Текст книги "100 великих тайн океана"

«Петля брокера» и климат

В конце 80-х годов ХХ века американский ученый Уоллес Брокер впервые описал глобальный океанический круговорот, известный теперь как «конвейер Брокера», или «петля Брокера». Данное явление представляет собой мощнейший (примерно в 100 раз превышающий сток Амазонки) поток воды, движущийся по Атлантическому океану с юга на север на глубине около 800 метров. На широте Исландии этот поток поднимается к поверхности (дующие здесь ветры сгоняют поверхностную воду) и очень сильно охлаждается (в зимнее время – с 10° до 2° C). Именно отдаваемое им тепло определяет необычайную мягкость зим в северной части Европы.

Охлажденная и значительно «потяжелевшая» вследствие этого вода, которая и без того отличалась повышенной соленостью, а следовательно, и плотностью, опускается вниз почти до самого дна, откуда и начинает свой обратный путь на юг.

То же течение, но теперь уже холодное, пересекает экватор, огибает Африку, поворачивает на восток, дает в Индийском океане ответвление на север и поднимается к поверхности. А затем, обойдя с юга Австралию и Новую Зеландию, уже в Тихом океане направляется на север и доходит вплоть до Алеутской гряды, где его остатки поднимаются на поверхность.

Влияние «петли Брокера» на климат Земли весьма значительно: любые изменения в ее температурном режиме могут отозваться катастрофами глобального характера. А пусковым крючком для масштабных климатических изменений может послужить таяние ледниковой шубы планеты.

Американский ученый У. Брокер, описавший «петлю Брокера»

Например, в случае интенсивного таяния ледников Гренландии поступившая в море пресная вода разбавит ту массу соленой воды, которая двигалась с юга. В свою очередь эта вода, став менее плотной, перестанет «тонуть», и конвейер Брокера остановится. Последствия этого процесса выльются для Европы в сильнейшее похолодание на много лет. И только лишь когда Гренландия перестанет таять, конвейер возобновит свою работу.

Поскольку вода опускается фактически в одном месте – на севере Атлантики, а поднимается в нескольких, то и основные усилия исследователей долгое время были направлены на изучение сил, «тянущих» воду вниз, а не «толкающих» ее вверх.

Однако в ряде работ внимание ученых обращается как раз на механизмы, ответственные и за подъем воды к поверхности. В частности, еще в 1994 году была смоделирована глобальная система течений Мирового океана. Модель наглядно продемонстрировала, что на усиление ветрового перемешивания в Южном океане и соответствующую активизацию там подъемов вод Северная Атлантика будет реагировать более интенсивным погружением собственных вод.

Совершенно очевидно, что для обеспечения работы тянущего механизма необходимо проникновение в глубь более теплых поверхностных вод и нарушение резкого градиента плотности, изолирующего верхнюю, хорошо перемешиваемую зону, от основной глубинной массы.

Важную роль здесь могут играть сильные штормы, способные «размывать» верхнюю границу плотного нижнего слоя водной толщи подобно волнам, размывающим берег. Определенное значение для перемешивания могут иметь и мигрирующие животные: крупные ракообразные (криль), рыбы и киты.

Современные модели климата предсказывают, что таяние ледников Гренландии может понизить интенсивность погружения вод (то есть «толкающего» механизма) в Северной Атлантике примерно на 30 %.

Но те же модели предполагают резкое усиление ветров и более частые штормы в районе Южного океана. А это означает, что должен активизироваться «тянущий» механизм, ответственный за подъем глубинных вод к поверхности.

Ринги – гигантские водовороты

Еще в середине 70-х годов прошлого века район Тихого океана, соседствующий с японскими островами Огасавара, привлек внимание ученых из университета Киото. Оказывается, это место с давних пор пользовалось у моряков дурной славой. По крайней мере, сообщения о бесследно пропавших кораблях приходили отсюда почти столь же часто, как и из знаменитого Бермудского треугольника. Благо и расположен данный район в «проклятом» месте – на границе так называемого «моря Дьявола».

