Вода вокруг нас

Громадна водная поверхность Земли. Свое название — океан — она получила по имени одного из титанов древнегреческой мифологии.

«Вода — краса всей природы», — говорил писатель С. Т. Аксаков. Вода окружает нас везде и всюду, и без воды жизнь невозможна. В жидком виде, газообразном (пар) и твердом (лед) она присутствует в воздухе, на поверхности Земли, в почве, в твердых породах, лежащих глубоко в земле, и в теле любого живого организма. Мельчайшие невидимые пары воды распространены в атмосфере на 10–15 километров от поверхности Земли. Скапливаясь, они образуют облака, а из облаков, в виде дождя или снега, снова падают на землю.

В океанах и морях находится более 1370 миллионов кубических километров воды. Хотя на суше воды в 350 раз меньше, чем в морях и океанах, но и здесь она распространена повсеместно в виде рек, озер, болот, подземных вод, снега, ледников, ископаемых льдов и замерзшей воды в области вечной мерзлоты.

Ежегодно реки несут в море 37 тысяч кубических километров воды. Много пресной воды заключено в ледниках. Если бы ледники растаяли, то уровень в океанах повысился бы на 50 метров! Многие места на карте СССР закрашены синими пятнами. Это — озера. В Советском Союзе их более 150 тысяч. Со всех сторон к морям бегут синие «змейки» рек.

В почве вода обычно составляет 15–20 процентов, но нередко ее содержание доходит и до 70 процентов.

В твердой породе, где, казалось бы, ни на глаз, ни на ощупь, ни на вкус нельзя обнаружить и капли воды, она всегда присутствует.

В живом организме вода составляет более половины веса тела, у медуз — до 98–99 процентов.

Вода — вечный странник. Течения разносят массы воды на громадные пространства. Все время происходит перемешивание многокилометровой толщи океана. В вечном движении находятся и воды суши. Они стекают в моря и океаны. Спускающиеся в моря ледники дают начало плавающим айсбергам. В дальнее странствование отправляет ветер испарившуюся воду.

Вода в организме находится в беспрерывном превращении. Она поглощается, участвует в различных процессах внутри организма и выделяется. За сотни миллионов лет существования живых существ воды океанов и морей находились неизменно под воздействием живых организмов. Они влияют на химический и газовый состав воды.

Академик В. И. Вернадский называет почву и воду биокостными телами, то-есть такими телами, которые образовались под воздействием живых существ.

Посмотрите на карту. Вы увидите, что поверхность океанов и морей занимает больше двух третей земного шара. В самом деле: из 510 миллионов квадратных километров всей поверхности 361 миллион квадратных километров приходится на океаны и моря. Объем вод океанов и морей превышает объем суши в 11 раз. Если воду океанов налить на землю ровным слоем, то получится слой толщиной в 2700 метров. Средняя глубина океанов более 4 километров, а 70 процентов всей поверхности океанов имеют глубины свыше тысячи метров.

Замечательной особенностью морей и океанов является их сообщаемость. Выйдя из одного порта моря, можно прийти в порт любой страны. Плывя по морям и океанам, можно совершить кругосветное путешествие.

Все моря и океаны, сообщаясь, представляют собой единый Мировой океан. Благодаря этому уровень водной поверхности везде почти один и тот же. Это дало основание все высоты на земле считать от уровня моря.

Несмотря на то, что все океаны и моря сообщаются, принято выделять четыре океана: Тихий (или Великий), Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Самый большой — это Тихий океан, его водная поверхность равна 46 процентам поверхности Мирового океана. Он имеет (включая и относящиеся к нему моря) площадь около 180 миллионов квадратных километров и объем 724 миллиона кубических километров. Атлантический океан занимает площадь более 92 миллионов квадратных километров и объем 338 миллионов кубических километров. Индийский океан — площадь около 75 миллионов квадратных километров и объем 292 миллиона кубических километров. Северный Ледовитый океан — площадь более 14 миллионов квадратных километров и объем 17 миллионов кубических километров. Все моря, сообщаясь с каким-либо океаном, являются его составной частью, — как говорят, относятся к его бассейну. Из числа советских морей к бассейну Атлантического океана относятся Балтийское, Черное и Азовское моря; к Северному Ледовитому океану — Баренцово, Белое, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря; к Тихому океану — Берингово, Охотское и Японское моря. Каспийское и Аральское моря являются внутренними водоемами — морями-озерами.

