Текст книги "В погоне за Солнцем"

Глава 18
Темная биосфера

Океан выглядит совершенно однородным, в конце концов это все вода… Но морская вода, как и морское дно, только выглядит однородном…

Robert Kunzig, Mapping the Deep[541]541
  Robert Kunzig, Mapping the Deep: The Extraordinary Story of Ocean Science. N. Y.: Norton, 2000. Р. 207.


[Закрыть]

Почему доктор Баллард во время своих фотовылазок на “Титаник” обычно слушал классическую музыку во время спуска и рок на обратном пути? Невозможно представить себе обратную картину.

James Hamilton-Paterson, Three Miles Down[542]542
  James Hamilton-Paterson, The Great Deep: The Sea and Its Thresholds. N. Y.: Henry Holt, 1992. Р. 165.


[Закрыть]

Легенда гласит, что Александр Великий велел спустить себя в Средиземное море. Его поместили в стеклянную кабину, а ее дверцы для надежности укрепили цепями. Царь-естествоиспытатель обнаружил в море такую большую рыбу, что проплыть вдоль нее заняло бы три дня и три ночи. “Никто из людей до меня не видел и никто из людей после меня не увидит тех гор, морей, тьмы и света, которые видел я” – такие слова приписывают царю[543]543
  E. A. Wallis Budge, tr. of Pseudo-Callisthenes, 1933; см.: Hamilton-Paterson, Great Deep. Р. 167.


[Закрыть].

Эта тьма покрывает множество неведомых миров. Даже сегодня 95 % земных океанов остаются неисследованными[544]544
  См.: David Grann, The Squid Hunter, The New Yorker. 2004. 24 мая. Р. 56–71.


[Закрыть], океанографы любят напоминать, что мы больше знаем о поверхности Луны, чем о морском дне. Нам, однако, известно, что дно любого океана исполосовано вулканическими впадинами – около 40 тыс. миль горных цепей, изрыгающих углекислый газ и гигантские столбы кипятка. Океанограф Брюс Хизен назвал их “ранами, которые никогда не затягиваются[545]545
  W. J. Broad, Deep Under the Sea, Boiling Founts of Life Itself, The New York Times. 2003. 9 сентября. F1–4.


[Закрыть]”. Через эти трещины и изломы изливаются огромные объемы воды с температурой до 400 °C – почти в четыре раза выше, чем точка кипения воды при обычном давлении. Внизу ей мешают превратиться в пар километры океанской воды, которые давят сверху. Вода нагружена неорганическими соединениями самых разных видов – сульфатами, нитратами и фосфатами, а также производными углекислого газа и метана – и густо усеивает дно гигантскими объемами нерастворимых солей, которые уже никогда не поднимутся на поверхность. Единственное исключение – вентиляционные отверстия, которые называют “черными курильщиками”, неистовые раскаленные химические реакторы, которые выпаривают из земной коры медь, железо и цинк и выбрасывают его над поверхностью, где они образуют столбы каменной лавы, похожие на струи черного дыма. Один из таких столбов есть у берегов штата Вашингтон – “Годзилла” высотой в шестнадцатиэтажный дом[546]546
  John Maddox, What Remains to Be Discovered. N. Y.: Free Press, 1998. Р. 150. 16 января 2006 года японский аппарат Chikyu начал бурить в морском дне в 125 милях от Нагойи (на юго-восток от Токио) скважину глубиной в 4,3 мили, это в три раза глубже показателей, что достигались прежде. Добытый материал сможет пролить свет на вопрос об энергии, давшей толчок жизни на Земле, – была ли она солнечной или геотермальной. Также может стать понятнее, почему периодически блуждают магнитные полюсы планеты.


[Закрыть].

Некоторые бактерии умудряются существовать даже в этих невероятно горячих местах, используя железо для дыхания, как мы используем кислород, перерабатывая его в черный минерал с магнитными свойствами – магнетит. Вокруг отверстий было обнаружено более сотни разных видов существ, зависящих от этих бактерий, и не только микробов, а, например, и голотурий – морских огурцов, – и 2,5-метровых иглокожих мешков, гнездящихся плотными пучками, с кроваво-красными головами, подобными розовым бутонам, и креветок с моллюсками шириной с ногу взрослого человека, и пятнадцатисантиметровых мидий, и копошащихся фарфорово-белых крабов – все используют энергию, которую добывают из окисления железистых солей, а также из серы, сероводорода и молекулярного водорода. Железобактерии кормят собой моллюсков и креветок, которых в свою очередь поедают крабы и зловещего вида полутораметровые осьминоги с беловато-серым капюшоном. Почти все эти существа были ранее неизвестны науке и не могут проживать ни в каком другом месте. Эту часть нашего мира назвали “темной биосферой”.

