Страница 1 из 40
Викентий Юльевич Преображенский
Удивительная океанология
Океанология: первое знакомство
Земля — самая водная планета Солнечной системы. При этом большая часть поверхности Земли покрыта океанами и морями, и вся эта вода представляет собой своеобразный огромный термостат — летом он не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. К тому же океан поглощает избыток углекислого газа в атмосфере, и без него Земля перегрелась бы из-за «парникового эффекта».
Океан — это составляющая часть Мирового океана, то есть всей совокупности водной оболочки земного шара. Он расположен среди материков, обладает системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями. Океан находится в непрерывном взаимодействии с атмосферой и земной корой.
В свою очередь, море — это тоже часть Мирового океана, обособленная сушей или возвышениями подводного рельефа.
Море отличается от океана гидрологическим, метеорологическим и климатическим режимом, что связано, как правило, с окраинным положением по отношению к океану.
Моря бывают окраинными, внутренними, изолированными (замкнутыми), полуизолированными (полу замкнутыми), межконтинентальными (средиземными) и межостровными.
Площадь поверхности Мирового океана, в состав которого входят океаны и моря, составляет около 71 % поверхности Земли (порядка 361 миллиона квадратных километров).
Общий объем воды на Земле составляет около 1500 миллионов кубических километров. Чтобы осознать это количество, представим себе: если бы эту воду было можно равномерно распределить по поверхности Земли, то толщина ее слоя составила бы почти четыре километра.
А если бы растаяли все ледники, уровень воды на Земле поднялся бы на 64 метра, и примерно 1/8 поверхности суши была бы затоплена водой.
Наука, изучающая моря и океаны, называется океанологией.
Как и в любой другой науке, в океанологии имеют место теоретические и эмпирические (экспериментальные) исследования. Понятно, что они тесно взаимосвязаны. Термин «эмпирический» происходит от греческого слова «эмпейриа» (опыт). Но данные, получаемые в экспериментах, требуют еще и теоретического осмысления, поскольку без этого нельзя составить целостную картину устройства изучаемого объекта. А теоретические модели, в свою очередь, подсказывают, как организовать последующие опыты, чтобы получить еще больше новых знаний.
До недавнего времени основным средством экспериментального изучения морей и океанов (если не считать путевых наблюдений обычных мореплавателей) были морские экспедиции на научно-исследовательских судах. Естественно, такие суда специально оснащаются множеством приборов: для измерения температуры воды, ее химического состава, скорости течений и т. д. Эти приборы называются океанографическими.
Первые попытки измерить температуру воды на различных глубинах морей и океанов были сделаны в XVIII веке, но систематическое изучение глубин, течений и ветров началось только в XIX веке.
Очень многое для исследования Мирового океана сделали русские моряки. Только в первой половине XIX века они совершили около сорока кругосветных плаваний, целью которых было налаживание морских связей с русскими владениями на Аляске, с Алеутскими и Курильскими островами. Но попутно русские мореплаватели открыли сотни новых островов, части побережий материков и т. д. Эти кругосветные плавания имели очень большое значение для развития только зарождавшейся тогда океанологии.
Начало подобным исследованиям положила первая русская кругосветная экспедиция на шлюпах «Надежда» и «Нева», предпринятая в 1803–1806 годах под командованием капитанов И. Ф. Крузенштерна (1770–1846) и Ю. Ф. Лисянского (1773–1837).
В экспедицию были специально приглашены немецкие ученые: астроном Горнер, естествоиспытатели Тилезиус и Лангсдорф. Они изучали температуру воды на различных глубинах от поверхности до 366 метров, ее удельный вес, наблюдали свечение моря, приливы и течения в Атлантическом и Тихом океанах, в Балтийском, Охотском, Японском и Южно-Китайском морях. Они установили, что соленость воды в морях ниже, чем в океанах, а соленость Тихого океана ниже, чем Атлантического. Кроме того, на картах было исправлено положение более 100 географических пунктов, были сделаны зарисовки, собраны различные коллекции.
