Почему океан соленый?

Вы никогда не задумывались над этим вопросом? А между тем он долгие годы вызывал жаркие споры.

Если выпарить литр океанской воды, то на стенках и на дне кастрюли останется примерно 35 граммов соли.

Много это или мало – чайная ложка примерно на стакан воды? Самые недоверчивые могут попробовать…

Если же подсчитать, сколько соли растворено во всем Мировом океане, цифры получатся весьма внушительными. Достаточно привести такой пример: если всю извлеченную из океана соль рассыпать ровным слоем по поверхности материков, архипелагов и даже островов, то она покроет сушу слоем, в котором спрячется ленинградский Исаакиевский собор!

Но вот что любопытно: каждый год реки выносят в океаны примерно миллиард тонн солей и около 400 миллионов тонн силикатов, а между тем ни соленость океанской воды, ни ее состав заметно не меняются. В чем тут дело?

С силикатами более или менее ясно: они тут же выпадают в осадок. А соль?.. По‑видимому, частички соли с брызгами волн мельчайшей пылью поднимаются в воздух и подхватываются воздушными течениями. Крошечные кристаллики поднимаются вверх и начинают играть роль ядер для конденсации атмосферной влаги. Вокруг них образуются капельки воды, которые собираются в облака. Ветер гонит облака далеко от океана, и там они проливаются дождями, возвращая похищенную соль земной коре. И снова начинается ее путешествие с водой к океану. Вот какой получается круговорот…

И все‑таки почему же океан соленый? С самого начала был он таким или посолонел постепенно? Чтобы ответить на эти вопросы, ученым пришлось сначала решить проблему происхождения океана вообще. Вместе ли с Землей образовалась ее гидросфера или позже?

Долгое время существовало мнение, что планеты вначале находились в расплавленном состоянии. Понятно, что в таком случае ни о какой воде на поверхности говорить не приходилось. При таком положении вещей над раскаленной Землей должен был носиться пар, который время от времени проливался бы горячими дождями и тут же снова испарялся и собирался в облака и тучи. Лишь постепенно, по мере остывания планеты вода из атмосферы стала задерживаться в выемках и впадинах рельефа. Появились первые моря и океаны. Какими они могли быть? Конечно, пресными, если произошли от воды из атмосферы, от дождя. И лишь потом, через много лет, воды Мирового океана посолонели от соли, вынесенной в океаны реками из земной коры. Такая довольно стройная картина существовала долгие годы.

Однако в наши дни в ней все изменилось. Прежде всего, сегодня большинство ученых считают, что Земля, как и остальные планеты Солнечной системы, образовалась из холодного газопылевого облака. Слепилась под действием сил притяжения из огромных ледяных и железокаменных глыб, летавших в космосе. Потом постепенно вещество этого начального планетного кома стало расслаиваться. Молодая планета разогревалась. Более плотные, тяжелые глыбы опускались глубже, ближе к центру, а к поверхности выталкивались более легкие вещества, в том числе вода и газы. Газы образовали первичную атмосферу, а вода – гидросферу. Горячие струи под большим давлением пробивали себе путь из недр наверх. По дороге они насыщались минеральными солями. И вырвавшаяся из плена на поверхность молодой Земли вода, наверное, больше походила на насыщенный рассол, столько было в ней растворенных химических элементов. А это означало, что с самого начала, с самого своего рождения океан был уже соленым. Может быть не таким, как сегодня, но о том речь еще впереди.

Мысль о глубинном, магматическом происхождении океанской воды еще в 30‑х годах нашего столетия высказал русский и советский ученый Владимир Иванович Вернадский. Сегодня его точку зрения поддерживают большинство специалистов всего мира.

Академик А. П. Виноградов считает, что океан «пережил» три стадии своего развития начиная от рождения. Первая из них приходилась на время «безжизненного» состояния нашей планеты. Было это от четырех до трех миллиардов лет назад. На Земле еще не существовало биосферы. Мировой океан скорее всего был тогда невелик по объему и неглубок. Вулканы выбрасывали из недр массу растворов, летучих дымов, в которых содержались всевозможные кислоты. Дожди с неба лились горячие и едкие. От таких добавок вода в океане должна была обладать резко выраженной кислой реакцией.