Как все это связано с Солнцем? Данные создания и их среда обитания уникальны – они образуют единственную на Земле экосистему, функционирующую благодаря хемосинтезу и существующую не за счет изливающегося сверху солнечного потока, а за счет геохимических выбросов[547]547
  См.: See Julie A. Huber, David A. Butterfield, John A. Baross, FEMS Microbiology Ecology. Vol. 43. 2003. Р. 393–409.


[Закрыть]. Но даже в данном случае фотосинтез играет заметную роль, поскольку колоссальные запасы окислителей, которые используют эти существа, происходят из экосистем на поверхности океана, а они основаны на солнечной энергии. Даже серные бактерии могут жить только в тех местах, где доступен кислород, у которого они заимствуют электроны и скрытую энергию, нужную им для окисления сероводорода. Если бы Солнце исчезло, большинство этих глубоководных общин протянули бы не сильно дольше прочих (хотя очень ограниченное число созданий странным образом продолжили бы существование при поддержке света от раскаленной лавы в самих разломах)[548]548
  См.: Kunzig, Mapping the Deep. Р. 53. В книге The Ecological Theater and the Evolutionary Play. New Haven: Yale University Press, 1965 знаменитый эколог из Йеля Джордж Э. Хатчинсон предположил, что организмы теоретически могут существовать на внутреннем тепле планеты вместо солнечного света, но у него не было гипотез того, как именно они могли бы это делать.


[Закрыть]. Так что косвенным образом Солнце поддерживает жизнь даже здесь.

Компьютерная реконструкция гидротермального источника. В то время как почти все живое на Земле зависит от солнечной энергии, многие тысячи созданий, обитающих вокруг таких источников, выживают на органических веществах, вырабатываемых при хемосинтезе. Однако даже на таких глубинах некоторые все равно зависят от воздуха, выделяемого фотосинтезирующими организмами (David Batson / DeepSeaPhotography.com)

Существа, занимающиеся фотосинтезом на поверхности океана и выделяющие водород из воды, – сине-зеленые водоросли, цианобактерии, которые встречаются в любом влажном месте. “Появление сине-зеленых обозначило поворотную веху в историю жизни, – пишет Дэвид Аттенборо. – Кислород, который они производят, накапливался тысячелетиями, чтобы образовать ту богатую кислородом атмосферу, которую мы сегодня имеем”[549]549
  David Attenborough, Discovering Life on Earth. Boston: Little Brown, 1981. Р. 22.


[Закрыть]. Эти фотосинтезирующие организмы состоят из одиночных клеток – фитопланктона (от греч. Φυτόν – растение, πλανκτον – блуждающий), которые достигают в длину 0,5-100 мкм и образуют тонкий слой вблизи поверхности воды: свет быстро поглощается в воде, и уже на глубине в 00 м нормальный фотосинтез невозможен (рекордная глубина, на которой была обнаружена обычная растительная жизнь, – это 216 м на Багамских островах, где куст красных водорослей цветет в исключительно прозрачной воде). Но этот тонкий слой чрезвычайно богат фотосинтезирующими агентами, и вся животная жизнь моря, от медуз до китов и даже до обитателей придонных горячих источников, зависит от этих клеток. В конце зимы хлорофилл (молекула, с помощью которой растения поглощают свет) окрашивает Северную Атлантику в зеленый цвет. Все виды фитопланктона не поддаются исчислению, но эти морские растения (вместе с лесами на суше) потребляют из атмосферы половину оксида углерода, который мы туда выбрасываем, и делают возможной жизнь не только на суше, но и на огромной глубине.

Океаны можно разделить на два основных царства – более мелкие моря, омывающие континенты, и глубокие океанические воды. Первые, ограниченные областями континентального шельфа, которые напоминают полузатопленные плечи континентов, являются пристанищем подавляющего большинства морских обитателей. На глубине от 100 до 200 м шельф резко переходит в отвесные уступы, спускающиеся к так называемым абиссальным равнинам. Эти равнины в свою очередь разрезают V-образные впадины, которые могут соперничать с Большим каньоном. В дне океана образовались колоссальные впадины, в ряде случаев достигающие глубины около 11 км и выпятившие Срединно-Океанический хребет, главную горную цепь на планете, которая тянется неразрывной линией от Арктики через Атлантику в Антарктический, Индийский и Тихий океаны общей длиной более 60 тыс. км. Самая глубокая на сегодняшний день пропасть была измерена в 1962 году и находится в Марианской впадине (около Филиппинских островов) – глубина там достигает 11,5 км, туда может целиком поместиться Эверест и еще останется несколько километров. Около 86 % мировой океанской воды расположено ниже девятисотметровой отметки[550]550
  См.: Peter Whitehead, How Fishes Live. London: Phaidon, 1975. Р. 111–12.