Ринги у берегов Хоккайдо. Вид из космоса

В результате проведенных исследований в 400 километрах от Огасавары и впрямь было обнаружено почти что «колдовское» место: гигантский водоворот радиусом около 100 километров. Высота же этого исполинского конусовидного образования достигает 5000 метров. Посреди 100-километрового раструба находится впадина, уровень воды в которой расположен на несколько десятков метров ниже уровня океана. Энергия же этой громадины, по подсчетам океанологов, в 10 раз превышает энергию обычного течения.

Казалось бы, ничего особенного: подобных водоворотов в океане немало. В частности, рожденных Гольфстримом.

И все-таки этому кольцевидному течению присуща одна очень характерная особенность: примерно раз в 100 дней данный водоворот меняет направление своего вращения. С чем связана эта странность и какие механизмы формируют периодическую смену направлений, ученые до сих пор объяснить не могут.

По правде говоря, первооткрывателями круговых течений являются вовсе не японские исследователи: мореплавателям и купцам они известны уже много столетий. А вот по-настоящему их стали изучать только в 1970-х годах. И начало этому положили советские океанологи, выполнившие серию исследований в тропической Атлантике. Они же и назвали их синоптическими вихрями, хотя, видимо, правильнее было бы назвать их морскими циклонами. А в зарубежной литературе их и вовсе именуют рингами (от англ. «ring» – кольцо).

Вообще же сами по себе водовороты – явление не такое уж и уникальное. Гигантские воронки обнаружены во многих областях океана: и в районе Бермудского треугольника, и вблизи Шри-Ланки, и даже у берегов Антарктиды. И в центре каждого такого водоворота имеется довольно глубокая впадина: например, возле Шри-Ланки ее глубина превышает 100 метров, а со спутников зафиксированы впадины, глубина которых достигает и 200 метров.

Очень богата круговыми течениями Атлантика: только в северной ее части обнаружено около 10 рингов. Их возникновение связано с Гольфстримом, который, как и всякое течение, образует по мере движения многочисленные петлеобразные излучины, или меандры.

Первые меандры появляются после мыса Хаттерас, от которого Гольфстрим течет узким потоком, а далее, увеличиваясь в размерах, они перемещаются вместе с течением или же отрываются от него и движутся самостоятельно. Если во время штиля в водоворот диаметром 150–300 километров попадает яхта, она может вернуться на прежнее место лишь спустя несколько суток.

Оторвавшиеся меандры образуют вихри. Слева от генерального потока вихри вращаются по часовой стрелке, справа – против часовой. Скорость течения в этих завихрениях составляет 0,3–2,0 узла. При этом внутри вихрей, проникающих в область теплого океана к югу от основной ветви течения, вода всегда холодная (циклонические вихри), а внутри вихрей, вторгающихся в холодную область к северу от течений, – теплая (антициклонические вихры).

Наблюдения последних лет показали, что в течение года Гольфстрим образует по 5–8 пар таких вихрей, то есть циклонов и антициклонов в год. При этом некоторые из циклонов имеют диаметр до 200 километров и проникают в глубину почти до самого ложа океана. Циклоны Гольфстрима дрейфуют со скоростью до 3 миль в сутки и в основном на юго-запад.

Живут отдельные циклоны по 2 года и более и могут удаляться от Гольфстрима на расстояние свыше 1000 километров. Как правило, исчезают они около восточного берега полуострова Флорида.

Кольца антициклонов, отделяющиеся от Гольфстрима с северной стороны, обычно также смещаются со скоростью 3 мили в сутки. Живут такие вихри около одного года и, добравшись до мыса Хаттерас, снова вливаются в Гольфстрим. Однако отдельные вихри движутся на юго-восток и, пересекая основную ветвь Гольфстрима, попадают в Саргассово море…

Аналогично рингам Гольфстрима выглядят и ринги Куросио. С тем лишь различием, что к северу они не являются одиночными вихрями, а образуют сложное вихревое поле из ветвей и меандров Куросио, Курильского и Северо-Тихоокеанского течений.

Вообще же появление синоптических вихрей в океане может быть связано не только с отсечением меандров, но и с атмосферными явлениями, с распределением в океане температуры и солености и с рельефом дна.

