Как люди открывали свою землю

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…