[Закрыть].

В 1951 году биолог Рэйчел Карсон (через одиннадцать лет она опубликует знаменитую работу об угрозах для окружающей среды “Безмолвная весна”) выпустила книгу The Sea Around Us (“Море вокруг нас”). Она начинает поэтично, хотя и с большой точностью:

Там нет чередования света и тьмы. Скорее, это бесконечная ночь, такая же старая, как сам океан…

Если вывести из рассмотрения мелководье континентальных шельфов, разбросанные отмели и банки, где хотя бы бледный отсвет солнечного света скользит по дну, все равно половина Земли остается под слоем километров не пропускающей света воды, которая хранит свою темноту с самого сотворения мира[551]551
  Rachel Carson, The Sunless Sea, в Great Essays in Science, ed. Martin Gardner. N. Y.: Prometheus, 1994. Р. 287–304.


[Закрыть].

По мере проникновения в океанскую толщу свет отфильтровывается слой за слоем, одна длина волны за другой, начиная с ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, которые поглощаются первым метром воды[552]552
  См.: Hamilton-Paterson, The Great Deep. Р. 112–13.


[Закрыть]. В ночном небе огни самолета видно за много километров, но те же огни под водой неразличимы уже за 200 м[553]553
  См.: Peter Herring, The Biology of the Deep Ocean. Oxford: Oxford University Press, 2002. Гл. 8. Seeing in the Dark.


[Закрыть]. Ниже первой сотни метров – предел эфотической (хорошо освещенной) зоны, волны красной части спектра уже полностью поглощаются, с ними исчезает вся желтая и оранжевая теплота солнечного света. К 150 м остается около 1 % от солнечного освещения. Еще глубже исчезает зеленый цвет, хотя в кристально чистой воде сине-зеленое освещение может достигать глубины почти в километр. На 300 м остается только очень тусклый синий. Гамильтон-Патерсон спускался в водолазном колоколе на глубину 1517 м, на отметке в 200 м он записал: “Удивительно, но какой-то свет еще есть… Интенсивное пронизывающее фиолетовое освещение… Никогда не видел света с такими свойствами. Его не встретить на поверхности Земли и, возможно, не воспроизвести искусственно”[554]554
  Hamilton-Paterson, The Great Deep. Р. 203.


[Закрыть].

По мере угасания солнечного света темноту заполняют мириады новых созданий, населяющих зоны от полумрака до донного мрака. В 1818 году сэр Джон Росс, исследуя северные моря, вычерпал и поднял на поверхность с 1800 м грязь, в которой встречались черви, “доказав этим, что на дне океана присутствует животная жизнь”. В 1860 году исследовательский корабль “Бульдог” обнаружил признаки жизни далеко за пределами, доступными солнцу: креветки, светящиеся анчоусы, кальмары и щетинкочелюстные. Карсон рассказывает о пресловутой экспедиции корвета “Челленджер”, первого судна, оборудованного для океанографических исследований, который отправился из Англии в 1872 году, хотя и не особенно вдается в детали. В 2006 году Дэвид Грэнн, автор журнала New Yorker, в погоне за гигантским кальмаром повторил путешествие “Челленджера”. Тот корабль странствовал по морям три с половиной года, траля океанское дно по зигзагообразной траектории, пройдя 110 тыс. км со скоростью два узла – эквивалент медленной пешей прогулки. Работа была рутинной и тяжелой – два члена команды сошли с ума, еще один совершил самоубийство, – но к концу путешествия исследователи собрали 13 тыс. различных видов животных и растений. На обработку трофеев ушло еще девятнадцать лет – было обнаружено 4700 новых видов животных, 2 тыс. из них обитали на глубине, превышающей 250 м, – примерно 1/10от известного (даже сейчас) числа видов рыб. Стало очевидно, что пространство между волнующейся поверхностью и спокойным ложем океана переполнено многочисленными и, возможно, самыми удивительными биологическими сообществами, а их разнообразие может бросить вызов даже тропическим джунглям[555]555
  В ноябре 2009 года ученые сообщили, что число известных видов, обитающих в океане, составляет 17 650 наименований. 5722 вида живут ниже границы “черной пропасти” в 1000 м, включая червей оседаксов, морских огурцов, рифтий, глубоководных осьминогов и краба йети (Kiwa hirsuta), который живет вблизи гипотермальных источников на глубине около 2000 м (Charles Q. Choi, Thousands of Strange Sea Creatures Discovered, LiveScience.com. 2009. 22 ноября. www.livescience.com/ animals/091122-deep-sea-creatures.html).


