100 великих тайн океана

Мнения ученых по этому поводу существенно разнятся. Но все же большинство из них считают, что прирост уровня воды в Мировом океане будет продолжаться и к 2025 году составит 25 сантиметров, к 2050-му – 50 сантиметров, а к концу века – 1 метр.

Какие же перемены несет населению Земли нынешнее потепление?

Отвечая на этот вопрос, хотелось бы сразу отметить, что около 40 % человечества проживает вблизи берегов Мирового океана. Поэтому если вода к 2050 году поднимется на прогнозируемые средние 48 сантиметров, тогда плотность людей, живущих в таких районах, к середине XXI века значительно увеличится.

Кроме того, ученые установили, что более 70 % берегов начнут отступать вглубь суши со скоростью 10 сантиметров в год, а около 20 % песчано-галечных берегов – со скоростью 1 метр в год.

Но и это еще не все. Самые большие неприятности принесут человечеству приливы и штормы, вызванные повышением уровня океана.

Конечно, при нынешнем развитии техники и технологий население Земли способно отчасти противостоять надвигающейся угрозе. Но для этого придется построить немало защитных сооружений общей стоимостью примерно в 1 триллион долларов. Если же такие сооружения не будут возведены, то, например, те же Нидерланды потеряют в наступающем веке 6 % своей суши.

Чрезвычайно мрачные перспективы сложились и для тех островных государств, земли которых возвышаются над водой всего на каких-нибудь несколько метров. Так, в случае наступления вышеописанных катаклизмов низменные коралловые Маршалловы острова в Тихом океане будут затоплены на 4/5 своей площади, а иные острова и вовсе скроются под водой.

Впрочем, не только образование или таяние ледников ведет к изменению уровня океана: на этот процесс влияют и разного рода геологические трансформации. Известно, что на раннем этапе развития океанов их уровень повышался за счет поступления вод из земных глубин. Впоследствии океаны и материки неоднократно меняли свои очертания и размеры, и эти явления даже при неизменном объеме воды на Земле все равно приводили к изменениям уровня морей и океанов.

Таким образом, длительное изменение уровня океана (вековые колебания) может быть вызвано двумя причинами.

Во-первых, увеличением или уменьшением воды в океане: например, в ледниковые и межледниковые периоды. Во-вторых, изменением емкости океана в связи с процессами, происходящими внутри Земли, или колебаниями земной коры. Эти перепады уровня не зависят от изменений количества воды и определяются исключительно поднятием или опусканием участков литосферы. При этом опускание дна океанов вызывает понижение уровня воды, а поднятие дна – повышение.

К примеру, образование в дне океана впадины, равной по емкости Средиземному морю, приведет к понижению уровня всего Мирового океана на 12 метров. С другой стороны, поднятие океанического дна в масштабах, равных Срединно-Атлантическому хребту, повлечет за собой повышение уровня океана примерно на 40–45 метров.

Химическая загадка морской воды

Из обыденной жизни мы хорошо знаем, что представляет собой соленая вода. Равно как и то, что соленый вкус ей придает столовая, или поваренная соль.

В океане, как известно, вода тоже соленая. И делает ее таковой та же поваренная соль, или, иначе говоря, хлористый натрий, которого в океаническом рассоле содержится 38 миллиардов тонн. Кроме того, соленый вкус морской воде придают и другие соли, на долю которых приходится еще 10 миллиардов тонн. То есть всего в морской воде содержится порядка 48 миллиардов тонн самых разных солей.

Атлантический океан – самый соленый в мире

Много это или мало? Судить об этом можно по следующей аналогии: если бы всю морскую соль можно было размесить в 50-тонные товарные вагоны и соединить их в одну цепь, то, имея длину около 1 000 000 километров, эта цепь 25 раз обвила бы Землю по экватору.

Однако самым удивительным в океаническом «рассоле» является не та огромная масса солей, которая в нем растворена, а их соотношение, способное долгое время оставаться неизменным. Так, хлоридов в морской воде содержится 88,7 %, а сульфатов и карбонатов 10,8 % и 0,3 % соответственно.

При этом данная пропорция не зависит от крепости раствора, хотя зависит и от объема испаряемой воды, и от речного стока, и от атмосферных осадков, и от ряда других факторов, то есть от достаточно большого количества переменных величин.