Правда, долго эта «кислая стадия» в развитии океана продолжаться не могла. Вырвавшиеся на поверхность горячие растворы вступали в реакции с солями, связывали металлы и уменьшали как свою кислотность, так и кислотность первичного океана.

А потом в какой‑то момент времени, примерно три миллиарда лет назад, в первичном «бульоне» стала формироваться жизнь. Сначала примитивнейшая, потом все более сложная.

Эпоха формирования жизни длилась чрезвычайно долго. Живые организмы извлекали из атмосферы углекислый газ и выделяли свободный кислород, которого сначала в первичной атмосфере практически не было. Кислород неузнаваемо менял все, даже главное свойство атмосферы: из восстановительной она превращалась в окисляющую. Кислород окислял и осаждал, делал менее подвижными такие элементы, как железо и сера, кальций и магний, носившиеся в дыме вулканов над поверхностью Земли. Они осаждались и накапливались в воде. Бор и фтор образовывали труднорастворимые соли, которые тоже выпадали в осадок. Вода в океане остывала, и в ней переставал растворяться кремнезем. Мельчайшие живые организмы учились использовать его для постройки своих панцирей, которые после отмирания уходили в осадки…

Примерно шестьсот миллионов лет назад состав воды в океанах и состав атмосферы более или менее стабилизировались. Это подтверждают остатки вымерших животных, которые палеонтологи находят в глубоких земных слоях.

Я думаю, что вам должно быть ясно: соленость воды – это очень важная характеристика Мирового океана. И если она вдруг в каком‑то районе меняется, это сигнал: значит, здесь нужно ожидать от Нептуна неожиданностей.

Пробы морской воды берут с помощью специальных приборов – батометров. Снаряды это нехитрые. Обыкновенный полый цилиндр с двумя крышками, которые легко запираются. Процесс этот происходит полуавтоматически с помощью грузика, спускаемого сверху, когда батометры достигают требуемой глубины. Делается это так: гирлянду с привязанными к длинному тросу батометрами опускают с борта исследовательского судна в воду. При этом следят, чтобы каждый прибор в паре с термометром оказались на своем заданном горизонте. Дальше следует немножко подождать, чтобы термометры пришли в тепловое равновесие с окружающей водой. А когда время ожидания истекает, сверху пускают по тросу грузик. Разрезная гиря с дыркой посередине скользит, добирается до первого батометра, освобождает его крышки, которые наглухо защелкиваются. Кроме того, при этом опрокидываются термометры, фиксируя измеренную температуру, и освобождается второй груз – вторая гирька. Она проделывает ту же операцию со вторым батометром, третья – с третьим и так далее до самого последнего прибора на глубине. После этого всю гирлянду можно вытаскивать наверх.

Но главное начинается в лаборатории, где довольно сложными химическими методами определяют сначала хлорность воды, а потом пересчитывают ее на соленость. Правда, за последние годы инженеры сконструировали приборы, которые измеряют соленость непосредственно по электропроводности воды. Ведь чем больше в воде соли, тем меньше сопротивления оказывает она электрическому току. Есть даже специальный так называемый СТГ‑зонд (СТГ – соленость, температура, глубина), который показывает непрерывное по глубине распределение всех этих трех важнейших параметров океанской воды.

Обычно соленость океана колеблется между 33 и 38 промилле. (1 промилле равняется десятой части процента. И чтобы составить раствор насыщенностью в 1 промилле, нужно в литре пресной воды растворить 1 грамм соли). Но есть районы, в которых соленость отличается от нормы. Там могут быть выходы подземных рек.

Океан – «кухня погоды»

Что такое «погода»? Некоторые к этому понятию относятся легкомысленно. Говорят: «Погода? Да посмотри в окно – это и будет погода». На самом же деле погода – это состояние атмосферы в данный момент и в данном месте. Если же рассматривать режим погоды в среднем за много лет, то это уже климат. О том, что важно уметь предсказывать погоду и знать, как будет меняться климат, много говорить не нужно. Это и так всем ясно. Совершенствование методов прогнозирования погоды и других явлений природы – важная народнохозяйственная задача. Понятно: от погоды зависит урожай, от погоды зависят работы на стройках, которые ведет наша страна, от погоды зависит, наконец, здоровье людей.