[Закрыть].

Мировой океан насчитывает 1,33 млрд куб. км воды, а площадь его дна составляет около 360 млн кв. км – 7/10 поверхности планеты. Океанские глубины населены сравнительно недавно, поскольку они предоставляют невыносимые условия для обитания: нелегко приспособиться к крайнему холоду в сочетании с сокрушающим давлением[556]556
  См.: M. F. Moody, J. R. Parris, Discrimination of Polarized Light by Octopus, Nature 186. 839–40. 1960 и Nadav Shashar, Phillip S. Rutledge, Thomas W. Cronin, Polarization Vision in Cuttlefish – A Concealed Communication Channel? Journal of Experimental Biology 1996. 199. 2077–84.


[Закрыть]. Для незащищенного человеческого тела 180 м – абсолютный предел. Костюмы для погружения с давлением в одну атмосферу позволяют человеку опуститься на глубину до 750 м. Но у прозрачных глубинных созданий внутритканевое давление такое же, как и наружное, поэтому глубина не представляет проблем. Остается загадкой, как выдерживают давление кашалоты – оно достигает 1,6 тонн на квадратный дюйм на глубине около 2 км. Концентрация кислорода на больших глубинах составляет 1/30 от концентрации в поверхностных слоях, но и внутри зоны, бедной кислородом, находятся категории живых существ, приспобленных к этим условиям.

Глубоководная рыба-удильщик светит сама себе. В поисках пищи на глубине 1000–1500 м удильщик приманивает свою добычу при помощи биолюминесцентного свечения на конце длинной удочки, а затем хватает любопытствующих своими впечатляющими зубами (David Batson / DeepSeaPhotography. com)

Тьма может показаться еще одним препятствием для жизни, но глубоководные создания и тут выкрутились. На 500 м глубины невооруженный человеческий глаз может различить только грубые очертания силуэта, в то время как рыба видит все до мельчайших деталей. Такая чувствительность может помогать животным отслеживать уровень глубины, ведь изменение освещенности управляет утренними и вечерними перемещениями различных рыб и криля. Даже безглазые существа способны ощущать солнце: молекулы воды поляризуют солнечный свет, что помогает многим существам в их охоте, поскольку ткани их жертв поглощают или отражают падающий на них свет. Кальмар выработал особые клетки в коже и тоже использует поляризованный свет (человеческий глаз воспримет его как неразличимый черный), чтобы регулировать свои вертикальные миграции и обмениваться сигналами с другими особями своего вида[557]557
  См.: Bruce Robison, Life in the Ocean’s Midwaters, Scientific American. 1995. Июль. Р. 60.


[Закрыть].

Там, где недостаточно света, некоторые создают собственный. Между 180 и 210 м многие виды имеют такую возможность, но используют ее очень консервативно, ведь каждый случай “включения” света выдает их самих. Впрочем, некоторые существа могут менять длину излучаемых волн, используя само освещение как камуфляж. Некоторые так модифицировали клетки, что они стали работать как фонарики, включаясь и выключаясь по желанию (предположительно разные режимы нужны для поиска и преследования добычи), а другие имеют ряды огоньков вдоль тела или на конце щупалец и ног – эффективное средство для дезориентации противника. Третьи рыбы выработали световые органы на своей нижней части, чье слабое, направленное вниз свечение размывает четкую тень, когда преследователь смотрит на них снизу вверх и видит силуэт на фоне сравнительно лучше освещенной массы воды. Есть и четвертые, которые используют биолюминесценцию как ловушку для простаков – они покрывают приблизившегося хищника липкой светящейся тканью, что делает самого охотника уязвимым для других хищников. “Подобно банковским грабителям, которые окрасились специальным составом, скрытым в похищенной наличности”, как колоритно описал ситуацию один морской биолог[558]558
  Deep-Sea Fish Sees Red, BBC Wildlife. 1998. Август. Р. 59.


[Закрыть].

Некоторые лишенные глаз создания начинают ярко светиться при прикосновении к ним. Другие концентрируют в теле красный пигмент, который поглощает любые синие и зеленые волны, ничего не отражая, – эффективная стратегия “визуальной невидимости”. Хищный черный малакост (Malacosteus niger) генерирует длинные волны инфракрасной части спектра (в дополнение к синей биолюминесценции), невидимые для остальных обитателей глубин, что дает ему зрение, близкое к военному инфракрасному прицелу. Сетчатка рыбы содержит определенные производные хлорофилла (добытые благодаря питанию мелкими ракообразными), которые в модифицированной форме позволяют генерировать инфракрасные волны. Во время холодной войны американские военные планировали использовать этих рыб как часовых, чтобы сигнализировать о прохождении советских подводных лодок. В итоге, впрочем, операция “Черный малакост” так и не состоялась[559]559
  См.: J. T. Fraser, ed., The Voices of Time: A Cooperative Survey of Man’s Views of Time as Expressed by the Sciences and by the Humanities. N. Y.: George Braziller, 1966. Р. 309.