Наблюдения последних лет показали, что в океане существуют круговые течения с гораздо меньшим диаметром, нежели ринги. За характерный спиралеобразный вид их еще называют вихрями закручивания, или спиральными вихрями. На периферии таких вихрей развиваются вихри еще меньших размеров, причем это касается даже их так называемой «иерархии». Спиральные вихри способны образовывать цепочки вихрей.

Мелкомасштабные вихревые течения иначе называют водоворотами. Их диаметр колеблется от нескольких метров до нескольких километров, и образуются они чаще всего при обтекании течением неровностей дна или берегов.

Могучий Мальстрем

«Во время прилива течение между Лофотеном и Моске бурно устремляется к берегу, но оглушительный гул, с которым оно во время отлива несется обратно в море, едва ли может сравниться даже с шумом самых мощных водопадов. Гул этот слышен за несколько десятков километров, а глубина и размеры образующихся здесь ям и воронок таковы, что судно, попадающее в сферу их притяжения, неминуемо захватывается водоворотом, идет ко дну и там разбивается о камни. Когда же море утихает, обломки выносит на поверхность. Но это затишье наступает только в промежутке между приливом и отливом и продолжается всего четверть часа, после чего волнение снова постепенно нарастает.

Когда течение бушует и ярость его еще усиливается штормом, опасно приближаться к этому месту на расстояние норвежской мили. Шхуны, яхты, корабли, вовремя не заметившие опасности, погибают в пучине. Часто случается, что киты, очутившиеся слишком близко к этому котлу, становятся жертвой разъяренного потока. И невозможно описать их неистовый рев, когда они тщетно пытаются выплыть. Однажды медведя, который плыл от Лофотена к Моске, затянуло в воронку, и он так ревел, что рев его был слышен на берегу. Громадные стволы сосен и елей, поглощенные водоворотом, выносит обратно втаком растерзанном виде, что щепа из них торчит, как щетина…».

Мальстрем на Carta Marina XVI в.

Эти выразительные строки принадлежат неизвестному норвежскому ученому XVII века. А описанное со столь пугающим реализмом место находится в Европе, точнее, у северо-западного побережья Норвегии, между островами Ферё и Москенесёй. И называется оно – Мальстрем. Это, как легко понять из приведенного выше описания, водоворот. И возникает сия коварная водная карусель и впрямь с определенною периодичностью, напрямую связанной с приливами и отливами. Безумное же ее верчение обусловлено особенностями морфологии данного района Земли.

Дело в том, что самый крупный и самый широкий залив Норвегии – Вест-фьорд – с запада, со стороны Атлантики, окаймляется скалистой грядой Лофотенских островов. А с юга, вдоль побережья, несет свои воды Северо-Атлантическое течение, которое эта островная цепь, будто гигантский мол, разрезает на две части; одна-то из них и направляется вглубь Вест-Фьорда.

Форма самого залива смахивает на огромную 250-километровую воронку, узкий конец которой изогнут на восток и глубоко вдается в сушу. А его основная акватория вытянута с юго-запада на северо-восток, причем северный край ее почти полностью перекрыт островами, оставляя мощному течению для выхода лишь узкие проливы. Кстати, именно такую форму имеют и другие морские заливы, славящиеся особенно высокими приливами: например, канадский залив Фанди, где вода поднимается на 19 метров, Пенжинская губа в Охотском море, залив Ла-Плата.

И когда приливная волна входит в сужающееся горло залива Вест-фьорд, она непременно встречает на своем пути препятствия в виде скал, в том числе подводных. А так постоянно увеличивающийся объем воды не в состоянии проскочить сквозь узкое горло одномоментно, волна нарастает, достигая порой огромной высоты.

В это же время на несущееся через узкие меж островами проходы течение накладывается еще и исполинский вал приливной волны, рвущийся с запада на восток. В результате у Лофотенских островов и образуется гигантский водоворот, называемый Мальстремом. То же самое наблюдается и при отливах.

А так как приливно-отливные явления происходят дважды в сутки, то столько же раз между островами Лофотен и Москестром (или просто Моске) появляется и знаменитый и ужасный Мальстрем.

Конечно, столь удивительный и страшный феномен не могли обойти вниманием не только те, кто постоянно с ним сталкивался – рыбаки и матросы, но и писатели.