Вы вправе спросить: «А при чем же здесь океан, если мы живем чуть не в центре огромного континента?»

Чтобы ответить на этот вопрос, я расскажу вам об одной интересной работе ученых.

Уже довольно давно синоптики заметили, что среднегодовая температура в некоторых районах Северной Атлантики периодически колеблется. То она поднимается на 1,5 и даже на 3 градуса, то понижается. Специалисты присвоили этим явлениям названия «теплого моря» и «холодного моря». При этом температурные отклонения шагали в ногу с изменениями атмосферного давления. В случае «теплого моря» над Бермудскими островами устанавливался антициклон с повышенным давлением, при «холодном море» в том же районе давление понижалось. Менялась при этом и граница между теплым Гольфстримом и холодным Лабрадорским течением.

Но самое интересное заключалось в том, что ровно через месяц обстановка над Бермудскими островами начинала совершенно определенным образом сказываться в Шотландии и Скандинавии, через 1,5 месяца – в Польше, через 2 месяца погодные изменения добирались и до европейской части нашей страны. Получалось, как писал академик Л. М. Бреховских: «Если вы хотите узнать, какая будет погода через два месяца в районах европейской части СССР, то внимательно изучите, что сейчас происходит в Северной Атлантике у берегов Исландии – каковы там морские течения, каков теплозапас воды, температура воздуха и т. д. Для соответствующего прогноза на четыре месяца вперед необходимо столь же подробно выяснить, что делается в районе Карибского моря».

Например, при установлении в январе режима «холодного моря» можно с достаточной определенностью сказать, что февральская температура в Швейцарии будет градуса на три ниже нормы. А это наверняка повлечет за собой перерасход электроэнергии, топлива. При установлении режима «теплого моря» через 2 месяца жди и у нас затяжных циклонов с дождями и низким давлением…

Пока механизм этих связей ученым не совсем ясен. Комплексные исследования океана и атмосферы только начинаются. Еще в 70‑х годах метеорологи задумали осуществить большую международную программу ПИГАП – Программу исследований глобальных атмосферных процессов. Для чего? Чтобы сделать прогнозы погоды более точными. Сначала метеорологи хотели обойтись своими силами и даже разработали все пункты программы. Но прошло совсем немного времени, и оказалось, что без океанологов им никак не обойтись. И лишь когда в разные районы Мирового океана вышли примерно 40 научно‑исследовательских судов из разных стран (в том числе 13 советских), когда в этой работе приняли деятельное участие самолеты и искусственные метеоспутники Земли, дело пошло на лад. Некоторым может показаться странным, почему это океан так тесно связан с атмосферой. Давайте попробуем разобраться.

Тепловой баланс планеты

Главный энергетический рычаг, который управляет погодой на Земле, – это тепло! А откуда наша планета его получает? Ученые подсчитали: более 99,9 процента всей энергии, определяющей состояние погоды и характер климата, а также той, что приводит в движение воды океана, дает Солнце. Конечно, какое‑то тепло просачивается и из земных недр. Но его доля очень невелика. Энергия, получаемая из космоса, приводит в действие бесчисленные части огромной «тепловой машины», каковой является Земля. А после использования возвращается в космос.

Казалось бы, можно сделать вывод: солнечные лучи, проходя через атмосферу, нагревают ее, а остаток своего тепла отдают океану и суше. Но это неправильно. Из всей энергии, которой обладает атмосфера, только 20 процентов получает она непосредственно от нагревания солнечными лучами. Большую же часть остальной энергии добавляет в атмосферу океан. Он, как огромный аккумулятор, запасает ее днем, жарким летом, а отдает ночью, смягчая холодные зимы не только в прибрежных районах, но и в глубинах континентов.