[Закрыть].

Прозрачные животные в целях лучшей маскировки от хищников эволюционировали в сторону уменьшения внутренностей, поскольку внутренние органы – единственная видимая часть их анатомии[560]560
  См.: N. Angier, Out of Sight, and Out of a Predator’s Stomach, The New York Times. 2004. 20 июля. F4. См. также: Sonke Johnsen, Transparent Animals, Scientific American, февраль 2000. Р. 80–90 и K. Madin, D. Kovacs, Beneath Blue Waters: Meetings with Remarkable Deep-Sea Creatures. N. Y.: Viking, 1996.


[Закрыть]. У некоторых желудок имеет форму иглы и всегда, как бы ни было ориентировано животное, повернут вниз, что минимизирует его площадь на фоне света с поверхности. У других желудок обернут в отражающую ткань, которая в открытом океане так отражает свет, что становится неотличимой от окружающей среды.

Разные существа, будь то рыбы, ракообразные, водоросли или другие организмы, населяют глубины океана, весьма далекие от солнечного блеска. Но даже мельчайшие микроорганизмы, обитающие на самом морском дне или чуть выше него, обязаны своим существованием солнцу. Плавая в толще H₂O вдоль черной границы солнечного царства, они косвенно зависят от кислорода, выделяющегося в процессе фотосинтеза, запущенного на поверхности[561]561
  Однако солнце в первую очередь снабжает энергией организмы, обитающее на мелководье, а не в глубинах. Среди функций определенных кораллиновых водорослей имеется и производство некоторого химического вещества, которое действует как очень эффективное солнцеотражающее средство, защищающее сами водоросли и их хозяина полипа от ультрафиолетовых лучей. Альгинаты из бурых водорослей дают серьезную защиту от радиации, они выделяют йодные соединения, которые помогают в излечении рака у человека. В Японии самая низкая статистика в мире по распространению рака груди, внутриматочного рака и рака яичников – как считается, благодаря водоросли комбу, содержащей полисахарид У-фукоидан, который взаимодействует с клетками раковых опухолей, стимулируя их саморазрушение. В процессе спасения себя от Солнца водоросли обеспечили методом защиты и нас.


[Закрыть].

Океан, как пишет Роберт Кунциг в своей волшебной книжке Mapping the Deep (“Нанося глубины на карту”), “является первым на планете распределителем тепла. Солнечный свет заставляет молекулы воды напрягать свои водородные связи, толкая и притягивая соседок, а тепло, содержащееся в этих вибрациях, может передаваться на большие расстояния океанскими течениями, изменениями объемов соли, растворенной в воде (что влияет на ее плотность), и ветрами[562]562
  Kunzig, Mapping the Deep. Р. 8.


[Закрыть]”. Текучая топография океана находится в постоянном изменении, что приводит нас к могущественным помощникам Солнца – течениям и приливам.

Течения, которые действуют на всех уровнях моря, бывают двух типов – поверхностные и глубинные. Иногда они могут течь одновременно в противоположных направлениях на разных глубинах. Имеется девять основных океанских течений.

1. Гольфстрим. Начинается южнее Флориды и течет на север вдоль Восточного побережья Соединенных Штатов, пересекает Северную Атлантику и доходит до Норвежского моря. Имеет огромное влияние на климат любой части суши, которую затрагивает. В целом, например, климат Норвегии и Британских островов зимой примерно на 10 °C теплее, чем климат середины континента на той же широте.

2. Лабрадорское течение. Направляется на юг от Полярного круга вдоль канадского побережья, охлаждает атлантические провинции Канады и в конце затрагивает Новую Англию. Часть его заходит в залив Св. Лаврентия, но основная масса продолжает движение на юго-запад.

3–6. Северное экваториальное течение и Южное экваториальное противотечение (п. 3 и 4), которые текут на восток и запад в районе экватора. Оба примерно в 1 тыс. км шириной и приближаются к экватору на расстояние до 4–10° с каждой стороны, но никогда не затрагивают его, поскольку их отражают противотечения (п. 5–6).

7. Куросио. Отделяется от Северного экваториального течения и омывает восточные побережья Тайваня и Японии. Затем разделяется на восточную ветвь, проходящую близ Гавайских островов, и северную, затрагивающую берега Азии и сливающуюся с холодным Курильским (или Оясио) течением в Северное Тихоокеанское течение.

