ДИНАМИКА МИРОВОГО ОКЕАНА

Морские течения нередко называют реками в океанах — образно, но не совсем верно. Несоизмеримы масштабы: один лишь Гольфстрим переносит в десятки раз больше воды, чем все реки мира, вместе взятые. По составу текучая океанская вода практически не отличается от той, которая движется медленнее и образует как бы ложе для течения. Характер океанских потоков отличается своеобразием и образует глобальные круговороты с отдельными ответвлениями…

Впрочем, мы забегаем вперед. То, что сейчас для нас представляется вполне естественным и привычным, зримым (при взгляде на карты и глобусы, где отмечены течения мирового океана), — все это сравнительно недавно, 3—4 столетия назад, представляло собой географическую проблему, со всей полнотой даже еще не поставленную.

Одно из первых упоминаний о морских течениях и водоворотах мы находим в древнегреческом предании о Сцилле и Харибде (оно воспето Гомером в связи с плаванием Одиссея). Считается, что речь идет о Мессинском проливе, разделяющем южную оконечность Апеннинского полуострова и острова Сицилию (созвучие со Сциллой очевидное). По-видимому, здесь наиболее часто суда древних греков попадали в водовороты и сильные течения, выбрасывавшие их на скалы.

Согласно одной из версий. Мировой океан находится в постоянном движении, омывая сушу. Однако никто в древности не знал, что это за океан, есть ли у него пределы, почему и каким образом движутся его воды. Об этом на практике приходилось узнавать мореплавателям, которые дерзали удаляться от берегов. В те времена наиболее полные сведения о крупных морских течениях имели жители островов Индийского и Тихого океанов, которые отваживались на сверхдальние плавания. Но их знания так и не вошли в анналы науки, поэтому могут считаться географическими открытиями лишь предположительно. В конце Средневековья, в эпоху Великих географических открытий, мореплаватели Португалии, Испании, Голландии, Британии собирали сведения о морских течениях, но не желали делиться своими знаниями с конкурентами. Поэтому подобные данные оставались разрозненными и неопределенными.

Так, флотилия Колумба пересекала Атлантический океан, смещаясь к югу, в струе Северного экваториального течения. У них сложилось убеждение, что воды океана движутся «на запад вместе с небом».

Несколько позже, в 1513 году, Хуан Понсе де Леон — участник второй экспедиции Колумба, ставший губернатором Пуэрто-Рико, организовал морскую экспедицию, в составе которой было необычайно большое количество пожилых и больных матросов. Это было, по-видимому, самое великовозрастное и «больнообильное» мероприятие за всю историю мореплавания. Объяснялся такой казус изначальной задачей флотилии: отыскать легендарный остров Бимини, на котором находится источник вечной молодости и здоровья.

Курсом на северо-запад флотилия Понсе де Леона прошла Багамские острова и встретила, наконец, большую землю, которую они поначалу приняли за Бимини. Во всяком случае так отмечено было на карте, составленной старшим кормчим Антоном Аламиносом. Испанцы курсировали вдоль берега, постоянно высаживаясь и пробуя воду из всех встреченных источников и ручьев. Чуда не происходило, никто из них не омолодился, лишь пережили несколько неприятных встреч с туземцами — рослыми, сильными, вооруженными луками и копьями.

Огорченный Понсе де Леон вынужден был прервать поиски чудесного источника. Он назвал вновь открытую землю Флоридой (Цветущей), но так и не узнал, что это полуостров. На обратном пути его вновь ожидала досадная неудача, ставшая залогом географического открытия: двигаясь на юг, они попали в сильное теплое течение, отбрасывающее корабли в открытый океан. У южной окраины Флориды оно стало таким сильным, что сорвало с якоря одно их судно.

Аламинос первым отметил этот мощный поток, направленный на юге Флориды с запада на восток, а затем вдоль берега уходящий на север (он позже получил название Гольфстрима, точнее — его западной ветви). Воды течения имели синий цвет, в отличие от зеленовато-голубой океанской воды.