Как же регулирует океан тепловой баланс планеты? Из законов физики вы знаете, что для того, чтобы испарить 1 грамм морской воды, нужно затратить 600 калорий тепла. Водяной пар конденсируется, собирается в облака. Ветры гонят облака в высокоширотные районы, где они проливаются дождями. Те же физики подсчитали, что при конденсации пара и выпадении 1 грамма влаги в виде дождя высвобождается около 540 калорий тепла. Ну‑ка, сравните… Получается, что львиная доля энергии, запасенная в тропиках, передается через атмосферу к полюсам с помощью одного только испарения. Ведь с поверхности Мирового океана за год испаряется в среднем слой воды толщиной более метра. Те, кто любят математику, могут сами подсчитать и общее количество калорий перенесенного тепла. А есть ведь еще и течения…

Чтобы ясно представить себе взаимодействие океана с атмосферой, ученые – океанологи и метеорологи – должны собрать множество данных. Но при этом нужно иметь в виду, что океан живет, движется и все его параметры непрерывно изменяются. А уж о подвижности атмосферы и говорить нечего.

В Советском Союзе под руководством академика Г. И. Марчука разработан метод математических моделей циркуляции атмосферы и океана. Что такое «математическая модель»? В принципе это система уравнений, которые описывают те или иные взаимосвязанные процессы в сложных системах. У океанологов такой системой является океан, у метеорологов – атмосфера Земли, воздушный океан. Решают эти уравнения с помощью электронных вычислительных машин.

Математические модели – на редкость удачное изобретение человеческого разума. С их помощью на бумаге можно создать аналоги самых разных условий. Задумали, предположим, люди перекрыть плотинами морские проливы. А по ним идут океанские течения. Чем обернется для всей Земли задуманное мероприятие? И на этот вопрос могут дать ответ математические модели. Для математиков существуют задачи местного значения, а есть и глобальные. Вот сравнительно недавно возникла, к примеру, такая проблема. Развивающаяся промышленность с каждым годом увеличивает количество углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу. Казалось бы, ничего особенного: углекислый газ – вещество прозрачное, солнечные лучи не задерживает; кроме того, он служит для питания растений… Но оказывается, есть у углекислого газа коварное свойство: световые лучи он пропускает, а вот тепловые – задерживает. Получается, что солнечное излучение к поверхности Земли проходит беспрепятственно, а тепло от нагретой воды и суши обратно в космос не уходит. Как стекло парника прикрывает углекислый газ нашу планету. Значит, и температура у поверхности растет.

Вы можете подумать: «Ну и что же здесь плохого? Пусть будет тепла побольше, станут в Москве, в Ленинграде, а то, может, и в Мурманске пальмы расти…» На самом деле потепление обернется для нас неисчислимыми бедами. Начнут таять льды и вечные снега. Дополнительная вода хлынет в мировой океан, поднимет его уровень, затопит прибрежные города. Если растают полярные ледяные шапки, уровень Мирового океана поднимется примерно на 60 метров!

Но возможна ли такая глобальная катастрофа? Чтобы точно ответить на этот вопрос, нужно очень тщательно составлять математические модели. Учитывать в них не только нынешние достижения науки, но и запрограммировать прогнозы будущего. Пока мы можем только сказать, что тепловой баланс нашей планеты не очень‑то устойчив. Следы прошедших эпох показывают, что климат Земли в прошлом испытывал весьма существенные колебания. За время существования человека таких колебаний было несколько. Ученые называют их циклами оледенения. На протяжении каждого такого цикла Земля переходила от состояния межледниковья к состоянию оледенения и обратно. К сожалению, ледниковые фазы каждый раз длились значительно дольше, чем межледниковья.

В периоды оледенений горные ледники, морские льды и ледяные щиты значительно вырастали в своих размерах. Из океана вымораживалась вода, и уровень его понижался. Например, в период последнего большого оледенения, максимум которого был всего восемнадцать тысяч лет назад, уровень Мирового океана понизился более чем на 100 метров, обнажив большую часть шельфа.

Но не только большие ледниковые периоды грозят Земле. Они все‑таки бывают довольно редко. Но даже в периоды межледниковья бывают на нашей планете так называемые малые ледниковые периоды. Так, собрав множество судовых наблюдений и внимательно выбрав из старинных летописей и хроник все упоминания о погоде прошлых лет, ученые установили, что примерно с 1450 по 1850 год зимы на Земле были куда суровее, чем в наше время. Лето было короче и не таким жарким, а горные ледники спускались значительно ниже своих сегодняшних границ. Моряки отмечали, что и ледяная кромка в Атлантике проходила намного южнее.