8. Калифорнийское течение. Движется от залива Аляски вдоль западного побережья Соединенных Штатов и частично отвечает за относительно более холодную воду в этих районах.

9. Экваториальный климатический пояс, расположенный немного к северу от экватора, – здесь интенсивность солнечного излучения делает воздух особенно влажным, понижает давление (из-за расширяющейся от нагрева атмосферы) и создает облака, легкие изменчивые ветра и штормы, шквалы и другие сложные погодные условия. Эта зона характеризуется также долгими периодами отсутствия всякого ветра, здесь на дни, а то и недели обездвиживаются парусные корабли.

Формирование и изменение течений определяется двумя основными факторами – солнечным теплом и вращением Земли (третьим, но наименьшим по значению фактором является гравитационное притяжение Солнца и Луны). В результате нагревания воздуха над океанами Солнце создает ветры, которые увлекают за собой воду посредством трения (поверхностные течения занимают верхние 400 м в любом океане – около десятой части всей нашей гидросферы). Когда вода охлаждается или становится солонее из-за испарения, она уплотняется и опускается вниз, создавая новые течения, которые в свою очередь перемещают тепло в разных направлениях, придавая дополнительное разнообразие температурной картине[563]563
  См.: Piers Chapman, Ocean Currents, www.waterencyclopedia.com/Mi-Oc/Ocean-Currents.html


[Закрыть]. Эсхил писал о “смехе морских неисчислимых волн[564]564
  Пер. В. Нилендера.


[Закрыть]”, но на самом деле во власти Солнца разогнать ветер на открытом пространстве до такой степени, что поднятые им волны от самой низкой точки до гребня вздымаются на высоту до 30 м. В любой момент времени в океане бушует до десяти таких кипящих монстров, получается отнюдь не та беззаботная картина, которую нам изобразил Эсхил. Непосредственно перед такой волной расположена зона пониженного давления, попадание в которою для любого корабля чревато пляской на чудовищных американских горках, скорее всего – с печальным исходом. Эти буруны регулярно образуются в областях мощных течений – вблизи Игольного мыса на южной оконечности Африки, в зоне течения Куросио, около Японии и в Гольфстриме у Восточного побережья Соединенных Штатов, который также протекает сквозь Бермудский треугольник, мифическое место исчезновения кораблей и самолетов[565]565
  См.: William J. Broad, Rogue Giants at Sea, The New York Times. 2006. 11 июля. F1 и F4.


[Закрыть].

Некоторые океанские слои могут быть не толще нескольких дюймов, но они всегда отличимы друг от друга по резкому перепаду температуры и солености, которые и управляют их движением. Ближе к экватору вода (сильнее нагреваемая солнцем) на поверхности может быть градусов на двадцать теплее, чем в более низких слоях. Теплые экваториальные течения стягиваются к обоим полюсам, отчасти из-за того, что они легче северных и южных течений.

Вращение Земли воздействует на океанские течения посредством так называемой кориолисовой силы, названной так в честь французского инженера и математика Гюстава Гаспара Кориолиса (1792–1843). Эта сила отклоняет течения на северо-восток в северном полушарии и на юго-восток в южном. Трение с Землей возникает в этом случае от соприкосновения воды с океанским ложем. Круговая скорость вращения Земли уменьшается от своего максимума на экваторе (1610 км / ч) до нуля на полюсах. Вода на экваторе отклоняется со скоростью максимального вращения, во время ее продвижения через широты более медленного вращения она по-прежнему движется быстрее, чем окружающая среда. Направление этой экваториальной воды с учетом более высокого момента ее движения – по диагонали на северо-или юго-восток, в направлении вращения планеты. За пределами течений, тоже благодаря Солнцу, хотя и косвенно, возникают волны-монстры. В 1997– 1998 годах люди всего мира наблюдали за фотографиями из космоса, где было видно, как ветер меняет направление и гигантская масса необычно теплой воды собирается в тропическом Тихом океане, достигая площади, в полтора раза превышающей площадь континентальной части Соединенных Штатов. Так возникал знаменитый ураган Эль Ниньо, который теперь обвиняют в том, что он внес смятение в погодные условия от Чили до Австралии и принес штормы, наводнения, засуху и лесные пожары. “Эль Ниньо” по-испански значит “малыш”, обычно так называют Младенца Иисуса. У него есть сестра-близнец по имени Ла Нинья – аналогичное явление, но с необычно холодной водой, которое выглядит на спутниковых фотографиях как ярко-синие и красные полосы, вытягивающиеся посреди Тихого океана. Оба родича могут приносить удушающую жару и леденящие морозы. Жестокая зима 1941–1942 годов, которая вызвала откат немецкого наступления на Советский Союз (когда температура падала до –40°C, машины замерзали, четверть миллиона солдат погибло от холода и болезней), была рождена Ла Ниньей[566]566
  См.: Stephen H. Schneider, ed., The Encyclopedia of Climate and Weather. Oxford: Oxford University Press, 1996. Vol. 2. Р. 734.


