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

Долгое время океан, который знали моряки, с его хаотичным движением, не соответствовал описаниям, сделанным учеными. На протяжении большей части человеческой истории сведения об океанах собирали, бросая за борт парусных кораблей приборы, привязанные к тросам. Неудивительно, что полученные данные ограничивались в основном поверхностными течениями и ветрами. Бутылки, брошенные в воду, могли дать примерное представление о скорости движения воды в самом верхнем слое, но добыть сведения о более глубоких слоях было почти невозможно. Соленая вода, давление, сильные течения и морские обитатели будто сговорились, чтобы сделать бóльшую часть существующих приборов бесполезными. Если пустить зонд по течению, как отследить его перемещение и потом найти среди океанских просторов? А как узнать хоть что-то о глубоководных течениях? Из-за всех этих трудностей людям было мало что известно об океанских глубинах. В результате те, кто изучал океаны, долгое время считали, что ничего особенного там не происходит.

Несмотря на это, многие знания об океане были получены эмпирическим путем. Ключевым эпизодом в истории изучения океанических течений стало открытие, сделанное в 1751 г. Генри Эллисом, капитаном английского корабля, на котором перевозили рабов. Эллис заметил, что, если в теплых экваториальных водах опустить ведро на достаточно большую глубину, оно всегда наполняется холодной водой. Единственным объяснением такого присутствия холодной воды в постоянно жарком климате было то, что она перетекала сюда из более холодных широт – с севера или юга. В 1798 г. Бенджамин Томпсон (также известный как граф Румфорд) опубликовал эссе под названием «О распространении тепла жидкостями», в котором указал, что, в отличие от пресной воды, которая начинает расширяться при охлаждении ниже 4 ℃ и продолжает делать это, пока не замерзнет, морская вода при охлаждении, наоборот, сжимается. При этом увеличивается ее плотность, продолжал Румфорд, поэтому холодная морская вода всегда опускается в глубины океана. Из этих физических свойств воды естественным образом проистекала идея замкнутой циркуляции. Румфорд утверждал, что в океане происходит непрерывная циркуляция воды, состоящая из направленного к экватору глубинного потока холодной воды и поверхностного потока теплой воды в обратном направлении [261] Margaret Deacon, Scientists and the Sea, 16501900: A Study of Marine Science (Aldershot: Ashgate, 1997), 209. . Значение ветров, которые долгое время считались главной силой, перемещающей воду в океанах, померкло по сравнению с этим мощным круговоротом воды, приводимым в движение температурой и плотностью.

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. .