Величина организмов, обитающих в море, находится в некоторой зависимости от размеров бассейна. Так, гигантские киты-полосатики и крупнейшие растения — водоросль макроцистис — живут только в океане. При сравнении размера одних и тех же животных, обитающих в океане и море, обнаружено, что океанические крупнее морских. Так, дельфины-белобочки, живущие в Атлантическом и Тихом океанах, крупнее черноморских. Размер первых более двух метров, черноморские белобочки не превышают 170 сантиметров.

Посмотрим ли мы на иглу-рыбу, похожую на стебель морской травы, среди которой она живет, или на плоскую камбалу, по цвету и рисунку тела не отличающуюся от окружающего грунта, поразимся ли мы изменениям, которые претерпевает личинка угря во время путешествия от мест икрометания в центре Атлантического океана до рек Европы, — везде и всюду мы видим замечательные примеры приспособления формы тела и образа жизни к условиям обитания. Но сама среда все время изменяется, изменяются и организмы. Процесс эволюции идет непрерывно, и выживают те организмы, которые хорошо приспособились к условиям существования.

Знание среды позволяет понять пути образования различных видов животных и растений, особенности их распределения и промыслового использования.

Вот почему советская биология придает такое значение изучению внешней среды.

Берег моря

Знакомство с морем начинается на берегу. От берега отправляются в дальнее плавание корабли. На берег привозят свой богатый улов рыбаки. В теплое время на пляже проводят свой досуг тысячи людей. А в бурную погоду гуляющие по берегу любуются мощной стихией разыгравшегося моря. Видя их громады, хочется пожелать «тем, кто в море», скорее укрыться в надежной бухте. Как приятно чувствовать в такую погоду твердую почву под ногами! Но незыблемость этой твердыни весьма призрачна. Чтобы убедиться в этом, достаточно нашему взору остановиться на отдельных скалах, торчащих из воды в нескольких метрах от берега. Ведь недавно они были частью берега. Берег не устоял под напором яростных ударов волн. Пройдет еще немного времени, и эти скалы рассыплются на отдельные камни. Морская волна, перекатывая и обтирая камни друг о друга, превратит их в округлую гальку. Пройдет еще время, и галька перетрется в песок.

Более двухсот лет назад великий Ломоносов правильно определил происхождение гальки и песка. В книге «О слоях земных» он писал: «…к тому ж, кто может о сем сомневаться, посмотрев на морские и речные берега, и как выше упомянуто, видя округленные, то-есть острых углов лишенные камни, и зная, что они от волнения вод и от течения почти завсегда шатаются, переворачиваются и друг о друга трутся, не можно ли сказать, что отъедают от себя взаимно множество мелких частей, то-есть зерен песчаных». По нахождению окатанных камней — гальки — Ломоносов предлагал определять морское происхождение многих террас, находящихся ныне высоко или даже далеко от моря. «Остается еще упомянуть о многих местах земной наружности, содержащих множество тел, природное свое место на дне или берегу имеющих… Сюда принадлежат великие ряды круглых и кругловатых камней, кои простираются по высоким каменным горам длиною иногда на несколько верст, шириною на несколько сажен; фигурою и положением со всем подобным тем валунам, кои на берегу морском беспрестанно от зыбей обращаются».

Море образует террасы на берегу и откладывает гряды гальки. Рассматривая положение и число террас, расположенных над уровнем моря или лежащих под водой, можно определить число и характер опусканий и поднятий берега.

Волны разрушают берег. Течения подхватывают продукты разрушения и уносят их. Но крупную тяжелую гальку далеко унести вода не может. Галька остается у берега. Песок отлагается на большой глубине, а мельчайшие частицы ила еще глубже.

Прибойная волна подходит к берегу обычно под углом. В силу этого галька перемещается вдоль берега. Она движется иногда со скоростью более 20 метров в час, а при сильном шторме даже вдвое быстрее.

Во время движения за год перетирается пятая часть гальки. Если не будет поступления нового материала, то через пять лет обнажится коренной берег и волны, обрушившись на него, разломают кажущиеся неприступными каменные громады.