Остров, который туземцы называли Бимини, нашли во время следующей экспедиции, но и на нем не оказалось волшебного источника. Понсе де Леон вновь отправился во Флориду, был ранен и, не имея желанной волшебной живой воды, умер.

Аламинос использовал Гольфстрим, чтобы пересечь Мексиканский залив и пройти 1200 км за четыре дня. Он же предложил использовать это течение для наиболее быстрого возвращения в Европу (идея была совершенно верной).

Интересный случай произошел в 1856 году, когда команда брига, вставшая на ремонт в районе Гибралтара, случайно взяла в качестве балласта небольшой бочонок, обросший ракушками. Внутри него оказался кокосовый орех, залитый смолой, а в нем записка, которую отправил… Христофор Колумб! Он отправил таким образом сообщение королю и королеве Испании о гибели каравеллы «Санта-Мария» и бунте офицеров на судне «Нинья». В Европу это письмо попало через 358 лет. Правда, остается неясным маршрут его скитаний.

Благодаря течениям впервые северным путем от берегов Аляски до Исландии мимо Северной Америки удалось проплыть в 1905 году… бутылке! За шесть дет она прошла около 2500 миль, главным образом дрейфуя со льдами.

История бутылочной почты, использующей морские течения, началась, по-видимому, в 1560 году, когда какой-то неграмотный английский лодочник обнаружил на берегу запечатанную бутылку. Местный судья прочел содержащееся в ней сообщение, оказавшееся секретным: о том, что датчане захватили остров Новую Землю, принадлежавший России. С тех пор английская королева Елизавета учредила специальную должность «открывателя бутылок», в адрес которого надлежало отправлять запечатанными все бутылки, найденные в море или на берегу. Нарушившего указ ожидала смертная казнь. Правда, трудно сказать, использовались ли такие находки для изучения океанических течений.

В XVII веке появились первые карты, на которых были отмечены фрагменты течений, отражающие немногие фактические сведения и значительную долю фантазии составителей. Только в 1770 году была создана достаточно точная карта Гольфстрима. Ее автором был ученый и главный почтмейстер британских колоний Б. Франклин. Он выяснил, что американские китобои и торговые моряки проходили от Англии до Нового Света на две недели быстрее, чем британские почтовые пакетботы. Почему? Франклин, расспросив моряков, выяснил: американские капитаны по пути в Англию используют мощное океанское течение, а возвращаются, держа курс в стороне от него.

В XIX веке немецкий географ А. Гумбольдт, английские моряки-исследователи Дж. Ренкелл и М. Мори приступили к сбору и систематизации сведений о течениях Мирового океана. Первую обобщенную карту составил М. Мори. С середины XIX века, согласно международному соглашению, была организована единая система наблюдений за движениями атмосферных и водных потоков в Мировом океане.

Наиболее основательную научную экспедицию с этими целями организовало Британское морское ведомство на корабле «Челленджер» (1872—1876). Отчет составил 50 объемистых томов. Один из ученых, проводивший эти работы Дж. Меррей, в начале XX века составил океанографическую сводку, в которой отметил все основные горизонтальные и вертикальные, холодные и теплые течения Мирового океана.

Подобные исследования имели не только теоретический интерес. Правда, окончилась эра парусников, непосредственно зависящих от воздушных и водных течений. Для навигационных целей уже, казалось бы, перестали иметь существенное значение прихотливые потоки морских вод. Однако в 1912 году прозвучало грозное предупреждение: гигантский пароход «Титаник» затонул, столкнувшись с плавучей ледяной горой — айсбергом, принесенным в эту область Атлантики морскими течениями.

Кроме того, выяснилось, что по границам теплых и холодных вод находятся наиболее богатые планктоном акватории с обилием рыб, птиц и морского зверя. А динамика этих потоков оказывает влияние на климат прибрежных территорий. Во второй половине XX века наиболее остро встал вопрос о загрязнении вод Мирового океана. И вновь в этой связи важное значение приобрели знания морских течений. Не исключено, что в ближайшем будущем с помощью этих течений будет осуществлена транспортировка айсбергов из арктических и антарктических акваторий к берегам тех стран, которые испытывают острый дефицит в пресной воде.

