Этапы изучения мирового океана

 

С каждым плаванием по неизвестным морям, с каждой экспедицией человечество все больше и больше узнавало о водных просторах Мирового океана. Ни один из мореплавателей не оставил без внимания течения и ветры, глубины и острова. Можно назвать много имен тех, кто подарил людям первые сведения об океане: Колумб и Васко да Гама, Магеллан, пират Фрэнсис Дрейк, Кук, Беринг, Дежнев, Лаперуз… Список длинный. Как тут не вспомнить о замечательных русских кругосветных экспедициях Крузенштерна и Лисянского, Головина и Коцебу, Васильева и Шишмарева, Беллинсгаузена и Лазарева. На борту корабля Коцебу знаменитый русский физик Ленц разработал немало приборов для исследования океана. А сколько нового подарило людям плавание Чарлза Дарвина на корабле «Бигль»!

В изучение океанов вносили свою лепту не только профессиональные моряки. Достаточно добавить в качестве примера работу Франклина по созданию первой карты Гольфстрима и труд Ньютона по теории приливов… Наконец, в конце 40-х годов прошлого столетия американский ученый Мори, иностранный член-корреспондент Петербургской Академии наук, обобщил большинство добытых наукой сведений и написал первую «Физическую географию океанов». Первую по той полноте сведений, которые в ней содержались.

Все это время — от самых древних времен до работ первой океанографической экспедиции на специальном английском судне «Челленджер» — обычно объединяется в первый этап изучения океана.

Специально для тех, кто, может быть, не слыхал об этом плавании, сообщаю, что за три с лишним года (с декабря 1872 по май 1876-го) «Челленджер» покрыл расстояние в 68 890 миль по Атлантике, Тихому и Индийскому океанам, а также по водам южных морей. Под руководством Чарлза Уайвилла Томсона и Джона Меррея экспедиция нанесла на карту 140 миллионов квадратных миль океанического дна. Ученые открыли 4417 новых видов живых организмов и установили 715 новых их родов. А сколько было остановок за время рейса? На них измеряли глубины с помощью лота, брали образцы донных пород. Зато, когда вернулись, ученые смогли составить самую первую карту распределения отложений дна.

С 1880 до 1895 года один за другим из печати вышли 50 томов отчета экспедиции с описанием собранных материалов. 70 ученых участвовали в создании этого труда. 40 томов были посвящены только описанию животного мира океана и 2 тома — миру растений.

Результаты этой экспедиции легли в основу всех современных океанологических исследований и до наших дней не утратили своего значения.

От плавания «Челленджера» до начала второй мировой войны идет второй этап изучения океана.

В 1921 году Владимир Ильич Ленин подписал декрет о создании плавучего морского научного института — ПлавморНИИ, которому передали небольшую деревянную парусно-паровую шхуну «Персей». На борту «Персея» оборудовали 4 лаборатории, и сначала в них работали только 16 человек. Несмотря на такие скромные возможности первенца советского исследовательского флота, его экспедиции стали прекрасной школой для советских океанологов.

В этот период был сделан первый подводный фотоснимок и создан первый подводный кинофильм, рассказывающий о жизни коралловых рифов в районе Багамских островов. Специалисты немагнитного судна «Карнеги» разработали новые методы исследования магнитного поля. А голландский ученый Мейнес проделал первые опыты по измерению силы тяготения с подводной лодки.

Во время второго этапа ученые разбились на несколько групп, объединявших сторонников разных взглядов на происхождение океанов. Действительно, образовались ли они вместе с сушей или позже? Это были очень важные вопросы, от решения которых зависели дальнейшие направления развития теории всей планеты. Некоторые английские ученые защищали даже такое предположение, что когда-то очень давно от Земли оторвался кусок и на месте образовавшейся впадины заплескались волны Тихого океана. А оторвавшаяся часть пошла на «изготовление» Луны…

В 1912 году немецкий ученый Альфред Лотар Вегенер высказал мысль о том, что материки, как огромные льдины, плавают на подстилающем земную кору слое вязкой массы. Что когда-то все материки вместе составляли единый континент — Пангею, а остальная часть земного шара была покрыта водой. Потом Пангея раскололась, куски ее расплылись в разные стороны и образовали современные материки, разделенные современными океанами. С мнением Вегенера согласились далеко не все. В спорах приняли участие ученые многих стран. Но ни одна гипотеза, выдвинутая в то довоенное время, не могла достаточно убедительно объяснить происхождение океанических впадин.

Зато в других вопросах, связанных с океанами, был достигнут определенный прогресс. Так, например, в 30-х и 40-х годах большинство ученых поддерживало гипотезу советского академика А. И. Опарина о возникновении жизни в океанах Земли.

Третий этап развития океанологии начался с первого крупного послевоенного плавания в 1947–1948 годах. Океанографическая экспедиция на шведском судне «Альбатрос» исследовала глубоководные желобы на дне океана. Они оказались полнейшей неожиданностью для ученых. До 40-х годов о таких образованиях в подводном рельефе никто и не подозревал. Весь ученый мир с напряженным вниманием следил за исследованиями, за тем, как этот уникальный феномен, скрытый от человеческих глаз, разрастался и отдельные желобы складывались в сложную систему. Большую роль в изучении глубоководных желобов сыграл новый советский экспедиционный корабль «Витязь». Он начал свою работу в Тихом океане в 1949 году и по праву считался тогда одним из самых больших и хорошо оборудованных океанологических кораблей. Ученые, работавшие на борту «Витязя», открыли самые большие глубины на земном шаре, отыскали в океане не только новые виды животных, но и обнаружили новый их тип — погонофоры.

Примерно в то же время занималась исследованием глубоководных желобов и датская экспедиция на судне «Галатея». Опуская свою драгу в вечную тьму глубин, датские ученые обнаружили там животных, похожих на тех, которые водились на нашей планете миллионы лет назад.

Откуда на Земле вода? Этот вопрос, вроде бы такой простой и очевидный, долгие годы не давал покоя ученым. В древности почти у всех народов мира существовали мифы о потопах.

Но мифы и сказки не могут служить основанием для научного знания. Так откуда же все-таки взялась вода, заполнившая впадины земного рельефа? Много было высказано гипотез. В 1951 году американский ученый В. Руби выдвинул предположение об образовании гидросферы в результате разделения, расслоения — дифференциации мантии Земли.

Вода, до того входившая в состав вещества, из которого образовалась наша планета, теперь как бы «выжималась» из него. Капли сливались в лужицы. Из лужиц образовывались озера и моря, сливались океаны.

Эта идея была развита и обоснована советским ученым А. П. Виноградовым, и сегодня ее разделяет большинство геологов и исследователей океана.

С 1957 года, когда вошли в силу программы Международного геофизического года и Международного геофизического сотрудничества, начался четвертый этап в изучении океана. Важнейшим событием в международных исследованиях явилось открытие единой планетарной системы срединных океанических хребтов — настоящих горных систем, расположенных на дне океанов и скрытых под поверхностью вод. Известный советский ученый М. А. Лаврентьев установил, что вдоль этих подводных хребтов распространяются страшные волны цунами, несущие разрушения и гибель людям, живущим на побережьях.

В 1961 году начались работы по проекту «Молох». Геологи задумали пробурить толщу земной коры на морском дне, где она не такая толстая, как на суше, и достигнуть границы верхней мантии, чтобы узнать наконец, что она из себя представляет. В США было построено специальное буровое судно «Гломар Челленджер». И первая скважина была заложена у острова Гваделупа…

Добраться до мантии не удалось и по сей день, но сверхглубокое бурение принесло ученым немало интересного. Например, почему-то все породы, пройденные буром, оказались сравнительно молодыми. А куда же девались старые осадки? И таких загадок оказалось хоть отбавляй…

Третий и четвертый этапы изучения Мирового океана явились настоящей эпохой Великих Океанографических Открытий. Сегодня океан, конечно, уже не тот непостижимо загадочный мир, каким он был еще всего полвека назад. И все равно он полон тайн. Чтобы изучить, чтобы обжить его просторы, уже недостаточно одних лишь исследовательских судов-лабораторий и судов — научно-исследовательских институтов. Сегодня в едином комплексе работают автоматические и обитаемые буи-лаборатории, подводные аппараты, искусственные спутники Земли и пока еще не очень многочисленные подводные исследовательские группы акванавтов, живущих и работающих в подводных домах-лабораториях.

 

Космическая океанология

 

За тридцать лет космической эры ученые убедились, что исследование Земли из космоса дает такие возможности, каких им не получить никаким иным путем. Напомню еще раз: площадь Мирового океана — более 360 миллионов квадратных километров! А сколько может изучить одно научно-исследовательское судно за один, пусть даже многомесячный, рейс? И совсем другое дело — исследование океана с борта искусственного спутника Земли или с орбитальной станции.

Подсчитано, например, что определение одной лишь температуры поверхности Мирового океана (а это один из важнейших параметров для исследователей), проведенное не космическими методами, требует одновременной работы в океанах 20 тысяч научно-исследовательских судов! Да такую флотилию и по всей Земле не набрать…

 

Огромная обзорность и информативность — вот главные достоинства и принципиальные отличия космических методов изучения от наземных. И они особенно полезны оказались океанологии на современном этапе.

У вас может возникнуть вопрос: «Какие же задачи конкретно под силу космическим методам?» Что ж, приведу несколько примеров. Возьмем хотя бы распределение хлорофилла в океане — в глобальном масштабе. На уроках в школе вам наверняка рассказывали, что хлорофилл — это зеленое вещество, которое преобразует солнечный свет в биомассу, то есть помогает растениям строить свой организм. Это, можно сказать, основа всей жизни. Хлорофилл входит в состав всех растений на суше и в микроскопические водоросли — фитопланктон, — обитающие в океанской воде. Они пополняют запасы кислорода в атмосфере Земли. Они же служат и первым звеном пищевой цепи. Фитопланктон служит пищей зоопланктону, который, в свою очередь, идет на обед рыбам и моллюскам. А те составляют наш с вами рацион.

Значит, чем больше хлорофилла в воде, тем больше и рыбы, тем богаче район океана.

Первые целенаправленные космические исследования поверхности Мирового океана были выполнены с борта орбитальной космической станции «Салют-6» и с помощью искусственных спутников Земли «Интеркосмос-20» и «Интеркосмос-21». На борту космических аппаратов размещалась сложная аппаратура, разработанная в Советском Союзе и в социалистических странах. Американские ученые пользовались результатами, полученными с помощью спутника «Нимбус-7».

Даже самые первые результаты всех этих исследований были прекрасными. А сейчас разрабатываются уже совсем новые методы глубинного зондирования океана из космоса. Оно будет проводиться с помощью так называемых лидаров, или лазерных локаторов, работающих в оптическом диапазоне.

Спутники помогают определить границы штормовых районов в океане и границы плавающих льдов. Можно легко себе представить, насколько ценна такая информация для штурманов, прокладывающих маршруты судам, особенно в высоких широтах. Спутники сообщают о нефтяных загрязнениях океана, несут экологическую службу Земли.

Есть в океане одно загадочное, до сих пор до конца не выясненное явление — внутренние волны. Возникают они в океанских глубинах там, где меняется плотность слоев океанской воды. А сила их такова, что некоторые специалисты считают именно внутренние волны повинными в гибели американской атомной подводной лодки «Трэшер».

Внутренние волны способствуют распространению звука в толще океанских вод. Вы ведь знаете, наверное, что звук — главный инструмент в исследованиях океанологов. Свет и радиоволны чрезвычайно быстро затухают в воде. А звук распространяется даже лучше, чем в атмосфере. Ученые обнаружили, что в глубинах океана могут создаваться такие подводные звуковые каналы-волноводы, по которым звук пробегает многие тысячи километров. Вот только путь его не прям, а весьма прихотлив и извилист. Как же изучить законы движения звука в воде, как узнать, по каким путям бежать ему легче, по каким — труднее? Ведь с поверхности внутренние волны не видны…

И вот оказалось, что они довольно точно проектируются на водную гладь, но видно это только с большой высоты, из космоса. Где видна рябь, там находится гребень внутренней волны, где поверхность воды гладкая — там ее впадина. Наши космонавты зарегистрировали внутренние волны у побережья Камчатки, у Галапагосских островов, у берегов Колумбии и в Арафуртском море между Новой Гвинеей и берегами Австралии.

Иногда информация космонавтов ставила ученых в тупик. Например, еще во время самых первых полетов космонавты докладывали, что прекрасно различают невооруженным глазом на поверхности океана суда и прочие мелкие предметы. Я говорю «мелкие», потому что нужно учитывать, с какой высоты на них смотрят.

В это было невозможно поверить. И прошло немало времени, прежде чем появились какие-то объяснения. Этому, как теперь считают, способствует определенное состояние атмосферы.

А вот другой пример: во время сеансов связи экипажи не раз уверяли, что видят подводные океанические хребты, которые идут по дну, на глубинах сотен и даже, может быть, тысяч метров. Специалисты-оптики в один голос уверяют, что это невозможно. Ведь даже самая прозрачная океанская вода на глубине в 100–200 метров должна полностью поглотить солнечный свет. Так что же тогда видят космонавты?.. Предположений много, но точного ответа пока нет.

Наши «космические братья» В. Ляхов и В. Рюмин с борта станции «Салют-6» видели в Индийском океане какое-то непонятное «вздыбливание» воды. Будто на протяжении доброй сотни километров столкнулись две волны, идущие навстречу друг другу.

Но такого явления в природе быть просто не может. Значит, еще одна загадка…

Каждый полет, каждая фотография, переданная с борта космического корабля или орбитальной станции, переданная специальным океанологическим спутником, приносит нам новые сведения о его величестве Мировом океане. И приносит новые загадки, только успевай разгадывать…

 

«Полигон» + моде = сотрудничество!

 

На пороге 70-х годов ученые всего мира, изучающие океан, пришли к выводу, что «накопленные (в океане. — А. Т.) наблюдения не могут заменить целенаправленного эксперимента». И в 1970 году советские исследователи вышли в Атлантику с планом эксперимента «Полигон-70». Что он собой представлял?

В океане, в зоне Северного Пассатного течения, что проходит севернее островов Зеленого Мыса, выделили огромный квадрат площадью 40 тысяч квадратных километров. В нем по двум перпендикулярно пересекающимся прямым расположили 17 автономных буйковых станций, 6 научно-исследовательских судов более полугода бороздили воды этого полигона. Цель — изучить переменчивость океанских течений. Ученые давно уже подозревали, что русла этих океанских рек без берегов не столь постоянны. И это подозрение подтвердилось.

Советские исследователи обнаружили гигантские водяные вихри. Похожие на атмосферные циклоны и антициклоны, они прихотливо перемещались по открытому водному пространству.

С марта 1973 года подобные же наблюдения сделала и американская экспедиция, приступившая вслед за нами к своему Срединно-океаническому динамическому эксперименту. Сокращенно это название выглядело как МОДЕ-1.

Открытия экспедиций, работавших каждая по своей программе, оказались столь интересными, неожиданными и значительными, что вскоре было принято решение продолжить их в рамках совместного международного эксперимента ПОЛИМОДЕ. Сначала эта программа считалась только советско-американской. Но вскоре к ней присоединились канадцы, за ними англичане и французы. Большой интерес проявили ученые ФРГ и Японии. Впрочем, это не удивительно, потому что сегодня изучение синоптических вихрей — именно так назвали обнаруженные гигантские круговороты — одна из ведущих задач океанологии.

Совместный эксперимент ПОЛИМОДЕ по своим результатам занимает вполне достойное место среди самых выдающихся исследований в Мировом океане как прошлого, так и настоящего времени. При этом его успех показывает, как важно объединение усилий нескольких стран в мировой научной практике. Ведь именно это — путь ускоренного прогресса в науке всего человечества, тогда как конфронтация, нагнетание атмосферы недоверия и подозрительности тормозят познание на всех его гуманистических направлениях.

 

Реки в океанах

 

Что за странное название? Внимательный читатель уже, наверное, навострил уши. Какие могут быть реки в океане, где нет ни берегов, ни русел, где нет и уклонов, по которым бы сбегала вода, образуя стремительные потоки течений. Уровень океана везде примерно одинаков.

И все-таки течения в нем есть! Огромными потоками переносится теплая вода из одного места Мирового океана в другое, обогревает холодные берега континентов. А навстречу этим потокам спешат холодные течения, которые несут прохладу, жизнь и изобилие. Потому что в холодных течениях больше растворено кислорода и они богаче живыми организмами.

На карте, которую составляют океанологи, голубые и красные стрелки показывают основные теплые и холодные течения, обнаруженные моряками и исследователями разных стран за годы плаваний. Честно говоря, многие и не подозревают, что их столько в Мировом океане. А как давно, оказывается, люди занимаются их изучением… Ведь еще Колумб, наблюдая за движением своего корабля, пришел к выводу, что в тропиках, выше экватора, воды в Атлантике текут на запад. Много лет спустя южнее обнаружили потоки, переносящие воды с запада на восток. Если сложить все атлантические течения, то получится как бы громадный круговорот воды в океане… При этом на карте течений Мирового океана вы можете обнаружить не один, а несколько таких круговоротов, циркулирующих в его открытых пространствах. Интересно отметить, что в Северном полушарии водяные вихри крутятся по часовой стрелке, а в Южном — наоборот.

 

 

Карта Гольфстрима, составленная В. Франклином.

 

Что же подгоняет эти водные массы, что дает им энергию на бесконечное кружение?

Экваториальные течения не зря называются пассатными. По обе стороны экватора круглый год дуют ветры — пассаты. В Северном полушарии — с северо-востока, в Южном — с юго-востока. Ветры гонят огромные массы воды, поддерживают своей энергией водяные маховики-круговороты. Чем ближе к экватору, тем пассаты слабее. И на самом «поясе Земли» они исчезают, образуя экваториальную штилевую зону. Именно в ней на поверхности воды рождаются противотечения, идущие в противоположных направлениях. Если представить себе на минутку, что стихли вдруг по всей Земле ветры, то водовороты течений будут еще долгое время циркулировать по своим извечным путям — столько в них накоплено энергии.

Но не только ветер раскручивает водяные маховики планеты. Помогает их вращению и движение самой Земли, работает на них и Солнце. Могучее светило нагревает воду в тропиках, естественно, сильнее, чем в высоких широтах. И теплые течения, такие, как Гольфстрим и Бразильское в Атлантике, Куросио и Восточно-Австралийское в Тихом океане, несут теплую воду к полюсам планеты.

Там, в высоких широтах, более плотная холодная вода опускается на глубину и под слоем теплых и менее плотных вод распространяется к экватору.

Самым могучим океанским течением является Антарктическое циркумполярное, то есть круговое, околополюсное, течение. Это гигантский поток воды шириной до 2,5 тысячи километров, простирающийся в глубину до 3 тысяч, а то и до 5 тысяч метров. Каждую секунду он переносит больше 200 миллионов кубометров воды со скоростью около 30 сантиметров в секунду. Значит, за час льдина или лодка, затертая льдами, будет отнесена примерно за километр.

Сложнее обстоят дела с изучением течений в Арктике. Северный Ледовитый океан в большей своей части покрыт дрейфующими льдами. Как тут изучать движение его вод? Немалая изобретательность в сочетании с мужеством и настойчивостью понадобились русским и советским ученым, чтобы вырвать у ледяного царства его тайны.

Сегодня мы знаем, что перемешиванию воды в глубине океана мешают мелководные пороги. И все-таки, несмотря на это, вокруг Северного полюса несомненно существует циркуляция вод, направленная против часовой стрелки.

Течения в Индийском океане испытывают на себе сильное влияние муссонов. Эти ветры то усиливают, то ослабляют поверхностное движение вод.

В 1951 году в Тихом океане американская экспедиция занималась изучением условий жизни некоторых видов морских организмов. Работы велись в экваториальных широтах. С борта исследовательского судна ученые опускали сети, которые поддерживались на поверхности специальными поплавками. Все это происходило в зоне устойчивого Южного Пассатного течения, поэтому руководитель экспедиции Кромвелл, естественно, ожидал, что его сети медленно поплывут на запад. Каково же было его удивление, когда они вдруг повернули на восток! Кромвелл велел спустить за борт на разные горизонты всю измерительную аппаратуру, которой располагал. И скоро смог абсолютно уверенно сказать, что под поверхностным течением, которое шло на запад, существовал мощный поток, направленный в противоположную сторону. Это подповерхностное течение в Тихом океане в честь первооткрывателя получило название «течение Кромвелла».

Прошло восемь лет, и советские ученые на научно-исследовательском судне «Михаил Ломоносов» обнаружили подповерхностное течение в Атлантическом океане. Оно получило название «течение Ломоносова». А еще год спустя советские исследователи на судне «Витязь» отыскали подобное же противотечение в Индийском океане… Теперь стало ясно, что противотечения — это характерный признак строения вод Мирового океана, особенно в экваториальной полосе.

 

Почему океан соленый?