Часто гальку разносят на большие расстояния льды. В береговой припай вмерзает много различных камней. Весною, когда льды взламываются, они выносятся в открытое море. После таяния льдов вмерзшие предметы падают на дно. Проследив распределение гальки на дне, можно определить путь дрейфа льдов в море.

Интересным распространителем гальки являются многие ластоногие. Морские львы, а также моржи, сивучи, котики и некоторые тюлени заглатывают гальку, чтобы она помогла перетиранию пищи в желудке. Отплыв на далекое расстояние, морские львы вылезают на берег и здесь после переваривания пищи отрыгивают камни. Часто, не зная этого пути распространения гальки, ученый становится в тупик, обнаружив на берегу обломки необычных для здешних мест пород.

Прибой разрушает берег.

Процесс размывания берегов может итти очень быстро. Так, на Черном море, у станицы Приморско-Ахтырской, берег размывается вглубь суши до 12 метров в год.

В 1933 году в результате извержения подводного вулкана в районе Курильской гряды образовался остров Такетоми. Он лежал менее чем в километре от острова Алаид. Вулканический туф и лава — материалы весьма нестойкие. Волны Охотского моря быстро разрушили берега нового острова. Они укладывали обломки в направлении к острову Алаид. Через два года от острова Такетоми протянулась надводная коса к острову Алаид, и Такетоми стал полуостровом.

В образовании песчаных кос часто имеют большое значение незначительные препятствия. Достаточно затонуть вблизи берега какому-либо кораблю, как сейчас же вокруг него вырастает песчаный холм. Он начинает расти в сторону берега, как говорят, в сторону волновой тени, как в примере с островом Такетоми. Эта тень, то-есть защищенная от волн «задняя» часть холма, вытягивается в длинный хвост, достигающий берега. Образуется своеобразная песчаная бухта.

Берег дает приют многочисленным морским обитателям: на береговых скалах поселяются моллюски, балянусы и другие организмы. Среди моллюсков имеются многочисленные камнеточцы. Благодаря их работе рушатся скалы. По песку бегают крабики и прыгают рачки-гаммариды. В лужицах, образовавшихся из заплесков волн, кишит разнообразная жизнь.

На дне океана

Если мы разрежем толщу земной коры, то увидим, что сверху лежит «тонкий» слой осадочных пород. Они образовались на дне океана и имеют толщину в несколько километров. На суше осадочные породы — живые свидетели того, что земля, по которой мы ходим, — бывшее дно моря. Далее в глубину лежит слой относительно легких, богатых кварцем и бедных железом гранитных пород, толщиной примерно в 10 километров. Глубже лежит слой земной коры, состоящий из тяжелых базальтовых пород. Они в полтора раза богаче железом, чем гранитная оболочка Земли. Базальтовая оболочка в толщину имеет около 60 километров. Далее в глубину идут слои еще более тяжелые, еще более богатые железом. Проникнуть в них мы не можем. О них мы судим по извержениям вулканов, приносящих нам богатые металлами расплавленные глубинные породы. Приборы своими показаниями открыли нам глаза на то, чего мы не можем увидеть или взять в руки.

Кажется, во всем, о чем мы сейчас рассказывали, нет ничего особенного. Ведь естественно, что легкие породы должны лежать над тяжелыми!

Замечательно то, что базальтовая оболочка в виде единого слоя покрывает глубже лежащие слои земли, а вот гранитная распространена не повсеместно. Гранитные породы слагают все материки, а также дно Атлантического, Индийского и Ледовитого океанов, но их нет на пространстве Тихого океана.

Бесчисленные тихоокеанские острова и островки, удаленные от берегов, произошли в результате вулканической деятельности или образованы коралловыми полипами. У некоторых ученых сложилось даже впечатление, что какая-то гигантская (как говорят, космическая) сила оторвала слой гранитной оболочки с площади Тихого океана и унесла его в пространство. На месте возникшей гигантской впадины скопились воды, создавшие древнейший из всех океанов — Тихий океан.

В процессе развития земной коры на дне океанов и морей отлагаются различные осадки.

Эти осадки в результате химических процессов превращались в осадочные породы. В благоприятных условиях осадочные породы образовали многокилометровые толщи. Районы дна древних морей и океанов, поднятые на поверхность и ставшие сушей, почти повсеместно покрыты толстым слоем осадочных пород. Мы находим их на горах, даже таких высоких вершинах, как Эверест. Следовательно, эти горы были когда-то дном океана, на котором беспрерывно осаждались различные обломки и скелеты живых существ.

