Сара Драй - Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Много лет спустя, в 1860-х гг., английский естествоиспытатель Уильям Карпентер, занимавшийся поиском новых видов морских лилий (иглокожих, обитающих на значительных морских глубинах) в Северной Атлантике, обратил внимание на район между Шетландскими и Фарерскими островами, где теплые и холодные глубинные воды находились в непосредственной близости друг к другу. В результате он разработал теорию, которую назвал «общей океанической циркуляцией» (с акцентом на первом слове, чтобы отличить ее от теории локальной циркуляции). Сделанное им «грандиозное обобщение» состояло в том, что воды Мирового океана перемещались по всей планете. Холодная вода, опускавшаяся на глубину на полюсах, постоянно сменяла теплую воду у экватора, которая переносилась на север такими течениями, как Гольфстрим. Аналогичное перемещение воды происходило и в Южном полушарии.

Не все были с этим согласны. Уже известный нам шотландский самоучка Джеймс Кролл имел свое мнение о роли ветра и плотности воды в океанической циркуляции. Его теория ледниковых периодов основывалась на том, что нарушения равновесия земного климата были связаны с долгосрочными изменениями в эксцентриситете планетарной орбиты. Чтобы эта теория работала, ветры должны были быть важной движущей силой циркуляции океана. Кролл утверждал, что, когда на полюсах начинается накопление льда, это, в свою очередь, запускает и другие механизмы обратной связи и, в частности, усиливает пассаты, которые смещают Гольфстрим к северу и тем самым усиливают незначительный охлаждающий эффект, вызванный астрономическим фактором. Из-за отсутствия достаточных доказательств спор между Кроллом и Карпентером о том, что является главной движущей силой океанической циркуляции – поверхностные ветры или глубинные холодные течения, – на время зашел в тупик [262] Eric Mills, The Fluid Envelope of Our Planet: How the Study of Ocean Currents Became a Science (Toronto: University of Toronto Press, 2009), chapter 2; Deacon, Scientists, chapters 14 and 15. .

К 1870-м гг. появление механических приборов, способных выдерживать огромные давления на океанских глубинах и противостоять коррозийному действию соленой воды, наконец-то дало возможность проводить точные измерения в океане. В ходе последовавших экспедиций были сделаны десятки тысяч таких измерений. Первой стала британская экспедиция на корабле «Челленджер» – самое дорогостоящее и масштабное на тот момент исследование Мирового океана. «Челленджер» провел в плавании четыре года – с 1872 по 1876 г. – и преодолел расстояние в 130 000 км, обогнув весь земной шар. Пятьдесят лет спустя немецкая экспедиция на корабле «Метеор» провела еще одно исследование части Мирового океана. Пройдя 14 раз зигзагообразным курсом между Южной Америкой и Африкой, она в общей сложности преодолела такое же расстояние, как «Челленджер» [263] Mills, Fluid Envelope , 155–158. . А вскоре усилиями британской экспедиции на корабле «Дискавери» были обследованы коварные воды Южного океана.

«Челленджер», «Метеор», «Дискавери» – названия говорят сами за себя. Но какие бы сложные и длительные плавания они ни совершали, результативность этих экспедиций ограничивалась тем, что в каждой из них участвовало всего одно судно. Измерения проводились последовательно. сериями, и только после завершения плавания сводились воедино. Данные о температуре и солености воды наносились на карту, после чего между соответствующими точками проводились изолинии. Предполагалось, что эти линии отражали контуры реальных океанических водных масс – значительных объемов воды, формирующихся в определенных зонах Мирового океана и обладающих одинаковыми свойствами. Но такие карты существенно искажали реальность. Являясь фактически моментальными «снимками» океана в конкретный момент времени, они в действительности объединяли в одном изображении наблюдения, сделанные с разницей в годы, а то и в десятилетия. По сути, они представляли идеализированные – и, следовательно, воображаемые – среднестатистические водные массы, основанные на измерениях, значительно разделенных во времени и пространстве.

Эти атласы предполагали, что океан был очень упорядоченным образованием. На них были четко видны огромные водные «языки», протянувшиеся через океанические бассейны. Изучая эти слоистые водные массы через призму основных свойств воды – а именно что соленая вода тяжелее пресной, а холодная морская вода становится еще тяжелее и опускается на глубину, – исследователи могли предположить, в каком направлении движутся водные потоки. Океанографические карты, созданные в результате тысяч часов кропотливых исследований, позволяли придать конкретные контуры тем теоретическим глубинным движениям вод, которые пытались описать Румфорд, Карпентер и другие в XIX в. Словом, в тех масштабах времени и пространства, в которых были доступны наблюдения, Мировой океан представал стабильным образованием с отчетливо выраженными крупномасштабными объектами, такими как Гольфстрим и другие западные пограничные течения. Вода в этом усредненном океане вела себя скорее как остывшая лава или даже как твердая горная порода, чем как текучая жидкость. В этом океане не происходило никаких драматических событий: ни ураганы, ни штормы, ни что-либо похожее на атмосферные фронты, циклоны и грозы, бушевавшие над Европой, не зарождались в раскинувшемся над ним небе. Лишь холодные воды неспешно текли в его глубинах, замедляя, казалось, и само течение времени. Чтобы что-либо изменилось в этой размеренной стихии, требовались не десятилетия, а сотни и даже тысячи лет. Поскольку точки сбора данных находились в нескольких сотнях километров или даже нескольких сотнях дней пути друг от друга, все, что было между ними, в этой картине не фиксировалось. А то, что отсутствовало в собранных данных, отсутствовало и в представлении ученых о Мировом океане.

Такой воображаемый – медленный и стабильный – океан был продуктом логических построений. Используя имеющуюся у них информацию, главным образом собранную одиночными экспедициями и зафиксированную затем в атласах, и опираясь на основные физические законы, описывающие движение жидкостей, океанографы пытались логическим путем вывести механизм движения океанических вод. Но они не могли, как того требовал Стоммел, проверить свои выводы путем многократного сопоставления их с реальностью, то есть с наблюдениями, просто потому, что таких наблюдений было крайне мало. Даже в 1954 г. все проведенные когда-либо серии измерений легко умещались в одностраничных таблицах, причем самые длинные из них касались только периодических изменений, связанных с приливами, поэтому были бесполезны для понимания течений. В ходе экспедиции на «Метеоре» скорость течений измерялась при помощи специального прибора-вертушки, который опускали за борт, после чего старались удержать корабль в как можно более неподвижном положении над ним. Но даже этот сложный маневр не мог обеспечить высокой точности измерений. Собранные «Метеором» данные указывали на то, что некоторые глубинные воды перемещались быстрее, чем это было предсказано с помощью так называемого динамического метода. Однако эти наблюдения вполне поддавались объяснению и в рамках старой парадигмы, которая утверждала, что движение глубинных вод – в среднем – остается очень медленным. «Даже если результаты измерения скорости глубинных течений, основанные на наблюдениях, которые длились несколько дней, не согласуются с выводами, полученными непрямыми методами, это не обязательно означает, что либо первое, либо второе неверно», – писал один из аналитиков этих данных [264] K. F. Bowden, «The Direct Measurement of Sub-surface Currents,» Deep Sea Research 2 (1954): 3–47. . Иногда измерения на поверхности обнаруживали мелкомасштабные объекты – вихри и водовороты, которые резко выделялись на фоне среднестатистических течений, ожидаемых в данном районе, но эти аномалии не казались достаточно значимыми для того, чтобы поставить под сомнение весь механизм замедленного движения океана.