А. Лельевр - Альманах Эврика-84

Помимо синоптических, открыты и описаны так называемые фронтальные вихри — их можно назвать закрутившимися в спираль. Это отколовшиеся ветви таких струйных течений, как Куросио, Оясио, Северо-Тихоокеанское, Гольфстрим. Моделирование вихревых возмущений важно и для морского транспорта, и при освоении биологических и энергетических ресурсов океана.

Наконец, советские океанологи имеют приоритет в открытии глубинных противотечений, турбулентного движения воды в приповерхностных слоях океана, микротечений в толще вод, вызванных изменчивостью температуры и солености, тонкослойных придонных течений. Много нового дало изучение так называемых внутренних волн в океане, возникающих вследствие вертикальной неустойчивости слоев из-за перепада плотности океанских вод. О важности этих исследований говорит такой факт: считается, что внезапная гибель в 1963 году американской атомной подводной лодки «Трешер» произошла из-за того, что под воздействием внутренней волны она стала неуправляемой.

Таким образом, гидрофизические исследования существенно изменили наши представления о вертикальной и горизонтальной циркуляции вод в океане. Сейчас перед нами стоит задача дать единое объяснение процессов, протекающих в океане, включая и поверхностное волнение. Ученые надеются, что в ближайшие годы поверхностное волнение удастся регистрировать и изучать с помощью океанологических спутников, как удастся создать и международную глобальную сеть океанских автоматических станций, с помощью которых мы сможем получать регулярную информацию, подобную той, какой располагают метеорологи благодаря мировой сети метеостанций.

Озаряющий землю солнечный свет не обходит своим вниманием и толщину водной оболочки планеты, хотя в отличие от суши он не может одарить своим присутствием все ее уголки.

Верхние слои океана буквально пронизаны лучами самого невероятного направления. Об этом эффекте образно рассказывает известный исследователь Тур Хейердал, наблюдавший световые явления в океанской воде во время путешествия на плоту «Кон-Тики». Он пишет, что под водой царит своеобразное освещение, приглушенное и без теней. И не поймешь, откуда свет идет, не то что в надводном мире. Поглощение и рассеивание ослабляют свет в океанской среде. Причем разные участки видимого спектра ослабляются неодинаково, что влечет за собой изменение с глубиной спектрального состава света. Вместе с тем всем океанским водам присуще общее свойство — резкое ослабление с глубиной красного участка спектра.

Изменение спектрального состава света порождает удивительные подводные цветовые эффекты. Например, у раненной гарпуном рыбы подводные охотники видят на глубине зеленую кровь. При подъеме добычи вытекающая из нее кровь приобретает коричневую окраску, потом розовую и уже у поверхности — обычный красный цвет.

По свидетельству погружавшихся во мрак царства Нептуна гидронавтов, после красных лучей пропадают оранжевые, за ними зеленые, последними синие. И тогда наступает вечная ночь. Как говорят подводники, все кругом кажется чернее черного. Таким образом, изменение спектрального состава проникающего в океанскую толщу светового потока как будто ведет к исчезновению с глубиной мира красок. Но на самом деле это не так.

Если осветить мрак глубин ярким белым светом, картина резко меняется. Например, рифы словно взрываются буйством красок. В лучах светильников появляется ослепительная гамма цветов, в которой чаще преобладают сочные красные и оранжевые оттенки. Под стать этому и расцветка обитателей рифов, щеголяющих словно в праздничных нарядах. Не отстают в своей одежде от них некоторые обитатели глубин, где встречаются наряду с бесцветными и черными темно-фиолетовые, коричневые и даже красные, рыбы.

Таящие в себе множество загадок цветовые картины подводного мира являются предметом детального исследования. Тем не менее пока еще трудно однозначно оценить истинную роль цвета в жизненных процессах Мирового океана: отпугивает ли он хищников, приманивает ли добычу…

Несомненно одно — его значение в этих процессах тесно связано с природой распространения и изменения света в жидкой оболочке Земли.

Неожиданные свойства воды исследуются сегодня группой ученых Института физической химии АН СССР. Оказалось, что тонкие приповерхностные слои воды и других жидкостей имеют особые свойства. Изучение этого явления открывает путь к управлению многими технологическими процессами, такими, например, как опреснение морской воды или строительство в зоне вечной мерзлоты.

НАВЯЗАННАЯ СТРУКТУРА

Почему вода жидкая? Почему она может течь, литься, капать? Все дело в ее структуре. Жидкость — промежуточное состояние, в котором вещество уже лишено строгой упорядоченности твердого кристалла, но полного хаоса, присущего газообразному состоянию, в его структуре еще нет. В жидкостях соблюдается лишь «ближний порядок»: на небольших расстояниях частицы расположены более или менее упорядоченно, но по мере их удаления друг от друга этот порядок быстро исчезает. Средние расстояния между частицами этого «ближнего порядка» задаются силами межатомного или межмолекулярного взаимодействия. В воде, например, атомы водорода одной молекулы притягиваются к атомам кислорода другой и т. д. Именно эта чрезвычайно развитая сеть водородных связей и придает воде многие поистине уникальные свойства, позволяя, в частности, говорить, что структура этой жидкости в чем-то сродни структуре кристалла.

Ученые выяснили, что если в свободном объеме вода как бы сама себе задает структуру, то при соприкосновении с твердой поверхностью структура последней начинает «навязываться» граничащему с ней слою жидкости толщиной от 10 до 100 ангстрем (ангстрем равен одной десятимиллионной доле сантиметра). Коль скоро структура этого граничного слоя воды оказывается измененной, иными становятся и его физико-химические свойства, в частности вязкость и способность растворять вещества.

ПАРАДОКСЫ ГРАНИЧНОГО СЛОЯ

Граничный слой воды с измененными свойствами существует, естественно, лишь в зоне, близкой к твердой поверхности. Однако представим, что вода находится в очень тонком капилляре— тоньше самого граничного слоя. И тогда окажется, что вся жидкость в капилляре уже не та, какой она была в свободном объеме. То же самое произойдет, если жидкостью пропитать какое-либо пористое вещество. Но ведь пористые вещества, пропитанные жидкостями, встречаются буквально на каждом шагу. Это и почва, и различные строительные материалы. И во всех этих пористых материалах вода, как выяснилось, имеет вовсе не те свойства, каких от нее следовало бы ожидать.