Тихий океан не только самый большой, но и самый глубокий. Неверно думать, что наибольшие глубины лежат где-то в центре океана. Наоборот, максимальные глубоководные впадины лежат по его краям, вдоль цепочек островов: Курильских, Японских, Филиппинских и Марианских. Глубины в этих местах превышают 10 километров. Наибольшая известная глубина Тихого океана — 10 863 метра. Если бы здесь образовалась возвышенность, равная самой высокой горе на Земле, — Эвересту, то над ее вершиной находился бы слой воды толщиной почти в два километра.

Самая большая глубина в Атлантическом океане — 8525 метров, в Индийском — 7450, а в Северном Ледовитом океане — 5180 метров. Дно океана не лежит ровным «полем». На дне широко распространен холмистый рельеф. Там имеются и большие горы и глубокие впадины. Часто подводная гора подымается с громадных глубин до поверхности океана, и ее вершина образует остров. Но многие цепи гор не подымаются на поверхность. Посредине Атлантического океана находится громадный хребет высотой до 1830 метров над дном. Он тянется от Исландии до Антарктики. Только отдельные пики этого гигантского хребта в виде островов — Азорских, св. Павла и Тристан-да-Кунья — возвышаются над поверхностью моря.

В глубинах океана.

Обычно вдоль берегов располагается широкая отмель, которая, постепенно углубляясь, создает вокруг материков своеобразную платформу. Эту мелководную зону, глубиною в среднем до 200 метров, называют материковой отмелью. Материковая отмель — продолжение континента. Некоторые неглубокие моря (например, Балтийское) целиком или большею частью лежат на материковой отмели. За материковой отмелью наблюдается резкое увеличение глубины. Эта часть дна, до глубины несколько тысяч метров, называется материковым склоном. Глубже он переходит в обширнейшее ложе океана.

Материковая отмель занимает только 3 процента площади дна океана, материковый склон — 12 процентов, остальная площадь дна — ложе океана.

Наземный рельеф часто находит свое продолжение и на дне. Многочисленные ущелья продолжаются и под водой. Долину реки можно обнаружить в рельефе дна на расстоянии сотен километров от устья.

Все дно океанов и морей покрыто отложениями частиц твердых веществ, опустившихся на дно и образующих на нем мощные слои. Это морской грунт. По своему происхождению все грунты делятся на две группы. Одна группа грунтов — это различные материалы, принесенные с суши, их называют материковыми. Сюда входят обломки береговых скал, разрушаемых ударами волн, ил и песок, вынесенный реками, тучи пыли и песка, занесенные ветрами далеко в море, продукты вулканических извержений, а также куски земли и камни, вмерзшие в лед и вынесенные льдами далеко в море. Часто камни выносятся далеко в море всплывшими крупными водорослями, живущими на дне.

Другой группой грунтов являются отложения океанические. В этих отложениях большую роль играют мелкие скелетики одноклеточных животных — глобигерин и радиолярий, или одноклеточных растений — диатомей, обитающих в обширных просторах открытого океана. При громадной глубине океанов трупы мелких организмов, медленно падающие на дно, по пути большей частью растворяются или съедаются глубоководными обитателями. Лишь немногие войдут в состав донных отложений. Несмотря на это, в некоторых районах количество микроскопических организмов так велико, что илы на дне моря с полным основанием называют «глобигериновыми», «радиоляревыми» или «диатомовыми», в зависимости от организмов, скелеты которых преобладают в иле. Если мы рассмотрим под микроскопом несколько маленьких комочков глобигеринового ила, взятого со дна океана, то увидим, что в одном кубическом сантиметре этого ила окажется около 500 тысяч раковин и обломков глобигерин, 150 тысяч иголочек губок, 100 тысяч скелетиков радиолярий и створок диатомей и около 12 миллионов иголочек и пылинок! Кроме того, среди океанических отложений находят пыль, принесенную с суши, и продукты вулканического происхождения.

Мел под микроскопом.

Диатомовый ил под микроскопом.

Как правило, самые мелкие отложения — илы — присутствуют там, где нет сильных подводных течений.

