Вселенная океана. Как устроена стихия, которая формирует нашу планету - Хелен Черски

затем «вморозить» судно в лед и вместе со льдом дрейфовать на север, отдавшись на волю трансполярного течения (если оно существует). В таком случае можно было рассчитывать пуститься по Северному Ледовитому океану и, миновав Северный полюс, выйти к Гренландии – противоположной стороне Арктики. Предполагалось, что во время дрейфа команда сможет интенсивно заниматься научными наблюдениями: измерять новейшими методами различные параметры воды и льда, делая первые шаги к изучению последнего неизведанного океана планеты.

Удивительное впечатление производят черно-белые фотопортреты тринадцати членов экипажа, сделанные, видимо, незадолго до отплытия. Во взгляде каждого читается решимость и целеустремленность, но особенно запоминается взгляд Нансена, чьи светлые глаза с какой-то орлиной сосредоточенностью пронзают грядущие десятилетия. За то, чтобы испытать свою идею, этот человек был готов заплатить жизнью. В его распоряжении была отборная команда и лучшее полярное судно, какое только можно вообразить. Экспедиция стартовала летом 1893 года. К концу сентября «Фрам», преодолев окраинные арктические моря Сибири, добрался до 77° 44' северной широты, и Нансен, дав кораблю вмерзнуть во льды, отпустил его на волю стихий.

Когда в Арктике наступает зима, полярный день сменяется полярной ночью и солнце целыми сутками не восходит над горизонтом. Атмосфера вытягивает с океанской поверхности все тепло, отбирая у воды ее энергию. Но если пресная вода замерзает при температуре 0 °C, то в случае с морской водой этот порог сдвигается из-за солености, поэтому поверхностные арктические воды могут оставаться жидкими и при –1,8 °C (конкретная точка замерзания зависит от концентрации соли). Любое изменение температуры неизбежно сказывается на плотности воды, но термический фактор – не единственный: когда для Нансена и его товарищей началась первая зимовка на борту «Фрама», они смогли убедиться, что на изменение плотности влияет и кое-что другое. Пока их надежное деревянное убежище врастало в лед и готовилось к испытаниям на прочность, в Арктике полным ходом шел сложнейший физический процесс, благодаря которому обитатели «Фрама» всегда имели доступ к свежей питьевой воде. Что характерно, этот же процесс служит импульсом, приводящим в движение самые глубокие слои океанской толщи. Соль перераспределялась.

Морской лед – одно из самых грандиозных и пугающих явлений на планете. Эти глыбы как своенравные чудовища, покорные лишь титаническим силам атмосферы и океана. В то же время образование такого льда представляет собой процесс в высшей степени чувствительный и тонкий – и куда более сложный, чем тот, что происходит у вас в морозилке. Все начинается с крохотных продолговатых кристаллов льда, так называемых ледяных игл, которые возникают, когда молекулы воды, потеряв много энергии, вынуждены оставить свое блуждание и соединиться с ближайшими соседями в правильный жесткий каркас. Постепенно к кристаллу прирастают все новые молекулы, и раскованная дискотека уступает место упорядоченной дисциплинированной структуре. Но встраиваться в эту систему позволительно лишь молекулам воды. Соль остается вне игры. Со временем, когда ледяные иглы начинают слипаться, образуя более густые скопления, они могут захватывать некоторое количество рассола в прослойках, однако полностью эти солевые карманы никогда не замерзают. Что же получается? Все больше молекул переходят в кристаллический «лагерь». Соответственно, та часть воды, что остается жидкой, приобретает все бо́льшую соленость. Постепенно лед становится толще и спрессовывается в хрупкую корку, при этом солевые карманы, как правило, выпадают обратно в океан. Описанный процесс важен не только потому, что океан в итоге получает плавучее ледяное покрывало. Не менее важно и другое: формирование льда фильтрует океанскую толщу. Растущий морской лед почти не содержит примесей соли. Будучи менее плотным по сравнению с остальным океаном, он обладает отличной плавучестью и поэтому держится на поверхности. А непосредственно под слоем этого молодого льда образуются струйки чрезвычайно соленой воды, которые постепенно стекают вниз из-за большой плотности (обусловленной сильным охлаждением вкупе с соленостью). Словом, в период льдообразования в некоторых полярных регионах ко дну идет целый воз соли.

Итак, «Фрам» дрейфовал все дальше на север, а Нансен и его команда, не теряя времени, проводили наблюдения. С помощью пробоотборников они измеряли температуру и соленость глубинных слоев Арктики. Они бурили во льду отверстия и бросали лот – и были весьма удивлены, обнаружив, что глубина местами достигает 4 километров: раньше считалось, что Северный Ледовитый океан мелководный. На разных глубинах ярко проявляются особенности поведения воды в зависимости от плотности. Как вы уже поняли, плотность океана определяется температурой и соленостью. Соответственно, помимо температурных изменений, особое значение приобретают, с одной стороны, приток пресной воды из рек и таяние льдов (что способствует уменьшению солености), а с другой – потери воды за счет испарения и выпадение рассола в ходе льдообразования (что действует в обратном направлении). Температура и соленость не какие-то абстрактные понятия, а важнейшие факторы, влияющие на динамику разных слоев океанических вод. В целом океан является жидкой средой, и для перемещения водных масс нет никаких барьеров. Все упирается в плотность. Как правило, совместное влияние температуры и солености меняет плотность океанской воды менее чем на 1 %, в диапазоне от 1020 до 1028 кг/м3. Незначительная как будто разница, но принципиальная. Экипаж «Фрама» не испытывал недостатка в питьевой воде именно потому, что всегда мог растопить любое количество морского льда и снега: свойство тел с малой плотностью всплывать на поверхность пришлось как нельзя кстати. Водные массы в верхнем слое Северного Ледовитого океана – сильно охлажденные и по большей части сравнительно пресные (рассол образуется лишь в некоторых географических точках и в строго определенные периоды). Малая соленость «перевешивает» низкую температуру, и эти массы уходят наверх. Глубже залегают промежуточные слои, которые представляют собой довольно плотную соленую воду, чуть более теплую, чем поверхностный слой[45] (порядка 1 °C против –1,7 °C). В данном случае повышенная плотность, связанная с соленостью, «перевешивает» плавучесть, связанную с более высокой температурой, и относительно теплые водные массы, как ни парадоксально, оказываются ниже поверхностных. Наконец, воды глубинных слоев имеют плотность, какой не встретишь во всем Мировом океане. Причина – в сезонных процессах льдообразования, в результате которых ежегодно формируется слой не менее соленых, но еще более холодных вод. Зародившись в Северном Ледовитом океане, эти сверхплотные воды не обязательно там же и останутся. Сама плотность может заставить их сменить место дислокации.

История освоения водных просторов Севера скандинавскими народами уходит в глубь веков. В нескольких минутах ходьбы от Музея «Фрама» в Осло находится Музей кораблей викингов, повествующий о славных предках Нансена, – тех, что в VIII–XI веках совершали смелые морские походы, привозили диковинные товары и сокровища и слагали легенды о фантастических приключениях и далеких землях. Пожалуй, самый известный норманнский первооткрыватель