Николай Вершинский - Загадки океана
Не все океанологи согласны с описанным механизмом непотопляемости конкреций. Некоторые ученые думают, что они не тонут в слое ила благодаря тому, что их изредка встряхивает подъемная сила, вызванная гидродинамическим ускорением. Как теперь стало известно, оно может возникать благодаря турбулентности придонных потоков, образующихся на больших глубинах океана.
Гидротермы и климат Земли. Гидротермы выделяют большое количество углекислого газа. Он поступает в атмосферу из гидротермальных струй. Обогащение атмосферы углекислотой приводит к «парниковому» эффекту, что делает климат Земли более теплым и влажным. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере действует так же, как пластиковая пленка над парником. Через нее к Земле проходят лучи Солнца. А тепловые потери за счет собственного инфракрасного излучения Земли значительно уменьшаются, так как углекислота задерживает инфракрасные лучи. Поэтому на поверхности Земли становится теплее, как в парнике под пленкой.
Именно так было в эпоху кайнозоя, в период между ранним и средним эоценом, т. е. 55–45 млн. лет назад. В этот промежуток времени, в течение примерно 10 млн. лет, на Земле удерживался очень теплый и влажный климат. Он способствовал буйному развитию растительности.
Выделение больших количеств углекислоты в этот период американские ученые связывают с перестройкой срединно — океанических хребтов и других спрединговых центров, благодаря чему увеличилась гидротермальная активность. Как следствие — резко возросло выделение углекислого газа, возник глобальный «парниковый» эффект. Отмечены и другие периоды перестройки тектонических структур и вызванные этим изменения климата. Однако эти связи в других случаях прослеживаются менее четко. В наши дни выход углекислого газа в атмосферу за счет гидротерм составляет 14—2 2 % общего поступления. Эти цифры достаточно велики. Но не все ученые согласны с выводами американских ученых.
Углекислый газ в гидротермах образуется в результате химической реакции. Выделение его определяется реакцией обмена между ионами магния, содержащимися в соленой воде, и ионами кальция, вымываемыми из горячей базальтовой породы. Извлекаемые оттуда ионы кальция образуют СаСО3 и выпадают в осадок — это мел. Одновременно выделяется углекислый газ, поступающий сначала в воду, а потом в атмосферу.
Мертвая и живая вода
Внутренние волны. Вот какой удивительный случай произошел однажды с Ф. Нансеном на "Фраме".
При подходе к кромке льда вдруг резко замедлился ход судна. Машина работала на полных оборотах, а «Фрам» едва двигался. Как будто его кто‑то удерживал. Небольшое расстояние до кромки льда судно шло дольше, чем шлюпка под веслами… А вокруг была глубокая чистая вода, не считая отдельных небольших льдин на поверхности. Никаких видимых препятствий для движения. В чем же дело?
Происшествие это случилось во время экспедиции Ф. Нансена в высокие широты Арктики. В этой экс педиции было сделано много открытий: опровергнуто мнение о мелководности Северного Ледовитого океана, исследована структура и происхождение его водных масс, открыто влияние вращения Земли на движение льдов и др. В том числе обнаружено явление мертвой воды. Явление это впервые изучалось братьями Холлами еще в 1830 г. Теоретически оно было обосновано норвежским ученым Б. Экманом незадолго до экспедиции Ф. Нансена. Но до случая с «Фрамом» никто не думал, что мертвая вода может иметь такую силу.
Впрочем, неожиданные торможения движения судов в открытом море были известны и раньше. Парусные суда под действием мертвой воды сбивались с курса и переставали слушаться руля. Мореплаватели обвиняли в этом рыбу — прилипалу, будто бы присосавшуюся к днищу судна и способную тормозить его ход.
Эффект мертвой воды объясняется затратой энергии машины судна на образование и преодоление внутренних волн. Они возникают на границе раздела двух слоев воды с разной плотностью, так же как обычные поверхностные волны, которые образуются на границе раздела вода — воздух. Их хорошо видно благодаря отражению света от поверхности волн. Мы любим наблюдать за их бегом, следя за появлением «девятого» вала. Кстати, физики до сих пор спорят, есть он или нет.
С наблюдением за внутренними волнами дело обстоит гораздо сложнее. Они невидимы.