Вдали от берегов влияние материковых осадков на образование донных отложений невелико. Там мы встречаем главным образом грунты океанического типа и заносимые сюда мельчайшие частицы с суши. Эти частицы, размером около одного микрона, носятся много лет в океане, пока не опустятся на дно в удаленных от берега районах.

Ложе океана за тысячи километров от берега покрыто так называемой красной глиной. Особенно большую площадь этот грунт занимает в Тихом океане. Он состоит из мельчайших частиц размером менее 0,05 миллиметра. Обычно это частицы вулканического и космического происхождения, а также остатки микроскопических организмов. Красная глина содержит много окислов железа и марганца, окрашивающих ее в красноватый цвет. В зависимости от преобладания различных соединений металлов илы бывают голубые, зеленые, коричневые, красные и других цветов.

Большую роль в образовании отложений на дне моря играют бактерии. Некоторые бактерии способствуют осаждению из воды в грунт различных веществ. Другие образуют так называемые конкреции, когда на камешке или раковине оседает минеральное вещество из водного раствора. Так, например, железобактерии создают на обширных пространствах залежи железо-марганцевых конкреций. Вначале колония бактерий обрастает поверхность камешка. Затем рост идет вверх, преимущественно по краям колонии, чтобы вся колония бактерий омывалась свежей водой. Образуется как бы блюдечко из привлеченных бактериями железо-марганцевых соединений. Встречаются большие конкреции величиной с чайное блюдце, но обычно они меньшего размера. Особенно много конкреций на дне Карского и Белого морей.

Скорость отложения материковых осадков бóльшая, чем у океанических; особенно она велика вблизи устьев рек. В предустьевых пространствах часто за несколько лет образуются такие большие мели, что они препятствуют судоходству. В дельте Волги отложения достигают 7 сантиметров в год. В прибрежных районах моря 1 сантиметр грунта отлагается в 5–6 лет, в глубинной части Черного моря — в 25 лет, в удаленных от материков областях осаждение идет так медленно, что 1 сантиметр отлагается тысячу лет.

Определить скорость отложений в прибрежной зоне, очевидно, дело не очень трудное. Зато в просторах океанов это сделать весьма сложно. На помощь часто приходит сама природа. Так, в северной части Атлантики был обнаружен на отложениях ледникового времени современный глобигериновый ил. Исторически это могло произойти только в послеледниковое время, то-есть около 9 тысяч лет назад. Отсюда уже нетрудно было вычислить скорость отложений глобигеринового ила, так как его толщина была известна. Получилось, что 1 сантиметр осадка отложился в 265 лет.

Затем провели исследования в экваториальной части Атлантики, то-есть в районах, не подвергавшихся оледенению. В глобигериновом иле обнаружилась смена теплолюбивых форм на холоднолюбивые. Эта смена произошла более 20 тысяч лет назад. Скорость осаждения в этом районе равнялась одному сантиметру в 415 лет. В южной части Атлантического и Индийского океанов 1 сантиметр глобигеринового ила отлагается за 1600–1700 лет. Отложение 1 сантиметра красной глины в некоторых районах продолжалось около 2 тысяч лет.

Изучение скорости образования осадка и его мощности позволяет иногда определить возраст моря. Например, в Тирренском море мощность осадков 276 метров. Для накопления таких осадков нужно около 3 миллионов лет. Очевидно, Тирренское море и образовалось около 3 миллионов лет назад.

За долгую геологическую историю океанов на их дне отложился многокилометровый слой. Ученые подсчитали, что толщина осадков в океане достигает 2 километров.

Мощные геологические процессы иногда поднимают морские отложения на поверхность Земли, и в виде осадочных пород они покрывают громадные пространства суши. Сами осадочные породы дают ценные строительные материалы: известь, мел, песчаник и другие. В осадочных породах находят богатейшие залежи различных полезных ископаемых. Среди них большое значение имеет нефть. Она образуется из отмерших остатков водных растений и животных.

Недавно в толще кораллового известняка нашли капельки нефти. Они расположились в ячейках, которые служили местообитанием полипов. Сама природа пришла на помощь ученым, представив вещественное доказательство происхождения нефти. В образовании нефти главнейшее значение имеет не клетчатка растительной ткани (как для каменного угля), а жидкое вещество, наполняющее клетку, — протоплазма.

Обильно развивающиеся в богатой органическим веществом среде бактерии также участвуют в создании нефти. Но само по себе обилие органических остатков не дает еще нефти. Для этого нужен ряд условий, который обычно встречается в прибрежных районах и заливах. Важно, чтобы все эти органические остатки были бы захоронены таким образом, чтобы кислород не имел к ним доступа.

В прибрежной области массы живых существ, отмирая, опускаются на дно. Сверху на них ложатся песок и глинистый ил, приносимые реками. Так «живые» отложения, заключающие большие массы органического вещества, оказываются погребенными в осадочных песчано-глинистых слоях. Особенно благоприятно идет образование нефти, если этот участок берега или залив начинает погружаться. Тогда процесс накопления осадков ускоряется.

При всех этих условиях разложение органических веществ происходит без доступа кислорода, под огромным давлением и при высокой температуре.

Проходило много лет, и органические вещества превращались в нефть. Вот почему поиски нефти так успешны в районах, некогда бывших заливами исчезнувших морей. Таково происхождение нефти, открытой советскими геологами на западных склонах Уральских гор.

В Молотовской, Куйбышевской и Саратовской областях разрабатывают очень древнюю нефть. Она образовалась более 300 миллионов лет тому назад. Тогда всю обширную территорию Европейской части СССР занимало море. Предгорье западного Урала было берегом этого моря.

Такого же происхождения нефть и на берегах Каспийского моря, но только она более молодого возраста.

В районе Никопольских марганцевых разработок в породе находят много зубов древних акул, позвонков вымерших китов и обломков раковин моллюсков. Они — «живые» свидетели морского происхождения марганцевых залежей этого района.

Действительно, ручьи и реки, протекая по равнине, вносили в древнее море много растворенных марганцевых соединений. В результате различных процессов эти соединения отлагались на дне моря. Вместе с окаменевшими частями погибших животных их заносило на дне моря песком и илом, и они оказались погребенными под пластом донных осадков.

Глубоко в недрах земли в центре Русской равнины советские ученые нашли двухсотметровые залежи железистых кварцитов. Образовались они в древнейшую геологическую эпоху, когда здесь катило свои волны огромное море. На дне этого моря отложились осадки бурого железняка, покрываемые толщами песка. В дальнейшем дно моря со всеми накопившимися осадками оказалось глубоко погребенным под налегшими сверху горными породами. Под воздействием большого давления и высокой температуры создались громадные залежи железной руды.

Более чем 100 тысяч гектаров занимают залежи керченской руды. В этот район реки несли свои воды, богатые железистыми соединениями. Там, где ведутся разработки, хорошо видно, как сверху руд лежит глинистый слой, который в отдаленные времена захоронил железистые соединения.

Добываемая в Донбассе каменная соль тоже морского происхождения. Она отложилась на дне мелких заливов древнего моря. В то время климат был жаркий и обильное испарение уносило массы воды, повышая тем самым концентрацию раствора солей. Соль начала выпадать. Залежи ее успешно разрабатываются многие годы.

На другом конце древнего Русского моря в районе Урала были найдены запасы калийных солей, превышающие все мировые запасы этого ценнейшего для удобрения полей вещества. Калийные соли лежат на огромной толще каменной соли, запасы которой разрабатывали издавна. Даже возникший здесь город получил название Соликамск. В этом образном названии хорошо отражена геологическая особенность северного района реки Камы.

Процесс образования нефти и других полезных ископаемых на дне моря происходит и в настоящее время.

Совершается он очень медленно. И для того, чтобы создались большие запасы, нужны миллионы лет.

Какая вода в море

Вода — прекрасный растворитель. В природе нет вод, которые не содержали бы некоторого количества растворенных веществ. Даже «кристально чистый» ручеек, текущий из высокогорного ледника, и тот содержит в растворе соли и газы.

Морская вода на вкус соленая, вернее, горьковато-соленая, непригодная для питья. Поэтому на корабле всегда имеется большой запас пресной воды. В былые времена питьевая вода на парусном судне в период безветрия распределялась строже, чем все другие продукты. Паровые котлы современных кораблей также требуют пресной воды, иначе накипь на них может вывести котел из строя. Теперь на многих судах появились опреснители, морскую воду выпаривают, получая из охлажденного пара искусственную воду без солей. В последнее время изобретены и химические опреснители, ими можно пользоваться даже индивидуально. Профильтрованная морская вода делается пригодной для питья.

Человек ощущает соленый вкус воды, если в килограмме воды содержится 0,5 грамма соли. Но в обычной морской воде соли в 70 раз больше — 35 граммов. Ученые условились обозначать соленость воды не в сотых, а в тысячных долях. Тысячная доля какого-либо числа — «промилле» — обозначается специальным знаком — ‰.

В морской воде преобладает хлористый натр — обычная поваренная соль, которую мы употребляем в пищу. Она составляет 78 процентов всех солей океанской воды. Горьковатый, неприятный вкус морской воде придают соли магния. Благодаря течениям воды океанов хорошо перемешиваются, и поэтому состав солей воды океанов одинаков. Очень мало меняется и общее содержание солей. От 33 до 37 ‰. В среднем можно считать соленость океанических вод равной 35 ‰.

Если бы мы могли выпарить все океаны, то огромная площадь их дна оказалась бы покрытой шестидесятиметровым слоем соли.

Вблизи устьев рек соленость падает. Естественно, что менее солены моря, в которые вливается много пресной воды с суши.

Океанская и пресная вода по составу растворенных веществ различна. В морской воде основную массу этих веществ образует хлористый натрий. В водах рек преобладают соли угольной кислоты, главным образом карбонат кальция (из него же состоит мел, известняк и др.). Сульфаты — соли серной кислоты — содержатся примерно в одинаковом процентном отношении к общему количеству солей как в морской, так и в пресной воде. Производные этих солей дают гипс, алебастр, глауберову соль и другие.

В океанах, несмотря на многолетние наблюдения, никакого изменения состава солей не наблюдается.

При образовании первичного океана в нем растворилось много солей, находившихся на поверхности Земли и в породах, разрушавшихся под действием вод.

Осолонению вод океана содействовали обильные выделения из недр Земли различных веществ, особенно во время извержения бесчисленных вулканов, действовавших повсеместно и на дне океанов. Извержения увеличивали содержание основного элемента океанической воды — поваренной соли. Текущие с образовавшихся материков реки вносили в океан множество веществ, обогащая состав морской воды. О том, что воды океана даже в древние времена были солеными, свидетельствует также и то, что животные, его населявшие, известные нам по ископаемым окаменелостям, были морскими существами. Сравнивая древнейших обитателей океана с современными морскими животными, мы можем считать, что соленость вод в те времена уже мало отличалась от нынешней.

Осолоняющая роль современных рек и других потоков, несущих свои воды с материка в океаны, ничтожно мала по сравнению с объемом океанов и тем количеством солей, которые там имеются. Реки вносят только 2 735 000 000 тонн соли в год. Количество же солей в Мировом океане равно 46 188 000 000 000 000 тонн. Таким образом, ежегодный принос солей реками почти в 17 миллионов раз меньше количества солей, находящихся в океане.

Как ни велики 17 миллионов лет, но для истории Земли это немного. В поддержании определенной солености вод океанов большое значение имеют химические процессы осаждения принесенных веществ и жизнедеятельность существ, обитающих в них. Часть принесенных солей сохраняется в растворе, но почти такое же количество солей разносится ветром с брызгами воды далеко вглубь континентов. В последующее время эти соли опять будут снесены в океан.

Влияние живых существ на солевой состав воды идет с самых отдаленных времен. Бесчисленные животные и растения потребляют для постройки своих раковин и скелетов большие количества веществ, приносимых реками. Особенно много извлекают они углекислого кальция, который так сильно отличает солевой состав морских вод от пресных вод, втекающих в океан с суши.

В раковине моллюсков и скелете кораллов отлагается по весу до 95–99 процентов углекислого кальция. До 60–80 процентов веса тела кремневых губок и радиолярий составляют кремнезем, диатомовые водоросли на 20 процентов по весу состоят из кремнезема. Много извлекается из морской воды различными организмами также и железа. Донные водоросли извлекают в большом количестве калий и иод.