В среднем же в 1 литре морской воды содержится 35 граммов соли, то есть ее средняя соленость составляет 35 промилле – единиц, в которых измеряется соленость воды. Вообще же соленость поверхностных вод в океанах колеблется от 32 до 37,9 промилле.

Так, в богатых холодными течениями Беринговом и Охотском морях соленость воды составляет 30–32 промилле, а в Японском море, получающем теплое течение из океана, – 34–35 промилле. В Средиземном море соленость воды равна 37 промилле, а в восточной его части достигает даже 39. В Красном море – тоже 39 промилле, а в северной его части – 41. В Персидском заливе соленость воды составляет 38 промилле. Таким образом, все эти три моря имеют повышенную соленость, поскольку приходно-расходный баланс пресной воды в каждом из них резко отрицателен. Другими словами, этим морям не хватает впадающих рек и атмосферных осадков, зато из них испаряется существенное количество влаги.

Совсем незначительную соленость имеет Черное море: на его поверхности она составляет всего 18 промилле. Почему? Во-первых, котловина этого моря сравнительно невелика, а во-вторых, в него впадают большие реки, которые весьма ощутимо его и опресняют.

Следует отметить и тот интересный факт, что соленость Черного моря почти в 2 раза меньше солености Средиземного, хотя лежат оба эти моря бок о бок, и между ними беспрерывно происходит водообмен: более опресненные воды Черного моря поверхностным течением проникают в Средиземное море, а соленые и тяжелые воды последнего глубинным течением вливаются в Черное.

Кстати, любопытную особенность, долгое время не находившую объяснения, имеет распределение солености в океанах. Известно, что наибольшую соленость имеет Атлантический океан (37,9 промилле). В Тихом океане она меньше: 35,9—36,9 промилле. А ведь, казалось бы, все должно быть наоборот. Во-первых, бассейн Атлантического океана более чем в два раза обширнее тихоокеанского, а во-вторых, в Атлантический океан и в его заливы впадают четыре самые многоводные реки земного шара: Амазонка, Конго, Ла-Плата и Миссисипи. В Тихий же океан впадают лишь небольшие береговые реки Колумбия и Колорадо в Америке и несколько более значительные реки Амур, Хуанхе и Янцзыцзян в Азии.

Этому вроде бы парадоксальному факту русский метеоролог и географ А.И. Воейков дал объяснение, суть которого сводится к следующему: пары́ с Тихого океана не распространяются далеко внутрь суши, а, конденсируясь, выпадают в виде осадков и в большей своей массе в виде рек возвращаются обратно в океан. Осадки же с Атлантического океана заносятся далеко вглубь суши; особенно в Азии, где распространяются вплоть до Станового хребта. А обратно в океан возвращается со стоком всего около 25 % осадков. Кроме того, к границам Атлантического бассейна примыкает много таких бессточных областей, как Сахара, бассейн Волги и Средняя Азия, где большие реки (Сырдарья, Амударья) несут воды в бессточный бассейн Аральского моря. По-видимому, бóльшая часть воды из этих бессточных областей в океан уже не возвращается, что и повышает соленость Атлантического океана по сравнению с другими океанами.

И все-таки, возвращаясь к разговору о соотношении солей в океане, зададимся вопросами: каково же происхождение этой солености, обладающей столь удивительным постоянством своего состава? Как давно установилась эта пропорция?

В качестве ответов на эти вопросы учеными было выдвинуто несколько гипотез.

Согласно одной из них, когда раскаленная Земля стала остывать, ее окутали густые пары́ воды, в которых в растворенном виде находились и различные соли. Когда же земной шар остыл, охлажденные пары́ превратились в воду и проливными дождями хлынули на его поверхность, заполнив огромные ниши, ставшие впоследствии океанами. В них вода сразу приобрела почти такую же соленость, которая присуща ей и в настоящее время. И действительно: если судить по ископаемым морским организмам, соленость морской воды на протяжении долгих геологических периодов менялась очень мало.

Другая гипотеза предлагает версию о постепенном осолонении океанов путем выщелачивания водой твердых пород земной коры и выделения из магния газообразного хлора. А поскольку хлор очень активно реагирует с натрием и магнием, то это, собственно, и позволяет ему в соединениях с данными металлами занимать главенствующее положение среди солей, растворенных в морской воде.