В 7 ч 30 мин 10 апреля 1963 г. американская атомная подводная лодка «Трешер» начала глубоководное погружение в Атлантическом океане в 220 милях от Бостона. На ее борту кроме штатного экипажа находились 17 гражданских специалистов — представителей промышленных фирм и завода — строителя. Цель погружения — проведение испытаний лодки на предельной глубине — до 360 м.
Командир лодки был обязан по гидроакустическому каналу выходить на связь с обеспечивающим судном «Скайларк» каждые 15 мин. В 9 ч 17 мин «Скайларк» принял последнее сообщение, из которого удалось разобрать только два слова: «…предельная глубина…» После чего на судне услышали шум, оцененный как разрушение прочного корпуса лодки. «Трешер» затонула на глубине 2800 м.
Ученые предполагают, что причиной гибели подводной лодки стали внутренние волны. В тот день в районе испытаний свирепствовал циклон. Он мог вызвать внутренние волны. Известно, что метеорологические явления вызывают генерацию внутренних волн. Позднее в этом районе были зарегистрированы мощные внутренние волны высотой до 100 м и периодом колебаний около 8 мин. Такие волны легко могли «затащить» лодку на глубину ниже предельной, на которую был рассчитан ее прочный корпус.
В 1969 г. во время подводного плавания на мезоскафе «Бен Франклин» в Гольфстриме руководитель экспедиции Жак Пикар отметил, что внутренние волны периодически поднимали «Бен Франклин» вверх на 30 м и тут же без какого‑либо вмешательства со стороны экипажа опускали мезоскаф за несколько минут на 50 м вниз.
Превышение максимальной глубины погружения «Трешера» на 50 м, т. е. на глубину 410 м, при весьма напряженных нормах расчета на прочность, принятых в США, естественно, привело к катастрофе. Попросту говоря, не хватило запаса прочности.
Советские ученые отмечают еще одну возможную причину: циклон вызвал сильное вихревое движение вод океана в районе погружения, что способствовало интенсивному перемешиванию верхнего слоя океана. В результате теплая вода (более легкая) из верхнего слоя могла быть затянута вниз. Если «Трешер» неожиданно попал в слой теплой воды вблизи предельной глубины, то он мог попросту провалиться ниже максимально допустимой отметки. Экипаж не успел продуть балластные цистерны.
Известны и другие физические процессы, которые угрожают целости подводных кораблей. Примерно в то же время погибла французская подводная лодка. В северо — западной части Средиземного моря она, видимо, попала в особый участок моря, где был «колодец». Так теперь иногда называют большое пятно на поверхности моря с холодной водой. Температура воды на поверхности «колодца» близка к температуре воды у дна. Может быть, даже чуть — чуть ниже, а соленость выше из‑за усиленного испарения воды с поверхности моря под влиянием ураганного ветра. В результате нарушается устойчивость: плотность воды у поверхности «колодца» становится выше плотности нижележащих слоев.
Поверхностная вода начинает опускаться вниз, на дно. Образуется конвективная ячейка, называемая глубокой конвекцией. Иногда образуется гигантский подводный водопад. Подводному судну, попавшему в такой поток, грозит гибель — его неминуемо унесет в глубину, где корпус его будет раздавлен повышенным гидростатическим давлением. Это явление очень мало изучено. Необходимо выяснить условия, вызывающие его образование. Ведь известно, например, что снежные лавины срываются иногда с гор из‑за самого слабого звука. Может ли вход подводной лодки в зону проникающей конвекции вызвать обрушение? Это одна из загадок Мирового океана.
Давно ушли в прошлое времена, когда капитан Немо погружался на своем «Наутилусе» в тихие глубины океана от всех земных горестей. Мировой океан оказался куда сложнее, чем он представлялся раньше. Для безаварийного плавания в его глубинах требуется не только постоянная бдительность, но и новые приборы, которые предупреждали бы штурманов о разных сюрпризах. Но вернемся к внутренним волнам.
В обычных условиях мы не можем их видеть. Но в школьном кабинете физики или даже дома можно поставить опыт с подкрашенной водой, что позволит наблюдать внутренние волны. Для этого надо иметь стеклянную (или пластиковую) трубку диаметром 4–5 см, длиной около 1 м. Один конец трубки должен быть запаян или заклеен. Впрочем, его можно плотно закрыть пробкой. Надо еще иметь и вторую пробку для закрывания другого конца трубки в ходе опыта.