[Закрыть].

После этих колоссов перейти к приливам – это, конечно, значительное снижение калибра, хотя приливы в заливе Фанди (Новая Шотландия, Канада) опускаются и поднимаются дважды в день на высоту до 18 м. Общая энергия волн, разбивающихся о мировые побережья, превышает 2 трлн ватт, ее достаточно для обеспечения суточного потребления 200–300 млрд домохозяйств – в сто раз больше, чем насчитывается во всем мире.

Многие видят причину приливов в одной Луне, но, как и во многих других случаях, нельзя игнорировать Солнце. В английском слово tide, “прилив” (от германского корня tid со значением “временной интервал” или “точка”, ничего водяного или морского), имеет два значения. Первое – одновременное изменение уровня моря вдоль всего берега, которое зависит от топографии береговой линии и от прибрежных течений; второе – деформация суши и воды под воздействием притяжения Луны и Солнца. Солнце, которое находится в четыреста раз дальше от Земли, но зато массивнее в 30 млн раз, чем Луна, притягивает в сто семьдесят восемь раз сильнее. Но поскольку приливы зависят не только от силы гравитации, но и от ее неоднородности, вклад Луны в приливную энергию Земли составляет 56 %, а Солнца – 44 %, что тоже очень много.

Когда Земля максимально приближена к Солнцу, а Луна – к Земле (так называемая точка перигея), их притяжение максимально и вызывает самый высокий прилив; когда Земля, напротив, максимально удалена (точка апогея), приливная амплитуда минимальна. В новолуние, когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии (сизигия – мечта игрока в скрэббл), притяжение Солнца и Луны действует в одном направлении, складываясь и усиливая прилив и углубляя отлив.

Приливной цикл составляет 24 ч 50 мин, за это время большинство берегов Земли испытают по два прилива и отлива. Впрочем, в зависимости от местных условий: в некоторых местах прилив вообще незаметен, а в других пик прилива отстает от достижения Луной наивысшей точки на несколько часов. Можно представить себе положение бретонской дамы в “Кентерберийских рассказах” Чосера, которая пообещала отдать свое сердце пламенному воздыхателю, когда в море исчезнут скалы. Бросив взгляд с берега, она обнаруживает, что скал не видно. Счастливым для замужней дамы образом ее поклонник проявляет рыцарское благородство и не требует от нее соблюдения слова.

Приливы были поводом для различных домыслов на протяжении тысячелетий (хотя старейшая из сохранившихся приливных таблиц, рассчитанная для Лондонского моста, датируется только XII веком). Опыт римлян, как правило сталкивавшихся только со спокойным Средиземным морем, был невелик, и Цезарь описывает, как его экспедиционные силы дважды заплатили большую цену за незнание во время вторжения в Англию со стороны Дуврского побережья. Греки писали о “морских движениях”, но до Кеплера (Astronomia Nova, 1609) и Галилея (“Диалог”, 1632) согласованных попыток объяснения этого явления не предпринималось. Первая хорошо документированная версия принадлежала Ньютону (1687), но главным текстом на эту тему вплоть до XIX века оставалась “Небесная механика” Лапласа (1799). Затем последовали прекрасные описания приливной механики от двух замечательных британских ученых – сэра Уильяма Томсона (1824–1907) и сэра Джорджа Дарвина (1845–1912), пятого отпрыска Чарльза Дарвина[567]567
  Третьим крупным исследователем приливов был Уильям Уэвелл (1794–1866), чья наука о приливах обрисовывала движения мирового океана с целью показать все точки земного шара, где одновременно случается прилив. Уэвелл, знаменитый выпускник кембриджского Тринити-колледжа, ввел в 1834 году в оборот слово scientist (“ученый”). Отвергая слово savant как слишком непритязательное и французское, он предложил слово для обозначения общего предприятия всех, кто изучал естественный мир, даже если отдельные дисциплины становились все более специальными и разобщенными (William Whewell, The Philosophy of the Inductive Sciences: Works in the Philosophy of Science 1830–1914. N. Y.: Continuum, 1999).


[Закрыть].