 

Вы никогда не задумывались над этим вопросом? А между тем он долгие годы вызывал жаркие споры.

Если выпарить литр океанской воды, то на стенках и на дне кастрюли останется примерно 35 граммов соли.

Много это или мало — чайная ложка примерно на стакан воды? Самые недоверчивые могут попробовать…

Если же подсчитать, сколько соли растворено во всем Мировом океане, цифры получатся весьма внушительными. Достаточно привести такой пример: если всю извлеченную из океана соль рассыпать ровным слоем по поверхности материков, архипелагов и даже островов, то она покроет сушу слоем, в котором спрячется ленинградский Исаакиевский собор!

Но вот что любопытно: каждый год реки выносят в океаны примерно миллиард тонн солей и около 400 миллионов тонн силикатов, а между тем ни соленость океанской воды, ни ее состав заметно не меняются. В чем тут дело?

С силикатами более или менее ясно: они тут же выпадают в осадок. А соль?.. По-видимому, частички соли с брызгами волн мельчайшей пылью поднимаются в воздух и подхватываются воздушными течениями. Крошечные кристаллики поднимаются вверх и начинают играть роль ядер для конденсации атмосферной влаги. Вокруг них образуются капельки воды, которые собираются в облака. Ветер гонит облака далеко от океана, и там они проливаются дождями, возвращая похищенную соль земной коре. И снова начинается ее путешествие с водой к океану. Вот какой получается круговорот…

И все-таки почему же океан соленый? С самого начала был он таким или посолонел постепенно? Чтобы ответить на эти вопросы, ученым пришлось сначала решить проблему происхождения океана вообще. Вместе ли с Землей образовалась ее гидросфера или позже?

Долгое время существовало мнение, что планеты вначале находились в расплавленном состоянии. Понятно, что в таком случае ни о какой воде на поверхности говорить не приходилось. При таком положении вещей над раскаленной Землей должен был носиться пар, который время от времени проливался бы горячими дождями и тут же снова испарялся и собирался в облака и тучи. Лишь постепенно, по мере остывания планеты вода из атмосферы стала задерживаться в выемках и впадинах рельефа. Появились первые моря и океаны. Какими они могли быть? Конечно, пресными, если произошли от воды из атмосферы, от дождя. И лишь потом, через много лет, воды Мирового океана посолонели от соли, вынесенной в океаны реками из земной коры. Такая довольно стройная картина существовала долгие годы.

Однако в наши дни в ней все изменилось. Прежде всего, сегодня большинство ученых считают, что Земля, как и остальные планеты Солнечной системы, образовалась из холодного газопылевого облака. Слепилась под действием сил притяжения из огромных ледяных и железокаменных глыб, летавших в космосе. Потом постепенно вещество этого начального планетного кома стало расслаиваться. Молодая планета разогревалась. Более плотные, тяжелые глыбы опускались глубже, ближе к центру, а к поверхности выталкивались более легкие вещества, в том числе вода и газы. Газы образовали первичную атмосферу, а вода — гидросферу. Горячие струи под большим давлением пробивали себе путь из недр наверх. По дороге они насыщались минеральными солями. И вырвавшаяся из плена на поверхность молодой Земли вода, наверное, больше походила на насыщенный рассол, столько было в ней растворенных химических элементов. А это означало, что с самого начала, с самого своего рождения океан был уже соленым. Может быть не таким, как сегодня, но о том речь еще впереди.

 

Мысль о глубинном, магматическом происхождении океанской воды еще в 30-х годах нашего столетия высказал русский и советский ученый Владимир Иванович Вернадский. Сегодня его точку зрения поддерживают большинство специалистов всего мира.

Академик А. П. Виноградов считает, что океан «пережил» три стадии своего развития начиная от рождения. Первая из них приходилась на время «безжизненного» состояния нашей планеты. Было это от четырех до трех миллиардов лет назад. На Земле еще не существовало биосферы. Мировой океан скорее всего был тогда невелик по объему и неглубок. Вулканы выбрасывали из недр массу растворов, летучих дымов, в которых содержались всевозможные кислоты. Дожди с неба лились горячие и едкие. От таких добавок вода в океане должна была обладать резко выраженной кислой реакцией.

Правда, долго эта «кислая стадия» в развитии океана продолжаться не могла. Вырвавшиеся на поверхность горячие растворы вступали в реакции с солями, связывали металлы и уменьшали как свою кислотность, так и кислотность первичного океана.