Почему? В чем причина такого катаклизма? На этот вопрос наука пока ответить не может. Представляете, сколько в этой области предстоит еще работать!

Сколько открытий ждет будущих океанологов и метеорологов! Перспективы для них поистине замечательные.

Где рождается «тай фын» – «большой ветер» и где находится «хуракан» – «сердце неба» и «сердце земли»

Особый интерес у всех людей вызывает вопрос о том, как влияют меняющиеся условия в океане на возникновение страшных тропических циклонов, которые в Атлантике называются ураганами, а в бассейнах Индийского и Тихого океанов – тайфунами.

Сегодня, благодаря космической службе метеоспутников и прямым наблюдениям космонавтов, районы зарождения тропических циклонов хорошо известны. Их не очень много: в Атлантике это в основном Карибское море и Мексиканский залив; в Индийском и Тихом океанах осенние тайфуны зарождаются в южных и юго‑западных районах.

Кроме того, их очагами являются Филиппинские острова и Южно‑Китайское море. А вот тайфуны, обрушивающиеся на восточное побережье Азии и на Индию, круглый год зарождаются в западной части Тихого океана и в северных районах Индийского.

Тропический циклон – это система очень сильных ветров, которые дуют и крутятся вокруг безветренного центра низкого давления, называемого «глазом циклона». Интересно, что в Северном полушарии ветер крутится вокруг «глаза циклона» всегда против часовой стрелки, а в Южном полушарии – по ее ходу. Циклон может захватить площадь до 1000 квадратных километров, а его безветренный «глаз» при этом будет иметь в диаметре всего каких‑нибудь 20–40 километров. Ветер же на периферии циклона может набрать скорость до 300 километров в час.

Тропические циклоны наносят огромный ущерб как в море, так и на суше в прибрежных районах. Они порождают гигантские волны и топят корабли. Вода врывается на равнинное побережье, уничтожает отмели, вызывает страшные наводнения и разрушает жилища людей.

В сентябре 1900 года в Северной Америке, в штате Техас, во время урагана погибло около 6 тысяч человек. В сентябре 1928 года тропический циклон, пронесшийся над штатом Флорида, унес около 2 тысяч жизней. А еще десять лет спустя такой же примерно ураган погубил 600 жителей Новой Англии. Перечисление печальных последствий можно было бы значительно продолжить. Но вы уже заметили, наверное, что, чем ближе к нашим дням, тем меньше число жертв. Это происходит потому, что синоптики уже научились хотя бы за сутки предупреждать о грозном явлении.

Передвигаясь над сушей или над водными просторами с более холодной поверхностью, чем в местах своего рождения, ураганы теряют силу. Значит, именно испарение теплой воды питает их энергией. И надо сказать, неплохо питает. Общая энергия тропического циклона равняется примерно энергии одновременного взрыва сотен 20‑мегатонных бомб! Она сравнима со всем количеством электроэнергии, которую вырабатывают за пятилетку электростанции нашей страны.

По традиции, тропические циклоны получают женские имена. Раньше их называли именами тех святых, на день памяти которых приходилось их появление. Кроме того, им присваивали еще и номер. Получалось довольно громоздко. Во время второй мировой войны, когда информацию о приближающейся буре нужно было передавать по радио желательно как можно быстрее, тропическим циклонам стали присваивать буквы латинского алфавита. А чтобы передать букву без ошибки, радисты использовали подходящее женское имя, начинающееся с этой буквы. Так и родилась традиция. Однако начиная с 1979 года служба погоды США дополнила список циклонов и мужскими именами.

«Хуракан» на языке индейцев Гватемалы означает «одноногий». Так они называли быстрого, как ветер, творца и повелителя мира, владыку гроз, ветров и ураганов. Самыми распространенными эпитетами этого страшного божества были «сердце неба» и «сердце земли».

А вот слово «тайфун» произошло от китайских слов «тай фын» – «большой ветер». И вы можете судить, насколько это соответствует действительности.