За последние десятилетия интерес к течениям мирового океана подстегивается глобальным потеплением климата Оно вызвано истреблением лесов и сжиганием горючих полезных ископаемых. В результате увеличивается содержание в атмосфере углекислого газа, который задерживает длинноволновое тепловое излучение земной поверхности, отражающей солнечные лучи, создавая так называемый парниковый эффект. Динамика океанических течений сказывается на движении и температуре воздушных масс, на климатических изменениях в конкретных регионах. Эта научная задача еще далека от своего решения.

Столь же важна, интересна и мало изучена проблема образования вихревых атмосферных потоков (тропических циклонов, тайфунов). Вполне возможно, что они связаны с динамикой океанических потоков.

Морские течения не имеют постоянных русел. Они не только «блуждают», смещаясь от года к году на сотни километров, но и разветвляются. Отдельные струи образуют огромные завихрения, которые могут вовсе отделяться от основного потока.

Кроме того, были открыты мощные движения вод Мирового океана, находящиеся на глубинах в десятки и сотни метров, а направленные противоположно поверхностным течениям. Они получили название противотечений. Обычно с ними связано интересное явление, получившее название апвеллинг (от англ. «ап» — вверх, «велл» — хлынуть) — подъем холодных вод с глубины.

Апвеллинг в небольших масштабах можно наблюдать в любом море, когда нагретые приповерхностные слои сгоняются устойчивым ветром, дующим с суши, а на их место поднимаются более холодные слои. Когда в этот процесс вовлекаются холодные течения и апвеллинг продолжается достаточно долго, это вызывает приток с глубины к поверхности кислорода (холодная вода насыщена больше, чем теплая) и питательных солей. Здесь активизируется жизнь и скапливается много промысловых рыб, а также тюленей и птиц, которые гнездятся на островах, прибрежных скалах.

Но как только апвеллинг ослабевает или холодное течение отклоняется в сторону открытого моря, начинается массовый мор рыбы и меняются погодные условия на прибрежных территориях. Так, холодное Перуанское течение, омывающее берега западной окраины Южной Америки, порой уступает место ответвлению теплого Экваториального течения (эта ветвь называется Эль-Ниньо).

Обычно оно не проникает южнее 1—3° ю.ш. Но в некоторые годы его теплые потоки внедряются далеко на юг, примерно на 10—13°. Тогда температура воздуха у берегов Эквадора и Перу повышается в среднем на 3—5°C. Теплый воздух с моря, насыщенный влагой, вызывает в предгорьях Анд сильные тропические ливни, наносящие урон сельскому хозяйству.

Уменьшение в морской воде содержания кислорода вызывает массовую гибель рыб, а за ними и птиц. Местное население лишается урожая, рыбы и доходов от добычи гуано — ценного удобрения из птичьего помета. От обилия гниющей рыбы вода насыщается сероводородом, который разрушает подводную часть судов и портовых сооружений.

До сих пор океанские течения таят, в себе немало загадок. Важное значение имеет познание взаимодействия общей циркуляции атмосферы и Мирового океана в связи с общим изменением климата на планете. Не менее важны более конкретные исследования динамики воздуха и воды в отдельных регионах. Нет еще полной ясности даже в том, какие силы, помимо ротационных (связанных с вращением Земли) и солнечной энергии вызывают глобальную динамику гидросферы.

Открытие океанских и воздушных течений Земли продолжается

МАТЕРИКИ — АЙСБЕРГИ ИЛИ АМЕБЫ?

Среди глобальных географических закономерностей одна с давних пор привлекает внимание исследователей. При взгляде на глобус видно, что западный и восточный берега Атлантического океана в общих чертах сходны между собой. В частности, восточное побережье Южной Америки почти в точности соответствует западному побережью Африки, как будто они некогда составляли единое целое и со временем «разъехались» в разные стороны.

Эту закономерность еще в 1668 году отметил в своей книге французский просвещенный монах Плассе. Он решил, что раскол некогда единого континента надвое и образование на месте разрыва Атлантического океана произошли в результате всемирного потопа и сопутствующих ему катастроф. Через два столетия эту идею, но уже с геологических позиций, высказал французский ученый Снидер, а основатель современной геологии Чарлз Лайель упомянул о гипотезе разрыва и перемещения материков, хотя и не придал ей большого значения.