А потом в какой-то момент времени, примерно три миллиарда лет назад, в первичном «бульоне» стала формироваться жизнь. Сначала примитивнейшая, потом все более сложная.

Эпоха формирования жизни длилась чрезвычайно долго. Живые организмы извлекали из атмосферы углекислый газ и выделяли свободный кислород, которого сначала в первичной атмосфере практически не было. Кислород неузнаваемо менял все, даже главное свойство атмосферы: из восстановительной она превращалась в окисляющую. Кислород окислял и осаждал, делал менее подвижными такие элементы, как железо и сера, кальций и магний, носившиеся в дыме вулканов над поверхностью Земли. Они осаждались и накапливались в воде. Бор и фтор образовывали труднорастворимые соли, которые тоже выпадали в осадок. Вода в океане остывала, и в ней переставал растворяться кремнезем. Мельчайшие живые организмы учились использовать его для постройки своих панцирей, которые после отмирания уходили в осадки…

Примерно шестьсот миллионов лет назад состав воды в океанах и состав атмосферы более или менее стабилизировались. Это подтверждают остатки вымерших животных, которые палеонтологи находят в глубоких земных слоях.

Я думаю, что вам должно быть ясно: соленость воды — это очень важная характеристика Мирового океана. И если она вдруг в каком-то районе меняется, это сигнал: значит, здесь нужно ожидать от Нептуна неожиданностей.

Пробы морской воды берут с помощью специальных приборов — батометров. Снаряды это нехитрые. Обыкновенный полый цилиндр с двумя крышками, которые легко запираются. Процесс этот происходит полуавтоматически с помощью грузика, спускаемого сверху, когда батометры достигают требуемой глубины. Делается это так: гирлянду с привязанными к длинному тросу батометрами опускают с борта исследовательского судна в воду. При этом следят, чтобы каждый прибор в паре с термометром оказались на своем заданном горизонте. Дальше следует немножко подождать, чтобы термометры пришли в тепловое равновесие с окружающей водой. А когда время ожидания истекает, сверху пускают по тросу грузик. Разрезная гиря с дыркой посередине скользит, добирается до первого батометра, освобождает его крышки, которые наглухо защелкиваются. Кроме того, при этом опрокидываются термометры, фиксируя измеренную температуру, и освобождается второй груз — вторая гирька. Она проделывает ту же операцию со вторым батометром, третья — с третьим и так далее до самого последнего прибора на глубине. После этого всю гирлянду можно вытаскивать наверх.

Но главное начинается в лаборатории, где довольно сложными химическими методами определяют сначала хлорность воды, а потом пересчитывают ее на соленость. Правда, за последние годы инженеры сконструировали приборы, которые измеряют соленость непосредственно по электропроводности воды. Ведь чем больше в воде соли, тем меньше сопротивления оказывает она электрическому току. Есть даже специальный так называемый СТГ-зонд (СТГ — соленость, температура, глубина), который показывает непрерывное по глубине распределение всех этих трех важнейших параметров океанской воды.

Обычно соленость океана колеблется между 33 и 38 промилле. (1 промилле равняется десятой части процента. И чтобы составить раствор насыщенностью в 1 промилле, нужно в литре пресной воды растворить 1 грамм соли). Но есть районы, в которых соленость отличается от нормы. Там могут быть выходы подземных рек.

 

Океан — «кухня погоды»

 

Что такое «погода»? Некоторые к этому понятию относятся легкомысленно. Говорят: «Погода? Да посмотри в окно — это и будет погода». На самом же деле погода — это состояние атмосферы в данный момент и в данном месте. Если же рассматривать режим погоды в среднем за много лет, то это уже климат. О том, что важно уметь предсказывать погоду и знать, как будет меняться климат, много говорить не нужно. Это и так всем ясно. Совершенствование методов прогнозирования погоды и других явлений природы — важная народнохозяйственная задача. Понятно: от погоды зависит урожай, от погоды зависят работы на стройках, которые ведет наша страна, от погоды зависит, наконец, здоровье людей.

Вы вправе спросить: «А при чем же здесь океан, если мы живем чуть не в центре огромного континента?»

Чтобы ответить на этот вопрос, я расскажу вам об одной интересной работе ученых.

