Подводные реки

01 июля 1973 года, 00:00

Подводные реки

В середине XIX века сторонникам Бенджамина Франклина пришлось схватиться в научном споре с директором Парижской обсерватории метром Домиником Франсуа Араго. Спор был о Гольфстриме.

Описывать «героя» полемики нет нужды — Гольфстрим самое знаменитое из всех течений (см. «Вокруг света» № 8 за 1972 г.). Впервые гипотезу о природе этой «реки в океане» (гораздо более мощной, чем все реки суши вместе взятые!) высказал некий монах Афанасий Кирхер. По мнению достопочтенного служителя церкви, где-то в океане из подземных жерл выливаются потоки воды. А в другом месте они вливаются через другие жерла, проносятся через центр Земли и замыкают круг. Теперь такую гипотезу и на пушечный выстрел не подпустили бы к науке, но то был конец XVII века, — отдадим должное, пытливый был человек. Кроме того, сама идея замкнутых круговых водотоков... Но не будем спешить.

В XVIII веке за дело взялся генеральный почтмейстер британских колоний в Америке Бенджамин Франклин, ибо несносный Гольфстрим нарушал расписание его пакетботов. Из-за него капитаны тратили на путь в Америку гораздо больше времени, чем на обратную дорогу.

Мистер Франклин, желая лучше изучить «врага» королевских почт, обратился за помощью к знаменитому китобою Фольджеру. Франклин предложил капитану, который ходил на промысел китов к берегам Гренландии и потому лучше других моряков знал Северную Атлантику, составить карту течения. Когда карта была составлена, генеральный почтмейстер написал ученый труд, в котором строго 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.

Объяснение представлялось простым, логичным, и полстолетия ни у кого не вызывало возражений. Но Доминик Франсуа Араго, известный французский физик, подсчитал, что разница в уровнях Мексиканского залива и океана весьма невелика — четверть метра на расстоянии в двести километров. Немедленно Араго заявил: такой незначительный наклон не может вызвать гигантского течения! Значит, мнение Франклина неверно, Гольфстрим возникает из-за разницы в плотности воды. 8 тропиках сильное испарение приводит к тому, что вода поверхности океана там 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».

Спор мог затянуться надолго: в науке известны полемики, которые длились веками. Но на этот раз все кончилось довольно быстро. Выяснилось, что правы и те и эти: Гольфстрим образуется по обеим причинам.

Так была поставлена точка. И тему... сдали в архив. Да, да! Установилось мнение, что раз найдена истина, то и нечего заниматься природой течений. Зачем, если сказано последнее слово?

Забегая вперед, скажем, что сегодня из всех традиционных разделов физики моря наиболее интенсивно развивается, пожалуй, именно тот, который изучает течения. Когда задумаешься над этим парадоксом, невольно еще раз поразишься, сколь извилист маршрут познания, как трудно однозначно оценить то или иное научное событие.

Вот, например, отрицательный результат исследования. В последние годы можно нередко прочитать, что он не менее важен для науки, чем положительный. Но в таких суждениях читатель часто видит не истину, а лишь изящную словесную конструкцию или, того хуже, утешение для неудачников. Между тем история познания нашей планеты знает немало примеров, когда едва ли не главное достижение того человека, чье имя вписано в нее золотыми буквами, — отрицательный результат. Скажем, капитан

Джеймс Кук, которого специалисты дружно признают крупнейшим мореплавателем XVIII века. Что можно назвать самым существенным его достижением? Открытие нескольких цепочек островов или описание на большом протяжении побережья Австралии? Верно. Но не только. Своими тремя героическими плаваниями в южных полярных широтах Кук доказал несостоятельность представления о существовании в этом районе огромного материка, который в его время гипотетически изображался в южном полушарии. Он «закрыл» тысячи километров несуществующей суши и тем значительно сузил район дальнейшего поиска действительного материка Антарктиды. Но в то же время надолго отбил охоту искать что-нибудь стоящее ближе к Южному полюсу...

Примерно то же произошло с течениями. Открытие причин, рождающих течения, выявив важный закон природы, вместе с тем создало иллюзию, что науке удалось познать истину «в конечной инстанции». И, может быть, именно это убеждение привело к тому, что, когда в восьмидесятых годах прошлого века один морской офицер, можно сказать, напал на «золотую жилу», никто к ней не кинулся.

Офицера звали Степаном Осиповичем Макаровым.

В войне с турками 1877—1878 годов Макаров прославился своими изобретениями минных кате ров 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 в проливе 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.

Но вместо этого блистательный капитан занялся странными экспериментами. Загружая бочонок песком так, чтобы он плавал на глубине от 30—50 до 80—100 метров, Макаров опускал его за борт на длинном лине и внимательно наблюдал, куда отклоняется линь.

И 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.

В известной работе «Об обмене вод Черного и Средиземного морей», опубликованной в 1885 году, Макаров заложил основы учения о гидрологии проливов Мирового океана.

Шерлок Холмс утверждал: логически мыслящий человек по капле воды догадается о существовании Ниагары. Однако, к сожалению, история познания показывает, что такие победы логика одерживает далеко не всегда. Во всяком случае, ни Макаров, ни его современники, многим из которых трудно отказать в умении мыслить логически, не смогли догадаться, что открытый в Босфоре «слоеный пирог» — предвестник нового этапа океанологических исследований. Этот этап начался более чем на полстолетия позже знаменитых опытов Макарова!

Особенность нового этапа состояла в том, что наука «нырнула» в самые глубины океана. Здесь океанологов ожидало множество совершенно непредвиденных открытий. Один за другим на карты наносились огромные хребты, пики, вулканы, глубочайшие расселины... Но, казалось, к течениям все это не имеет никакого отношения. «Слоеный пирог» по-прежнему считался специфической особенностью проливов. Что же касается всего остального океана, то здесь, по мнению ученых, движение могло происходить лишь в тонком слое поверхностных вод. Нижние слои, на которые атмосфера непосредственно не воздействует, представлялись неподвижными или малоподвижными. А глубины принято было считать вовсе царством вечного покоя.

Первое опровержение этого взгляда принес только 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», а в «водяную трубу», открывшие ее американские океанологи сразу установить не смогли. Но уже само по себе существование в толще воды довольно быстрых течений было полной неожиданностью. Особенно удивляло то, что обнаруженные струи текли с запада на восток — в сторону, противоположную поверхностному пассатному течению.

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 проливе Босфор капитан 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 советский океанолог лауреат Государственной премии Георгий Петрович Пономаренко поверил в то, что несколько промеров в Атлантике говорят именно о глубинном течении. Когда летом 1959 года Пономаренко назначили руководителем очередного рейса на научно-исследовательском судне «Михаил Ломоносов», в проект плана работ одним из центральных пунктов он включил измерение скоростей на глубине до 300 метров в экваториальных районах. Но программа была и без того перегружена, предпочтение отдали более «перспективным» темам.

Несколько лет назад, когда мы разговаривали с Георгием Петровичем в Севастополе в красивом здании Морского гидрофизического института Академии наук УССР, он признался мне, что решил любыми путями все же провести измерения. Перед самым выходом в море стало известно, что в экспедиции примет участие академик Шулейкин. Тема его исследований заранее в план не была внесена. Но начальник рейса получил твердое указание обеспечить условия для работы Шулейкина. Более желанное указание для Пономаренко трудно было придумать! И начальник рейса стал расспрашивать академика, не хочет ли он сверх программы исследовать еще несколько районов в экваториальной зоне. Шулейкин, конечно, согласился — какой же ученый откажется от возможности собрать дополнительные данные? А Пономаренко указывал районы не без задней мысли. Это были как раз те участки океана, где, по его предположению, должно было проходить глубинное течение.

Через несколько недель после начала рейса руководители Отдела морских экспедиционных работ Академии наук СССР с удивлением обнаружили, что «Михаил Ломоносов» то и дело отклоняется от запланированного маршрута. От начальника радиограммой потребовали объяснений. Пономаренко ответил коротко: «Согласно вашим указаниям обеспечиваю условия для работы академика Шулейкина». Формально все было верно. Но когда «Михаил Ломоносов» останавливался и Шулейкин вел свои наблюдения, Пономаренко успевал поставить гидрологическую станцию.