В начале XX века вышли одно за другим три издания монографии немецкого геофизика Альфреда Вегенера «Происхождение материков и океанов» (третье издание 1922 года было переведено на русский язык). Это уже было обоснованием оригинальной научной теории, объясняющей целый ряд географических закономерностей. Вслед за итальянским ученым Ф. Сакко он пришел к заключению, что все материки некогда составляли единое целое, позже расколовшись на несколько частей (чем и объясняется их клиновидная форма). В отличие от своих предшественников, Вегенер привлек для обоснования своей теории обширный геологический и географический материал. Его идеи дополнил преимущественно с позиций палеографии замечательный русский естествоиспытатель Б.Л. Личков, друг В.И. Вернадского, в работе «Движение материков и климаты прошлого Земли» (1935).

Действительно, по данным палеонтологии и палеогеографии, Южная Америка, Африка, Индийский полуостров, Австралия и Антарктида более ста миллионов лет назад составляли единый континент. От него были, судя по всему, отделены Северная Америка и почти вся Евразия. Последствия такого разделения сказались, в частности, на растительном и животном мире этих регионов.

Кроме того, получала объяснение глобальная закономерность в расположении главнейших горных поясов, которые подчеркивают, вроде бы, направление перемещения материков: Анды и Кордильеры Америки, а также широтная полоса от Пиренеев через Кавказ и до Гималаев включительно, пересекающая южную часть Евразии. Хотя при всей привлекательности самой идеи оставалось совершенно непонятно, какие силы могли бы перемещать континенты. Кроме того, сходство очертаний берегов, скажем, Атлантического океана, еще не является свидетельством их обязательного раздвижения. Ведь и у Каспийского моря сходны западный и восточный берега, но ведь никто не считает, что оно возникло в результате разрыва земной коры.

После взлета популярности теории Вегенера настала пора скептического к ней отношения. Сам автор погиб в 1930 году в Гренландии, где он проводил геофизические исследования. В день своего пятидесятилетия он отправился в рискованный переход с базы в центре острова к западному побережью и пропал без вести.

Следующая волна популярности идеи перемещения гигантских частей земной коры и объяснения некоторых глобальных географических закономерностей пришлась на вторую половину XX века. В результате исследований рельефа и строения дна Мирового океана выяснилось, что оно представляет собой подобие двухслойной плиты, которая покоится на более пластичном, тектонически ослабленном слое астеносферы. Ее рассекают на части зоны так называемых рифтов — разломов земной коры, по которым нередко проходят вулканические извержения и где находятся сейсмически активные полосы.

В результате некоторые геофизики постарались по-новому объяснить характер и причины горизонтального перемещения плит земной коры, которые то расходятся, то сталкиваются между собой, подобно ледяным полям в полярных морях. Так возникла гипотеза (или, как часто считается, теория), получившая название глобальной тектоники плит.

У нее имеются свои достоинства, но есть и немало существенных, а то и принципиальных недостатков. Она чрезвычайно просто объясняет существование глобальных зон растяжения (рифты) и сжатия (горные массивы) земной коры. Однако для обоснования механизма движения геоплит пришлось придумать круговороты, якобы существующие в сверхплотной мантии планеты. А ведь гипотеза, опирающаяся на гипотезу, вдвойне сомнительна.

Но самое главное даже не в этом. Еще Чарлз Лайель доказал, что на континентах преобладают вертикальные движения, в результате которых возникают и пропадают впадины морей и горные системы, происходит накопление осадочных толщ и разрушение возвышенностей — основы жизни земной поверхности.

Не учитывает глобальная плитотектоника и принципиальное отличие в химическом строении, структуре и динамике земной коры континентального и океанического типов (на этом основывал свою теорию Вегенер!), а также устойчивое существование впадины Тихого океана, окруженной полосой вулканов и сейсмических зон…

Короче говоря, в геологическом и географическом отношении глобальная плитотектоника значительно уступает теории Вегенера, согласно которой перемещаются только континенты. Но важен сам факт открытия удивительной закономерности в жизни нашей планеты: изменчивости соотношений океанов и континентов, подвижности лика Земли. Это — главное.