Так, Эдгар По посвятил гигантскому водовороту целый рассказ под названием «Низвержение в Мальстрем». А вот строки из дневника английского купца Дженкинсона, добиравшегося по торговым делам в Россию через северные моря: «Замечу, что между так называемыми островами Рост и Лофут находится водоворот под названием Мальстрем, который с середины отлива до середины прилива издает такой ужасный рев, что на десять миль в округе звонят дверные колокольчики на домах в рыбацких селениях. Если киты попадают в струю водоворота, они жалобно кричат. А если большие деревья затащит внутрь силой потока и потом с отливом выбросит наверх, то концы их и сучья бывают так размочалены, что похожи на истрепанные веревки».

Судя по приведенной записи, Мальстрем бывал не просто страшным и злым, но и ужасным и жестоким.

Согласно преданиям, особую свирепость Мальстрем проявил в вербное воскресенье 1645 года, когда мощь круговорота была усилена неистовым штормом, бушевавшим у побережья. Рев Мальстрема в тот день достиг такой силы, что в селениях на ближних островах рухнули каменные дома!

Безусловно, в преданиях и сообщениях средневековых ученых и рассказах писателей присутствует немало вымысла и сгущенных красок. И тем не менее даже современная лоция предостерегает капитанов и штурманов от попытки преодолеть 3-мильный пролив во время максимального прилива, особенно если штормовой ветер поднимает с запада крутую волну.

Подобное иногда случается в зимний период, когда водный поток несется со скоростью 11 километров в час. В такие часы в проливе образуются мощные завихрения и водовороты, превращающие Мальстрем в смертельно опасного монстра.

Между прочим, в 55 милях к югу от Лофотена существует еще один водоворот, менее известный, хотя и превосходящий Мальстрем по массе вовлеченной в движение воды. Его называют Сальстрауменом – по одноименному проливу, где он и наблюдается.

Однако по коварству и непредсказуемости Мальстрем все равно остается самым опасным водоворотом у норвежских берегов.

Загадочное океаническое дно

Магнитное поле океанов

Еще в 1600 году английский ученый Уильям Гильберт доказал, что Земля является своего рода магнитом, а значит, как и вокруг любого другого магнита, вокруг нее также существует магнитное поле.

В 1635 году английский астроном Генри Геллибранд обнаружил, что магнитное поле Земли медленно меняется, а в 1702 году английский астроном и геофизик Эдмунд Галлей провел первую в мире магнитную съемку океанов и создал первые магнитные карты.

И все же, несмотря на то что магнитное поле Земли знакомо ученым уже более трех столетий и что за ним круглосуточно наблюдают сотни обсерваторий, десятки специальных судов и самолетов и тысячи ученых-магнитологов из самых разных точек земного шара, оно до сих пор остается одним из самых загадочных явлений нашей планеты.

В частности, и по сей день ученые не могут объяснить происхождение магнитного поля Земли, хотя и выдвинули немало гипотез.

Впрочем, уже известно, что магнитное поле земной поверхности состоит из нескольких составляющих: токов, пересекающих поверхность Земли, внешних космических источников и магнитного поля, обусловленного внутренней динамикой Земли. И как раз-то эти внутриземные процессы и вносят наибольший вклад в формирование геомагнитного поля.

Структуру, распространение, динамику и прочие характеристики магнитного поля Земли ученые определяют, исходя из магнитных свойств горных пород. А эти свойства, в свою очередь, зависят от содержания в них минералов с различными магнитными характеристиками.

Минералы же делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики, причем последние играют главную роль в изучении магнитного поля Земли, так как характеризуются упорядоченным (параллельным) расположением магнитных моментов в атомах. Правда, эта упорядоченность появляется только тогда, когда температура снижается до определенного уровня (до точки Кюри).

Э. Галлей провел первую в мире магнитную съемку океанов и создал первые мировые магнитные карты

Поэтому ферромагнетики в горных породах являются главными носителями магнитных свойств. А так как зерен ферромагнитных минералов в горных породах содержится сравнительно мало, то и намагниченность у них очень слабая.

При этом любая горная порода, осадочная или магматическая, в момент своего образования приобретает намагниченность, величина и направление которой характерны для магнитного поля в данный отрезок времени.