Интуиция его не подвела. Измерения убедительно показали, что на глубине в экваториальной области проходит единый поток.

В следующих рейсах исследование течения стало уже плановой темой. Океанологи сделали несколько миллионов «засечек» потока. Ширина его оказалась весьма внушительной — до 400 километров. Подтвердилось, что поток проходит на глубине 50—250 метров от поверхности и пересекает по экватору всю Атлантику. По названию научно-исследовательского судна глубинный поток получил имя — течение Ломоносова.

Сейчас в США идет подготовка к изданию Международного океанографического атласа тропической зоны Атлантического океана. Он будет более чем на 90 процентов 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 течениям 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! 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. А под Антильским и Гвианским находится Антило-Гвианское противотечение. Все это позволило группе сотрудников Института океанологии имени П. П. Ширшова — В. Г. Корту, В. А. Буркову, А. С. Монину — высказать мнение о том, что противотечения существуют под всеми крупными течениями Мирового океана. Глубинные потоки замыкают собой гигантские круговороты, в результате которых происходит в океане вертикальный обмен вод. (Наивная идея монаха в принципе оказалась не столь уж глупой... Случается, что и беспочвенная фантазия отражает «краешек» реальности!)

Многочисленные измерения 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.

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, который назвал течения Трубами водяного отопления земного шара. И как каждому из нас отнюдь не безразлично, сколько воды поступит завтра в отопительные радиаторы нашей квартиры, так и жителям океанских побережий важно знать, какой силы будет течение, омывающее их берега не «в среднем за столетие», а конкретно в ближайшие годы.

Ну а что означает факт 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, какие слои охватывают эти перемещения и с какой скоростью работает «водный лифт». А между тем потребность в таких данных весьма велика, ибо от вертикального перемешивания зависит биологическая продуктивность океана, его кислородная «вентиляция», перемешивание питательных солей и способность океана... противостоять загрязнениям! Да, как это ни печально, деятельность человека все более загрязняет океан, и с этим надо уже бороться. А чтобы бороться, надо знать законы океанической «кровеносной системы». Знать это нужно сейчас, а не где-то в отдаленном будущем: на раскачку, на паузы у науки теперь просто нет времени...

Первые исследования скорости движения «водного лифта» провели в 50-х годах американские ученые. По их расчетам получилось, что вода из глубин поднимается на поверхность за тысячи и даже десятки тысяч лет.

Подводные реки

Советские океанологи, применив более точные методы исследования, внесли в расчеты своих заокеанских коллег весьма существенные поправки. Новые данные убедительно показали, что «водный лифт» движется во сто крат быстрее. Он поднимает воду с глубин на поверхность за сотни и даже десятки лет. Но и тут еще осталось много неясного.

В наши дни перед наукой, как видим, встает гигантская проблема изучения всей глобальной системы перемешивания водных масс в океане. Для ее решения необходимо иметь множество сведений о движении воды в самых разных районах на разных глубинах. А ведь сегодня еще есть огромные квадраты океанской акватории, где всего один-два раза опускался в воду гидрологический прибор.

Словом, хотя современная наука располагает весьма солидным запасом сведений о перемешивании океанических масс, запасом, в десятки и сотни раз превосходящим тот, который был в распоряжении ученых сто лет назад, ни у кого не возникает гордой мысли о том, что познаны все или почти все законы этого сложного явления. Из очередных экспедиций океанологи привозят не только решения поставленных прежде проблем, но и множество новых вопросов. И это, естественно, никого в наши дни не может огорчить. Ибо изменился не только объем знаний и методы их «добычи», но и сам стиль научного мышления. Ученые понимают, что любая теоретическая конструкция дает лишь приблизительную модель явления, относительно близкую к природному процессу. И потому движение познания не прекращается с завершением отделки очередной модели, оно более всего выражается в смене моделей. Это изменение стиля мышления — одно из крупнейших завоеваний современной науки.

Игорь Дуэль

Рубрика: Без рубрики
Просмотров: 7808