За последнюю четверть века выяснились некоторые дополнительные интереснейшие сведения. Оказалось, что в глубоководных впадинах, где согласно глобальной плитотектонике одна плита должна наползать на другую, находятся зоны растяжения. Здесь земная кора не сжимается, а растягивается, словно подминаясь под континент.

Рекордная по глубине Кольская сверхглубокая скважина, превысившая рубеж 12 км, показала, что на континенте отсутствует «плитчатое» строение земной коры, которое предполагается в плитотектонике. На глубине не происходит никаких принципиальных изменений с горными породами, они словно перемешиваются, а не сохраняют слоистую структуру.

Знаменательная географическая закономерность: крупные горные массивы и возвышенности располагаются параллельно линиям глубоководных желобов. Здесь же, на горах, возвышенностях и островных дугах находятся действующие вулканы. Создается впечатление, что по окраинам материков (но не по всем, а главным образом вокруг Тихого океана) — там, где находятся глубоководные впадины, каменные массы погружаются в недра, где проходят подземную переплавку и изливаются в виде вулканической лавы (там, где — уже главным образом на суше — имеются действующие вулканы). А в понижения с материка постоянно сносится могучими силами эрозии огромное количество осадков.

Получается своеобразный круговорот каменных масс (литосферы), благодаря которому вновь и вновь обновляется континентальная земная кора. Вот почему она принципиально отличается от «плитчатой» океанической!

Существуют и другие доказательства существования круговоротов литосферы. Их теория еще только разрабатывается, хотя сама по себе идея высказывалась давно. Согласно этой концепции, материки способны самостоятельно перемещаться по слою астеносферы, подобно чудовищным амебам. (Тем, кому такая идея покажется фантастической, могу рекомендовать познакомиться с моими книгами «Подвижная земная твердь», 1976, и «Каменная летопись Земли», 1983.)

Наша родная обитаемая планета до сих пор остается для нас, ее беспокойных обитателей, загадочной. И не в каких-то деталях ее строения, а именно в глобальных чертах, в тех особенностях, которые отличают ее от всех известных нам небесных тел. Сюда относится прежде всего форма, строение, динамика и взаимные соотношения континентов и океанов. В XXI веке придется во многом заново решать эти проблемы, постигая таинственную жизнь Земли, которая наделена изменчивым ликом, своеобразной «геомимикой», смысл и значение которой еще предстоит постичь.

БИОСФЕРА

В первой половине XX века география как наука землеописания столкнулась с неожиданной принципиальной трудностью: она стала терять объект своих исследований.

Делать новые открытия, описывая неведомые прежде земли и воды, стало практически невозможно. Все более или менее крупные территории и акватории нашей планеты были уже исследованы с географической точки зрения.

Что же в таком случае считать главным объектом современной географии? Или она исчерпала себя как единая дисциплина и превратилась в разрозненные конкретные науки о климате, реках, озерах, болотах, морях, рельефе и прочих природных земных объектах?

Такие вопросы вставали перед географами. К этому времени разделение и дробление наук зашло так далеко, что специалисты в смежных областях порой перестали понимать и интересоваться достижениями друг друга. Казалось, что единая география перестала существовать. Дополнительную сложность привнесло появление так называемой экологии человека, возникшей на основе биоэкологии и посвященной острой проблеме взаимодействия общества с окружающей средой.

Короче говоря, пришло время выяснить, что считать основным объектом географии XX века. И тут выяснилось, что к традиционной физической географии пришла пора добавлять химическую, изучающую распространение и динамику химических элементов и соединений в ландшафтах и в целом на планете. Возникла новая область знаний — геохимия, одними из основателей и разработчиками которой были замечательные отечественные ученые В.И. Вернадский и А.И. Ферсман. Она существенно дополнила комплекс наук о Земле.