Если это осадочная порода, то магнитные частицы, оседая на дно водоема, будут ориентироваться на направление силовых линий геомагнитного поля, существующего в это время и в этом месте.

Магматические горные породы или лавовые потоки, застывающие либо на поверхности Земли, либо в земной коре на глубинах несколько километров, приобретут намагниченность после достижения ими точки Кюри, которая для различных по составу магматических пород, как правило, разная. Направление приобретенной намагниченности будет совпадать с направлением вектора напряженности магнитного поля данного времени в данной точке.

Но если с магнитным полем поверхности Земли ученые более-менее разобрались, то океаны, едва начались масштабные исследования их магнитного поля, преподнесли много сюрпризов. Так, первые же непрерывные измерения, проведенные вдоль линий, пересекающих Атлантический океан, установили резкие отличия в строении магнитного поля океана и суши. Уже один этот факт стал поистине сенсационным. Однако дальнейшие исследования принесли еще больше любопытных и неожиданных открытий.

Так, в 1958 году в северо-западной части дна Тихого океана впервые была установлена полосчатая форма магнитных аномалий. Сравнительно неширокие, до 40 километров, эти полосы были намагничены то отрицательно, то положительно, причем интенсивность намагничивания вдоль каждой из полос практически не менялась.

Такой же «зебровидный» характер магнитного поля в последующие годы был обнаружен во всех океанах, включая узкие моря типа Красного. При этом полосы эти протягиваются на тысячи километров, иногда без малейших искажений. Например, в Атлантическом океане они прослеживаются от Исландии до мыса Горн.

Мало того, оказалось, что полосы магнитных аномалий разного знака расположены симметрично по отношению к оси срединно-океанических хребтов. Это значит, что любая положительная или отрицательная аномалия с одной стороны хребта обязательно имеет своего «близнеца» на другой стороне. Причем расположены аномалии-«близнецы» на одинаковом расстоянии от оси хребта.

Геофизики, привыкшие объяснять аномалии магнитного поля особенностями геологического строения и химического состава горных пород в районе исследований, пришли в недоумение: модели и схемы, разработанные для суши, в применении к океану не «работали»! Впрочем, объяснения данного феномена не заставили себя ждать. И разобраться в нем ученым помогла теория глобальной тектоники литосферных плит.

Согласно этой теории, восходящие потоки мантии приподнимают литосферу и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты, из которых через трещины изливаются базальтовые лавы. Заполнив трещину в срединно-океаническом хребте, магма остывает и превращается в кристаллическую горную породу. Так образуется, разрастается и постоянно обновляется океаническая литосфера.

Естественно, ее формирование невозможно без постоянной подпитки поступающими из недр Земли расплавленными магматическими породами, которые, остывая, проходят точку Кюри и намагничиваются по направлению силовых линий данной магнитной эпохи. Приобретая знак намагниченности в момент своего образования, базальты впоследствии раздвигаются в стороны новыми порциями магмы, которые, в свою очередь, приобретают знак полярности уже той эпохи, в которую они появились. Так и создаются характерные для каждой «полосы» аномалии.

Таким образом, дно океана состоит из двух гигантских «конвейеров», расположенных по разные стороны хребта. Каждый из «конвейеров» имеет по одной «ленте», сформированной магмой, постоянно выливающейся из срединного хребта.

То есть эти ленты в некотором смысле можно назвать самовоспроизводящимися. А поскольку они находятся по разные стороны хребта, то и перемещаются – причем с постоянной скоростью – в противоположных направлениях к берегам континентов. Например, в Атлантическом океане одна лента конвейера движется от оси Срединно-Атлантического хребта к берегам Американского континента, а вторая – к Европе и Африке.

Таким образом, расплавленные горные породы, поднимаясь по каналам к трещинам в оси срединно-океанического хребта, остывают и намагничиваются в соответствии с направлением и величиной геомагнитного поля, существующими на данный момент времени. А литосферные плиты, расползаясь от оси срединно-океанического хребта в противоположные стороны, уносят на своих «спинах» свидетельства инверсий геомагнитного поля.

В результате от оси хребта до окраин континента распространяется гигантский архив непрерывных магнитных аномалий, в котором «записана» полная история инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.