После плавания Крузенштерна и Лисянского глубоководные исследования стали обязательными в программе работ многих русских и иностранных экспедиций XIX века.
А в 1815–1818 годах русская кругосветная экспедиция на бриге «Рюрик» под командованием О. Е. Коцебу (1788–1846) стала первой экспедицией, специально снаряженной для научных исследований малоизвестных районов Тихого океана. Участники этой экспедиции сделали более 300 измерений температуры и плотности воды на поверхности океана, 83 измерения температуры на различных глубинах до 1829 метров, впервые провели наблюдения над прозрачностью воды и т. д.
Кстати, О. Е. Коцебу первым описал коралловые острова и высказал гипотезу об их образовании.
Но наиболее выдающимся по научным результатам было плавание в Антарктиду русских моряков Ф. Ф. Беллинсгаузена (1778–1852) и М. П. Лазарева (1788–1851), предпринятое в 1819–1821 годах на двух шлюпах — «Восток» и «Мирный». Это было очень рискованное плавание: русским морякам впервые пришлось встретиться с суровой антарктической природой. Тем не менее 28 января 1820 года шлюпы подошли к берегам Антарктиды, и этот день и поныне считается датой одного из величайших географических открытий — открытия последнего, шестого континента.
Разумеется, исследования морей и океанов проводили не только русские. Например, в 1819–1820 годах английская экспедиция Уильяма Эдуарда Парри (1790–1855) на судах «Гекла» и «Грайпер» провела глубоководные измерения температуры воды в северной части Атлантического океана. Аналогичные наблюдения проводились в 1825–1828 годах на английском судне «Блоссом» под командованием Фредерика Бичи (1796–1856) в Атлантическом и Тихом океанах и в Беринговом море. А французская экспедиция Жюля Себастьена Дюмон д’Юрвиля (1790–1842) на судне «Астролябия» в 1826–1829 годах провела первые глубоководные наблюдения в морях Восточно-Индийского архипелага и нанесла на карту северные берега Новой Гвинеи и Новой Зеландии.
Примеры и имена отважных мореплавателей можно было бы приводить еще очень долго; им посвящено немало книг. Здесь же мы только хотели показать, что океанология — наука относительно молодая. И приборы, без которых невозможно ее существование, появились сравнительно недавно.
В 1839 году русский ученый-мореплаватель Ф. П. Литке (1797–1882) предложил создать прибор, записывающий уровень моря, — приливомер. Эту идею воплотил в жизнь академик Э. X. Ленц. Под его руководством приливомер был построен и впервые установлен на берегах Тихого океана в Ново-Архангельске (Русская Америка), а затем на берегах Северного Ледовитого океана.
Понятно, что первые океанографические приборы были весьма простыми; они опускались с борта корабля на металлическом тросе с помощью обычной лебедки. Но тем не менее именно с их помощью в конце XIX века были заложены основы целостного изучения природы Мирового океана.
Впрочем, это только кажется, что приборы были простыми. На самом деле вот задачка даже для современного человека: как снять показания прибора, находящегося на глубине в несколько километров?
Казалось бы, надо поднять его на поверхность. Но за время подъема прибор пройдет через самые разные слои воды, и его показания многократно изменятся… В XIX веке люди нашли весьма оригинальное решение этой проблемы. Чтобы зафиксировать, например, значение температуры на нужной глубине, они использовали особый «опрокидывающийся» термометр. После переворачивания «вверх ногами» такой термометр уже не менял своих показаний и фиксировал температуру воды именно на той глубине, на которой произошло опрокидывание. А почему он больше не менял показаний? Да потому, что на нужной глубине в этом ртутном термометре капилляр сужался вблизи резервуара ртути, а при опрокидывании термометра столбик ртути отрывался от резервуара, фиксируя показание. А как термометр опрокидывался? Сигналом к этому служило падение посыльного грузика, который соскальзывал вниз по несущему тросу.