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.