Томсон был одним из первых в блестящей плеяде ученых XIX века (его похоронили рядом с Ньютоном в Вестминстерском аббатстве). В 1882 году он доложил Британской научной ассоциации об устройстве механизма приливов. “Если бы меня спросили, что я имею в виду, когда говорю о приливах, – начал он свою речь, – мне было бы очень сложно ответить… Дело в том, что моряки в море говорят о приливе как о горизонтальном движении воды, а для обитателей суши или моряков в порту это вертикальное движение”. Он сделал выбор в пользу “морского” понятия, “потому что перед тем, как где-либо возникает подъем или падение воды, она должна прийти откуда-то, а вода не может переместиться из одного места в другое без горизонтального или почти горизонтального движения”[568]568
  Broad, Rogue Giants at Sea. F4.


[Закрыть].

Зачастую то, что мы видим, – это скорее “волны, вызванные ветром, нежели настоящий прилив”, но есть и другой подъем (и падение), вызванный напрямую солнечным теплом, которое воздействует на атмосферное давление: когда показания барометра высоки, на воду сильнее действует воздушное давление; напротив, она поднимается, когда давление падает. Это управляемое Солнцем давление действует и на землю, но из-за большей жесткости континентов эффект гормаздо слабее. Но даже и в этом случае, объяснял Томсон, с приливами и отливами целые участки континентов могут подниматься и опускаться на высоту 30 см (мы не отдаем себе в этом отчета, поскольку опускается и поднимается все вокруг). Озера, бассейны, ванны, чашки кофе и даже человеческий желудок не проявляют никаких признаком подъема или падения, тем не менее приливы способны удивить: например, приливное трение увеличивает земной день на 1,6 мс в столетие, а сами приливы вытягивают наши тела, делая нас выше[569]569
  См.: Mikolaj Sawicki, Myths About Gravity and Tides, Physics Teacher 37. 1999. Октябрь. Р. 438–41. Впрочем, не стоит слишком радоваться этому росту. Прилив меняет наш рост на 10^–16, расстояние в тысячу раз меньшее, чем диаметр атома. Для сравнения, астронавты в невесомости вырастают сантиметров на восемь: скелет избавляется от давления гравитации, позвоночник расслабляется и удлиняет спину, которая на Земле возвращается к обычному состоянию. Схожим образом землетрясения делают нас легче: когда планета расширяется от большой встряски, гравитация на поверхности Земли уменьшается примерно на 0,0000015 %, что для 70-килограммового человека означает потерю около 0,0001134 г (см.: Kenneth Chang, Findings, The New York Times. 2006. 8 августа).


[Закрыть].

Свое первое образование сэр Джордж Дарвин получал, находясь рядом с отцом, и, хотя он стал юристом, все шло к тому, чтобы он повернулся лицом к науке. В 1898 году он опубликовал “Приливы и родственные им явления в Солнечной системе”, научный бестселлер того времени, а позже написал большую статью о приливах для одиннадцатого издания Encyclopedia Britannica. Томсон (или лорд Кельвин – он стал первым ученым, получившим титул) рассматривал Землю как несжимаемую сферу, на форму которой не оказывает влияния ни солнечное, ни лунное притяжение. Дарвин же представлял себе нашу планету как покрытую жидкой корой, чувствительной к воздействию Солнца и Луны (он любил говорить, что монета в один фунт в Эдинбурге немного тяжелее такой же монеты в Лондоне, потому что она немного ближе к центру Земли). Ученый вычислил, что в отдаленном прошлом Земля вращалась гораздо быстрее, а Луна была ближе[570]570
  См.: Dictionary of National Biography 1910–11, Darwin, Sir George Howard, приложение к основному словарю.


[Закрыть].

Дарвин применил ньютоновы принципы для расчета воздействия Солнца на другие планеты. “Солнечное приливное трение гораздо сильнее действует на более близкие планеты, чем на более далекие”, – заключил Дарвин. Относительно нашей планеты он показал, что приливы происходят в местные полдень и полночь, а отливы – на восходе и закате, хотя при вычислении приливного поведения “неравномерное распределение суши и воды, а также различная глубина океана в разных местах вызывают в колебании моря нерегулярности такого уровня сложности, что проблема в целом выходит за рамки возможного анализа” – допущение, весьма нетипичное для XIX века[571]571
  Encyclopedia Britannica, 11th ed.. Р. 944, Tides. В целом это вполне дарвиновская уступка: Чарльз Дарвин постоянно повторял, что та или иная тема слишком сложна, чтобы за нее браться.


[Закрыть].

Может быть, это выходило за рамки анализа, но моряки не ждали открытий от ученых и в течение тысячелетий водили корабли наилучшим доступным образом, и на протяжении тысячелетий это означало как можно лучше приспособить для этих целей Солнце.