Сторонники же третьей гипотезы считают, что, скорее всего, соленость морской воды обязана своим происхождением обоим вышеперечисленным процессам. При этом они добавляют к ним еще один, не менее важный фактор, а именно: расход солей на мощные отложения на суше в периоды больших морских регрессий, когда высыхали обширные мелководные моря.

Но на сам состав морской воды эти гипотезы, безусловно, не оказывают ни малейшего влияния: каким он был сотни миллионов лет назад, таким остается и поныне. По мнению же академика A.П. Виноградова, состав морской воды и вовсе не менялся все последние 2–2,5 миллиарда лет. Поэтому о составе и концентрации солей в океане можно говорить как о «мировой константе» нашей планеты.

Звуковые каналы океана

Как правило, дальность распространения звука в море равна (в зависимости от мощности источника звука) десяткам или сотням километров. Но бывают случаи, когда звук распространяется по так называемому подводному каналу, который представляет собой область глубин, где скорость звука вначале уменьшается, а достигнув минимума, начинает возрастать. Физически это обусловливается большой зависимостью распространения звука в морской воде от ее температуры, солености и гидростатического давления.

С глубиной скорость звука уменьшается, но лишь до тех пор, пока понижается температура воды. Достигнув определенного уровня, скорость начинает возрастать из-за повышения гидростатического давления. Верхние и нижние границы звукового канала имеют глубину с равными скоростями звука. За ось канала принимается глубина с наименьшей скоростью распространения звука.

Сверхдальнее прохождение звука в канале объясняется тем, что звуковые лучи, почти полностью отражаясь от верхней и нижней границ звукового канала, не выходят за его пределы, а концентрируются и распространяются вдоль оси звукового канала.

«Чтобы лучше понять это, – писал академик Л.М. Бреховский, – вспомните, как ведет себя уставший путник. Он предпочитает держаться теневой, более прохладной стороны, нести на своих плечах как можно меньше груза и двигаться с минимальной скоростью. Ведь только при этих условиях он сможет пройти максимальное расстояние. Звуковой луч в морской воде подобен этому путнику. Выйдя из источника, он уходит вверх от оси звукового канала. Но чем выше, тем теплее, и луч заворачивает вниз, “в холодок”. И углубляется до тех пор, пока не начинает “ощущать” тяжесть повышающегося гидростатического давления».

Американские ученые однажды проделали такой опыт: взорвали в Атлантике небольшой заряд, а спустя некоторое время отголосок взрыва был зафиксирован на Бермудских островах, удаленных от места эксперимента на 4500 километров. Для сравнения: в воздухе взрыв той же силы слышен на расстоянии всего в 4 километра, а в лесу – не более чем в пределах 200 метров.

В другом опыте взрыв был произведен у Бермудских островов, а сигнал услышан у берегов Австралии, то есть на расстоянии в 20 тысяч километров!

Явление сверхдальнего распространения звука в подводном звуковом канале специалисты использовали для создания спасательной системы «Софар». С кораблей и самолетов, терпящих бедствие, сбрасывались небольшие заряды весом от 0,5 до 2,5 килограмма, которые взрывались на глубине залегания оси звукового канала. Береговые посты, зафиксировав место взрыва, оперативно выясняли место катастрофы.

Вечное движение океана

Океанические течения

В океанах и морях в определенных направлениях на расстояния в тысячи километров перемещаются огромные массы воды шириной в десятки и сотни километров и глубиной в несколько сотен метров. Такие потоки – «реки в океанах» – называются морскими течениями. Движутся они со средней скоростью 1–3 километра в час, хотя у некоторых течений она может достигать и 9 километров в час.

Нордкапское течение с температурой воды 4–6 °C считается теплым

В зависимости от направления движения морские течения делятся на зональные – несущие свои воды на запад и на восток, и меридиональные – движущиеся на север или на юг.

В отдельную группу выделяют еще и противотечения, то есть течения, идущие навстречу соседним, более мощным и протяженным. Кроме того, есть и четвертая группа течений, называемых муссонными. К последним относятся течения, которые от сезона к сезону меняют свою силу – в зависимости от направления прибрежных ветров.

Важным моментом в характеристике течений является тот факт, что каждое из них занимает более или менее постоянное географическое положение. При этом в Северном полушарии движение воды происходит преимущественно по часовой стрелке, а в Южном – против часовой стрелки. Наиболее же сильные течения проходят вблизи восточных побережий материков.

Появление течений вызывается многими причинами: например, нагреванием и охлаждением поверхности воды, различиями в плотности водных слоев, осадками и испарением.

Однако основным фактором, способствующим возникновению мощных океанических течений, являются ветры. В частности, пассатные, которые в Атлантике и в Тихом океане не стихают круглый год.

Так, мощные потоки Северного и Южного пассатных (экваториальных) течений, циркулирующих по обе стороны экватора, нагоняют воду к западным окраинам обоих океанов. При этом одна часть этой воды возвращается обратно на восток в виде Экваториального противотечения, а другая, упираясь в барьер из материков и островов, поворачивает на север или на юг, а затем на восток, совершая круговое движение как в Северном, так и в Южном полушариях.

Особенно четко подобная система течений выражена в Тихом океане. В Индийском же океане круговые течения наблюдаются южнее экватора; к северу от него господствуют сезонные течения, вызываемые муссонными ветрами, которые летом дуют с океана на сушу, а зимой – в обратном направлении.

Помимо направления для характеристики течений используют и их температуру. И по этому признаку различают течения теплые и холодные. Правда, не всегда стоит понимать данное деление буквально. Например, хотя температура воды Бенгельского течения у мыса Доброй Надежды составляет 20 °C, тем не менее по сравнению с окружающей водой это течение считается холодным. В то же время Нордкапское течение (одна из северных ветвей Гольфстрима) с температурой воды 4–6 °C считается теплым – оно обогревает прилегающие берега.

Если же коснуться мощности океанических течений, то судить о ней можно хотя бы по такому сравнению: Гольфстрим у полуострова Флорида за год переносит в среднем 750 тысяч кубических километров воды, что в 20 раз больше годового стока всех рек земного шара, а на параллели 38° северной широты и вовсе превышает речной сток в 60 раз.

Вода некоторых мощных течений, например Куро-Сио и Гольфстрима, отличается от окружающих вод цветом, соленостью и температурой. Однако сплошного потока, как в реках, течения не образуют. Так, тот же Гольфстрим разбивается на отдельные струи, часть из которых отходит в сторону, образуя огромные завихрения, которые потом и вовсе отделяются от основного течения.

Следует особо отметить, что объем переносимой течениями воды меняется в очень широких пределах, и это заметно отражается как на погоде, так и на поведении морских организмов и в особенности рыб.

Не так давно считалось, что глубинные, и особенно придонные, океанские воды почти неподвижны. С усовершенствованием измерительной техники выяснилось, что даже у самого дна вода перемещается со скоростью нескольких миль (морская миля – 1852 метра) в сутки, а мощные подповерхностные течения мало чем отличаются от поверхностных. Так, в Тихом океане под пассатным течением обнаружено встречное течение, скорость которого достигает 70 миль в сутки.

В Атлантике советские океанологи открыли такое же подповерхностное течение восточного направления. Его назвали именем Ломоноcoвa. Ширина этого течения простирается до 200 миль, а скорость доходит до 56 миль в сутки. Направлено оно тоже против пассатного течения. Подобное течение обнаружено и в Индийском океане: мощное подповерхностное течение совершает там свой невидимый путь от Антильских островов к берегам Гвианы. Таким образом, было установлено, что вся толща воды в океане находится в непрерывном движении.

Вода в глубинах океана движется и в меридиональном направлении. Охлажденная в полярных областях, она становится более плотной, тяжелой, погружается в глубины и движется в сторону экватора.

Велико значение и вертикальных перемещений воды в океанах и морях, происходящих в результате изменения ее плотности, зависящей, в свою очередь, от температуры и солености. Скорость таких движений невелика. Вертикальная циркуляция происходит также у дна океана, где вода нагревается теплом, выделяющимся из мантии, подстилающей земную кору. Подогретая вода легче, и она поднимается вверх, перемешиваясь с вышележащими массами. Данный процесс может охватить слой толщиной до 4 тысяч метров, считая от дна океана.

Вода поднимается из глубин и в тех случаях, когда течение встречает на пути подводную возвышенность или когда береговой ветер сдувает теплый поверхностный слой воды в море, а на его место снизу поднимается холодный.

Знаменитый и загадочный Гольфстрим

«Есть в океане река, не мелеющая ни в какую засуху, не выходящая из берегов своих ни при каком наводнении. Берега у нее и дно состоят из холодной воды, между тем как ее собственные струи – теплые. Исток ее в Мексиканском заливе, а устье в полярных морях. Это – Гольфстрим.

Карта Гольфстрима, составленная Б. Франклином

На свете нет другого водного потока, который поспорил бы с ним в великолепии и громадности: он течет быстрее Миссисипи и Амазонки и в тысячу раз превосходит их своим объемом. Воды его от залива до берегов Каролины имеют цвет индиго. Пределы их обозначаются так отчетливо, что глазу легко проследить линию их соединения с обыкновенными водами моря. Случается даже видеть, как корабль одним своим боком плывет по синей воде Гольфстрима, а другим – по обыкновенным темно-зеленым волнам океана. Так резко определилась линия раздела, так незначительно сродство между обеими водными массами и так упорно противятся они взаимному смешению».

Эти строки, принадлежащие американскому океанографу Мэтью Мори, очень емко и точно характеризуют самое знаменитое течение Великого Океана. Впрочем, о «реке в океане» написано очень много, причем как в научно-популярной, так и в художественной литературе. И именно благодаря этому Гольфстрим сделался, наверное, самым известным широкой публике океаническим течением.

А первым его тайну разгадал испанский мореплаватель и лоцман Антонио де Аламинос. Его считали везунчиком. А почему бы и нет? Ведь ведомые им флотилии каравелл на недели, а то и на месяцы опережали все остальные суда, снующие из Европы в Америку и обратно.

На пути в Америку Аламинос пользовался «услугами» пассатов, а на обратном пути «запрягал» в Мексиканском заливе Гольфстрим – течение, которое даже при штиле несло суда со скоростью почти 6 километров в час. Разумеется, свой секрет Аламинос очень тщательно скрывал. И только спустя без малого 200 лет секрет испанского мореплавателя был раскрыт.

А вот первое научное исследование Гольфстрима провел в 1770 году американский ученый Бенджамин Франклин. Причем он не только составил примерную карту течения, но и дал ему всем известное теперь название.

Гольфстрим – течение очень сложное, и знакомиться с ним лучше всего, имея перед собой открытый атлас, чтобы воочию видеть все те проливы, заливы и прочие географические районы, с которыми оно во время своего движения вступает в контакт.

А вообще о Гольфстриме можно говорить в двух смыслах. В широком смысле Гольфстримом называется мощная система теплых течений, простирающаяся на 10 тысяч километров от берегов полуострова Флорида до островов Шпицберген и Новая Земля.

Гольфстрим в узком смысле – тот, с которым нас знакомят в курсе школьной географии, – начинается в южной части Флоридского пролива и несется до Большой Ньюфаундлендской банки.

Главную роль в появлении этого мощного течения играют пассатные ветры, которые через Юкатанский пролив нагоняют огромный объем воды в Мексиканский залив, в результате чего происходит значительный перепад уровней воды Мексиканского залива и прилегающей части Атлантического океана.

Избыток ее устремляется через Флоридский пролив в океан, давая начало Гольфстриму. При выходе в океан мощность течения составляет 25 миллионов кубических метров в секунду, или 2160 кубических километров в сутки, что в 20 раз превышает расход всех рек земного шара.

Весь этот объем вмещается в скрытой от глаз человека реке шириной 75 километров (а у мыса Хаттерас – даже 110–120 километров) и глубиной 700–800 метров, несущейся со скоростью более 6 километров в час.

В Атлантическом океане, соединившись с Антильским течением, Гольфстрим еще более наращивает свои мощь и силу: почти вдвое увеличивается его ширина и более чем в три раза – до 82 миллионов кубических метров в секунду – объем переносимой воды. А скорость возрастает уже до 10 километров в час!

Вырвавшись на просторы океана, Гольфстрим демонстрирует присущую только ему одному уникальную особенность. Дело в том, что, вопреки общей для всех течений Северного полушария закономерности, Гольфстрим по выходе в океан под влиянием силы вращения Земли отклоняется не вправо, а влево. Это связано с повышенным уровнем воды в субтропической части Атлантического океана и подпиткой выходящих из Мексиканского залива вод потоком Антильского течения.

Температура воды в Гольфстриме хотя и достаточно высокая, но не постоянная, и находится в тесной связи с колебаниями силы пассатных ветров, нагоняющих теплые тропические воды в Мексиканский залив. При этом наблюдается довольно четкая закономерность: при усилении северо-восточного пассата температура в Гольфстриме повышается через 3–6 месяцев, а юго-восточного – через 6–9 месяцев. Вслед за повышением температуры наступают периоды охлаждения, связанные с тем, что усиление пассатов ведет одновременно к охлаждению верхних слоев океана у берегов Африки.

Огромные океанические просторы Гольфстрим преодолевает в гордом одиночестве. Но по мере продвижения на север он все сильнее отклоняется на восток, в сторону Европы, пока у южной окраины Ньюфаундлендской банки не встретится с холодным Лабрадорским течением. Здесь поверхностные воды обоих течений перемешиваются и опускаются на дно.

Ну разве не похоже это на встречу двух любовников, которые после жарких объятий стремятся уединиться в укромном месте? Согласитесь, даже очень. Особенно если учесть, что у Большой Ньюфаундлендской банки Гольфстрим не исчезает, а просто разбивается на несколько ветвей, самая мощная из которых уходит к берегам Европы под именем Северо-Атлантического течения.

Кстати, в отсутствие тумана место встречи «парочки влюбленных» довольно легко определить по цвету воды: у теплого Гольфстрима она темно-синяя, у холодного Лабрадорского – светло-голубая.

В заключение следует отметить, что Северо-Атлантическое течение приносит к берегам Северной Европы огромное количество теплой воды, которая существенно влияет на климат прибрежных стран. Так, например, Норвегия, согласно некоторым расчетам, получает от этого течения столько тепла, сколько дало бы сжигание 100 тысяч тонн нефти в минуту! Поэтому неслучайно, видимо, это течение называют еще и «печкой Северной Европы».

Что «запустило» Гольфстрим?

Около 12 тысяч лет назад на Земле наступило похолодание, которое, в частности, привело к резкому замедлению и фактически к остановке течения Гольфстрим, несшего свои теплые воды в северную часть Атлантического океана. Этот «перерыв» продлился примерно 1300 лет. В результате в лишенные тепла районы Северной Европы и Северной Америки стали наступать ледники. Всего за 10 лет среднегодовая температура, например, в Англии опустилась на 5 ° С.

Прекратиться же этот процесс, по мнению климатологов, смог только с возрождением Гольфстрима. А «пусковым крючком» в данной ситуации послужило следующее событие…

Территория, на которой находилось озеро Агассис

В тот же период на территории современной западной Канады в результате таяния ледников у края отступавшего ледяного щита появилось озеро Агассис, названное в честь одного из создателей гляциологии, швейцарского ученого Ж.-Л. Агассиса. Даже по современным представлениям озеро представляло собою гигантский водоем. Согласно данным исследователей, длиной оно было в 1100 километров, шириной – в 400, средняя глубина его равнялась 200 метрам, а площадь – 450 тысячам квадратных километров.

Для сравнения: площадь современных Великих озер приравнивается к 245,2 тысячи квадратных километров, а водной глади Каспийского озера – к 371,0.

По геологическим меркам озеро просуществовало совсем недолго – около 10 веков. 12 тысяч лет назад оно внезапно вырвалось на свободу и по руслу реки Маккензи, вытекающей из Большого Невольничьего озера и впадающей в море Бофорта, устремилось в Северный Ледовитый океан.

По расчетам исследователей, поток изливавшейся из озера воды составлял тогда около 1,6 кубических километра в час, а сам процесс продолжался примерно в течение года.

По существу, это была катастрофа. Прежде озеро Агассис тоже неоднократно изливалось – то в восточном, то в южном направлении, но в какой-то момент его воды потекли на север. Скорее всего, все началось с того, что вода прорвала естественную дамбу, образованную оставленными ледником обломочными породами.