Поиски географами своего объекта привели к ситуации казусной, если не сказать нелепой. Было предложено таковым объектом считать географическую оболочку. Столь странное понятие, ничего по сути не проясняя, давало лишь иллюзию объяснения, тавтологию: география изучает географическую оболочку, а географическая оболочка — это объект, изучаемый в географии. (Прямо по Чехову: «…какое правление в Турции? Известно какое… турецкое…») Что же это за такая особенная «землеописательная» оболочка? В чем ее основные особенности?

Сейчас, в начале XXI века, образованному человеку ясно, что речь идет о биосфере — среде жизни. Но полвека назад это понятие еще только входило в обиход естествоиспытателей. Один из крупнейших русских советских географов Л.С. Берг писал в 1943 году:

«Не приходится распространяться о том, что понятие биосферы имеет важнейшее значение для географа. К биосфере относятся земные оболочки, в изучении которых наиболее заинтересован географ: атмосфера (точнее, тропосфера), гидросфера, верхняя часть суши (литосферы). В биосфере разыгрываются физические и биологические процессы, оказывающие существеннейшее влияние на все стороны жизни человека».

Может показаться, будто открытие биосферы — нечто само собой разумеющееся и не относящееся к великим географическим достижениям. Такое впечатление обманчиво. Понимание огромного значения живых организмов в жизни всех приповерхностных оболочек Земли — воздушной, водной и каменной — пришло далеко не сразу. Лишь в XIX веке благодаря трудам замечательных географов: немцев Александра Гумбольдта, Фридриха Ратцеля и Карла Риттера, француза Элизе Реклю, русского Василия Васильевича Докучаева. Об изменении природной среды ландшафтом, человеком обстоятельно писал американец Георг Марш.

Первый не очень определенный общий обзор биосферы дал в конце XIX века австрийский геоморфолог и геолог Эдуард Зюсс. Однако из его текста трудно определить, имел ли он в виду только совокупность живых организмов и почв («пленку жизни») или всю среду обитания, включая тропосферу, гидросферу и верхнюю часть земной коры. Английский океанолог Джон Меррей в начале XX века предложил такое определение:

«Биосфера. Где только существует вода или, вернее, вода, воздух и земля соприкасаются и смешиваются, обыкновенно можно найти жизнь в той или иной из ее многих форм. Можно даже всю планету рассматривать как одетую покровом живого вещества. Давши нашему воображению немного больше свободы, мы можем сказать, что в пределах биосферы у человека родилась сфера разума и понимания, и он пытается истолковать и объяснить космос, мы можем дать этому наименование психосферы».

Создать основы учения о биосфере удалось Владимиру Ивановичу Вернадскому в небольшом, но очень емком, насыщенном идеями и фактами труде «Биосфера» (1926). Он писал об «особой охваченной жизнью оболочке», которая закономерно развивается на границе планеты с космической средой.

Показательно, что эпиграфом к сугубо научному очерку «Биосфера в космосе» он взял начало стихотворения Ф. Тютчева:

Ученый старался раскрыть именно гармоничное сочетание природных процессов, определяющее существование и развитие области жизни, где взаимодействуют три геосферы и живое вещество. Познание таких закономерностей, изучение строения и динамики биосферы — это и есть наиболее общая глобальная задача географии как единой науки.

Во второй половине XX века учение о биосфере постепенно (увы, слишком медленно) стало занимать место в центре естествознания, и прежде всего наук о Земле — геологических и географических. Изучение биосферы явилось в значительной степени и открытием объекта современной географии. Потому что в геологии охват геосфер значительно более широкий в пространстве (литосфера) и времени (миллиарды лет геологической истории). Ее объект, можно сказать, биогеосфера, включающая глубокие недра планеты.

Казалось бы, в общих чертах все прояснилось, в дальнейшем остается только кропотливо анализировать отдельные детали биосферы и всю ее целиком как природный объект, с которым в настоящее время происходят значительные перемены в связи с глобальной технической деятельностью человека. Однако в действительности биосфера все еще остается для нас Терра Инкогнита — Землей Неведомой. Одну из проблем сформировал сам Вернадский: