых годах прошлого века в проливе Босфор кавторанг Макаров.
А несколькими годами позже советские океанологи засекли в ряде точек экваториальной зоны Атлантики быстрые струи воды на глубине 50–250 метров. Однако первые измерения – они были проведены в весьма отдаленных друг от друга районах – не позволяли сделать вывод о том, что удалось обнаружить единый поток. К тому же над многими физиками моря еще тяготел груз представления о неподвижности глубин. И даже течение Кромвелла многими воспринималось как некое странное исключение из твердо установленных законов. Мысль о необходимости искать такого же рода потоки в других океанах находила мало сторонников.
|
|
|
И все же летом 1959 года во время очередного рейса научно‑ исследовательского судна «Михаил Ломоносов» было проведено измерение скоростей водных потоков на глубине до 300 метров в экваториальных районах. Ученые поставили несколько десятков гидрологических станций. К буйку прикреплялась на тросе гирлянда замечательных приборов‑ самописцев Алексеева. Судовые стрелы мягко опускали гирлянды за борт. Буек покачивался на волнах. А прикрепленные к нему самописцы распределялись по разным глубинам. Особое устройство ставило каждый прибор по направлению течения. Вода ударяла в лопасти вертушек, и на бумажной ленте в герметически закрытой камере появлялись цифры, обозначающие скорость и направление течений.
Измерения убедительно показали, что на глубине в экваториальной области проходит единый поток. С 1959 по 1967 год в экваториальной Атлантике было поставлено 94 автономных буйковых станций и около тысячи глубоководных гидрологических станций с полным комплексом наблюдений на двадцати двух горизонтах. Океанологи получили несколько миллионов «засечек» потока. Это позволило довольно точно установить границы течения. Его ширина оказалась весьма внушительной – до 400 километров. Подтвердилось, что поток проходит на глубине 50‑ 250 метров от поверхности и пересекает по экватору всю Атлантику. По имени научно‑ исследовательского судна глубинный поток назвали – течением Ломоносова.
Сейчас в США идет подготовка к изданию Международного океанографического атласа тропической зоны Атлантического океана. Он будет более чем на 90 % состоять из новых, оригинальных карт советских ученых – сотрудников Морского гидрофизического института Академии наук УССР. Это наглядное свидетельство того, сколь весом вклад наших соотечественников в познание природы второго по величине океана планеты.
Примерно в те же годы советские ученые обнаружили глубинный поток, подобный течению Кромвелла и Ломоносова, в экваториальной зоне Индийского океана. Одновременно в нескольких районах удалось «поймать» движение воды на больших глубинах. В одном километре от поверхности приборы зарегистрировали скорость водной струи, равную 60 сантиметрам в секунду, а на глубине в три километра – 30 сантиметров. И даже у самого дна в Атлантике был обнаружен поток, ползущий со скоростью 6 сантиметров в секунду.
В последние десятилетия открыты и изучены глубинные потоки, двигающиеся под другими крупнейшими течениями океана: Бразильским, Западно‑ Австралийским, Перуанским, Куросиво. Все это позволило группе сотрудников Института океанологии имени П. П. Ширшова – В. Г. Корту, В. А. Буркову, А. С. Монину предположить, что противотечения существуют под всеми крупными течениями Мирового океана. Глубинные потоки замыкают собой гигантские круговороты, в результате которых в океане происходит вертикальный обмен вод.
Многочисленные измерения, проведенные за последние десятилетия в районах, где проходят крупнейшие океанские течения, значительно изменили представления и об этих давно известных поверхностных потоках. Раньше «реки в жидких берегах» считали монолитными. Ученые думали, что вся вода в них течет в строго определенном направлении, практически не меняя своего хода из года в год. Но вот в 1970 году советские физики моря провели уникальный эксперимент. Они расставили почти в центре Атлантики 17 заякоренных буев с приборами, охватив измерениями большую площадь. Буи расположили в форме огромного (креста. Район для эксперимента специально был избран такой, где, по данным прежних исследований, течения отличались стабильностью и где ровное дно не создает препятствий для движения воды. Однако и в этих, как будто идеальных условиях, картина жизни течения оказалась весьма далекой от той простоты, которая прежде ей приписывалась.
Даже на поверхности здесь обнаружились струи, которые текли в направлении, противоположном основному потоку. Этот факт говорит о том, что представление о течении как о монолитной реке, вероятно, скоро придется сдать в архив. Оно годится лишь как приблизительное описание среднегодовой динамики вод. А более точная картина, видимо, изобразит каждую «реку в жидких берегах» в виде нескольких струй, разделенных слабыми противотечениями.
Кроме того, в последние годы было установлено, что и утверждение о постоянстве поверхностных потоков тоже нуждается в значительном уточнении. Измерения показывают – течения несут неодинаковое количество воды в разные сезоны и в разные годы. Их жизнь подвержена и многочисленным кратковременным изменениям. Практическое значение этого открытия чрезвычайно велико. Ведь от течений во многом зависит климат приморских районов земного шара. Об этом в свое время очень удачно сказал профессор Воейков. Он назвал течения трубами водяного отопления земного шара. И, как каждому из нас отнюдь не безразлично, сколько воды поступает в отопительные радиаторы нашей квартиры, так и жителям океанских побережий важно, какой силы будет течение, омывающее их берега не «в среднем за столетие», а конкретно в ближайшие годы.
Поэтому уже самый факт того, что ученые сумели уловить изменение течений, дает основания надеяться – дальнейшие исследования приведут к разработке методики прогнозов этих изменений.
Впрочем, это лишь один из многих вопросов, который еще предстоит решить морским физикам. Ведь до сих пор неясно, какие причины рождают и глубинные противоречия, и движения водных масс вблизи океанского дна. А здесь есть признаки работы быстрых потоков воды. Единой теории течений пока нет. Для ее создания необходимо провести еще много длительных наблюдений в зоне движения водных потоков. Большие перспективы для этих наблюдений открывает метод океанских «полигонов», предложенный советскими морскими физиками. Полигон – это целый комплекс стоящих на якоре буев, к которым прикреплены самописцы, рассчитанные на длительную работу. Расставленные на расстоянии друг от друга приборы позволяют синхронно регистрировать изменения динамики вод на довольно большом протяжении.
Полигоны найдут широкое применение в огромном общепланетном эксперименте, к которому сейчас готовятся морские физики всего мира. Эксперимент получил название ОГСОС – объединенная глобальная сеть океанографических станций. В ходе его проведения в морях и океанах Земли будет работать от 100 до 300 долговременных буйковых станций, оборудованных самописцами течений и другими приборами, собирающими всевозможную информацию о физических параметрах океанской воды.
Развенчание мифа о том, что в глубинах царит вечный покой, связано не только с открытиями горизонтальных течений в толще воды и у ее дна. Не меньше сенсаций принесло и детальное изучение вертикальных перемещений водных масс. О том, что вода из‑ за разности в плотности слоев поднимается из глубин на поверхность в одних районах и опускается с поверхности в глубины в других, было известно давно. Но долгое время оставалось неясно, до какого слоя идут эти перемещения и с какой скоростью работает «водный лифт». А между тем потребность в таких данных весьма велика. Ибо от процесса перемещения зависит биологическая продуктивность районов океана. Дело в том,
что поверхностные воды богаты кислородом, и их приток в нижние слои – своеобразная вентиляция, благодаря которой только и возможна жизнь глубинных животных. Зато вода глубин богата питательными солями кремния, фосфора, азота, необходимыми для развития живых организмов. И их приток на поверхность способствует распространению многих обитателей моря. Кроме того, без изучения вертикальных перемещений невозможно составить сколько‑ нибудь полную картину динамики водных масс в океане.
Вот почему морские физики в последние десятилетия уделили большое внимание исследованиям вертикального перемещения. И хотя до сих пор не удалось сконструировать приборы, которые бы непосредственно улавливали скорость «водного лифта», по косвенным данным удается составить довольно точное представление о его работе. Сейчас для многих районов океана, где регулярно проводились гидрологические исследования, теоретически рассчитана скорость и мощь вертикальных потоков, построены карты подъема и опускания водяных масс на различных горизонтах океана для каждого месяца.
Первые исследования скорости движения «водного лифта» провели в 50‑ х годах американские ученые. По их расчетам получилось, что вода из глубин поднимается на поверхность через тысячи и даже десятки тысяч лет. Руководители Пентагона поспешили использовать эти данные в своих целях и предложили сбрасывать на дно океана радиоактивные отходы. Они заявили, что тысячелетия, которые уйдут на подъем воды к поверхности, полностью нейтрализуют вредные вещества.
С научных конференций спор двух школ физиков моря был перенесен в залы Организации Объединенных Наций. В специальной международной комиссии ученые нашей страны убедительно доказали верность своих методов исследований, доказали, как опасно превращать океан в дешевую помойку. Так работа советских морских физиков спасла будущие поколения от угрозы радиоактивного заражения.
|
|
|