Уже довольно давно синоптики заметили, что среднегодовая температура в некоторых районах Северной Атлантики периодически колеблется. То она поднимается на 1,5 и даже на 3 градуса, то понижается. Специалисты присвоили этим явлениям названия «теплого моря» и «холодного моря». При этом температурные отклонения шагали в ногу с изменениями атмосферного давления. В случае «теплого моря» над Бермудскими островами устанавливался антициклон с повышенным давлением, при «холодном море» в том же районе давление понижалось. Менялась при этом и граница между теплым Гольфстримом и холодным Лабрадорским течением.

Но самое интересное заключалось в том, что ровно через месяц обстановка над Бермудскими островами начинала совершенно определенным образом сказываться в Шотландии и Скандинавии, через 1,5 месяца — в Польше, через 2 месяца погодные изменения добирались и до европейской части нашей страны. Получалось, как писал академик Л. М. Бреховских: «Если вы хотите узнать, какая будет погода через два месяца в районах европейской части СССР, то внимательно изучите, что сейчас происходит в Северной Атлантике у берегов Исландии — каковы там морские течения, каков теплозапас воды, температура воздуха и т. д. Для соответствующего прогноза на четыре месяца вперед необходимо столь же подробно выяснить, что делается в районе Карибского моря».

Например, при установлении в январе режима «холодного моря» можно с достаточной определенностью сказать, что февральская температура в Швейцарии будет градуса на три ниже нормы. А это наверняка повлечет за собой перерасход электроэнергии, топлива. При установлении режима «теплого моря» через 2 месяца жди и у нас затяжных циклонов с дождями и низким давлением…

Пока механизм этих связей ученым не совсем ясен. Комплексные исследования океана и атмосферы только начинаются. Еще в 70-х годах метеорологи задумали осуществить большую международную программу ПИГАП — Программу исследований глобальных атмосферных процессов. Для чего? Чтобы сделать прогнозы погоды более точными. Сначала метеорологи хотели обойтись своими силами и даже разработали все пункты программы. Но прошло совсем немного времени, и оказалось, что без океанологов им никак не обойтись. И лишь когда в разные районы Мирового океана вышли примерно 40 научно-исследовательских судов из разных стран (в том числе 13 советских), когда в этой работе приняли деятельное участие самолеты и искусственные метеоспутники Земли, дело пошло на лад. Некоторым может показаться странным, почему это океан так тесно связан с атмосферой. Давайте попробуем разобраться.

 

Тепловой баланс планеты

 

Главный энергетический рычаг, который управляет погодой на Земле, — это тепло! А откуда наша планета его получает? Ученые подсчитали: более 99,9 процента всей энергии, определяющей состояние погоды и характер климата, а также той, что приводит в движение воды океана, дает Солнце. Конечно, какое-то тепло просачивается и из земных недр. Но его доля очень невелика. Энергия, получаемая из космоса, приводит в действие бесчисленные части огромной «тепловой машины», каковой является Земля. А после использования возвращается в космос.

Казалось бы, можно сделать вывод: солнечные лучи, проходя через атмосферу, нагревают ее, а остаток своего тепла отдают океану и суше. Но это неправильно. Из всей энергии, которой обладает атмосфера, только 20 процентов получает она непосредственно от нагревания солнечными лучами. Большую же часть остальной энергии добавляет в атмосферу океан. Он, как огромный аккумулятор, запасает ее днем, жарким летом, а отдает ночью, смягчая холодные зимы не только в прибрежных районах, но и в глубинах континентов.

Как же регулирует океан тепловой баланс планеты? Из законов физики вы знаете, что для того, чтобы испарить 1 грамм морской воды, нужно затратить 600 калорий тепла. Водяной пар конденсируется, собирается в облака. Ветры гонят облака в высокоширотные районы, где они проливаются дождями. Те же физики подсчитали, что при конденсации пара и выпадении 1 грамма влаги в виде дождя высвобождается около 540 калорий тепла. Ну-ка, сравните… Получается, что львиная доля энергии, запасенная в тропиках, передается через атмосферу к полюсам с помощью одного только испарения. Ведь с поверхности Мирового океана за год испаряется в среднем слой воды толщиной более метра. Те, кто любят математику, могут сами подсчитать и общее количество калорий перенесенного тепла. А есть ведь еще и течения…