Растения, питаясь, поглощают углекислый газ и выделяют кислород; при этом они создают в своем теле органические вещества. Все животные и растения дышат кислородом и выдыхают углекислый газ. Бактерии разлагают тела отмерших организмов с выделением углекислоты и неорганических веществ. Роль живых существ не ограничивается перемещением — миграцией — различных соединений. Они участвуют в образовании и горных пород. Существование мощных толщ известняков нельзя себе представить без участия многочисленных микроскопических корненожек, известковых водорослей, кораллов, моллюсков и других животных. Их раковины и скелеты часто обнаруживаются при раскалывании известковых глыб.

Примеры влияния бактерий, водорослей и животных на химический состав воды и процессы осаждения на дне моря можно значительно увеличить. Все они говорят о том, что химические процессы в океане проходят во взаимной связи с жизнью различных организмов, давая яркий пример диалектического развития природы.

Для развития и роста водных растений особенно важны так называемые биогенные вещества. Это в первую очередь соли фосфорной кислоты (фосфаты) и соли азотной кислоты (нитраты), которыми удобряют почву. Так же как и на суше, в море их очень немного. Эти вещества, необходимые для создания белков, очень быстро усваиваются водорослями. Вот почему так важно, чтобы поверхностный слой воды, где живут растения, имел бы постоянный источник пополнения биогенными веществами. Таких источников два.

Во-первых, это материковая вода, смывающая биогенные вещества с поверхности суши и удобряющая близлежащие пространства моря. Этим, кстати, объясняется, почему в районах моря, близко расположенных к устьям рек, количество животных и растений увеличивается.

Во-вторых, источником пополнения этими питательными веществами поверхностных слоев моря являются глубинные воды. Отмирающие организмы, опускаясь в глубину, постепенно разлагаются и пополняют запасы биогенных веществ в нижних слоях воды. При перемешивании вод моря они подымаются вверх и удобряют слои воды, где живут водоросли.

В зависимости от солености изменяется видовое разнообразие фауны и флоры. Как правило, в опресненных местах количество видов меньше по сравнению с настоящими морскими районами. Например, в Средиземном море имеется 524 вида рыб, соленость воды этого моря 35–38 ‰. В Черном море — 143 вида рыб, а соленость воды 18 ‰. В Азовском море всего 80 видов рыб, соленость — 12 ‰. Но при этом выступает новая закономерность. В сильно опресненных районах малое число видов сопровождается их массовым развитием. В мелководном Азовском море, снабжаемом реками большим количеством биогенных веществ, при хорошем перемешивании вод, «плотность» животного мира огромна. Нет другого моря в мире, в котором приходилось бы на один гектар столько рыбы.

Жизнь в воде зависит от распространения газов, особенно кислорода. Главный источник насыщения вод моря газами — атмосферный воздух. Он проникает в воду и растворяется в ней. В результате вертикального перемешивания вод газы разносятся на различные глубины. Вода лучше растворяет кислород и хуже азот. Поэтому в составе растворенных в морской воде газов кислорода будет в среднем 34 процента вместо 21 процента в составе атмосферного воздуха. Большое значение в обогащении кислородом воды играют водоросли.

Количество растворенных газов в воде зависит от многих причин, особенно большое значение имеет температура воды. Чем выше температура воды, тем меньше газов в ней растворится.

Кислород — важнейший газ для жизни всех живых существ. Морские организмы дышат кислородом, растворенным в воде. Обычно в поверхностных слоях моря кислорода больше, нежели в глубинных. Течения в большинстве морей хорошо перемешивают воду, поэтому кислород, хотя бы в малом количестве, всегда распространяется до дна. Временный недостаток кислорода в море может привести к гибели рыб и других животных. Изредка в застойных глубинах морей, как, например, в Черном море, кислорода нет. Там могут жить только бактерии, способные существовать без растворенного в воде кислорода.

* * *

Солнечные лучи не достигают больших глубин океана. Чем ниже стоит солнце над горизонтом, тем больше лучей отражается от поверхности моря. Поэтому в арктических морях, где солнце не подымается высоко, при прочих равных условиях свет распространяется на меньшую глубину, чем в средних широтах и особенно в Экваториальной области.

Судьба солнечного луча, проникшего в воду, не простая. Он распадается на составные части спектра, то-есть лучи разного цвета, которые доходят до различной глубины.

При этом почти все инфракрасные лучи и большая часть ультрафиолетовых, то-есть особо длинные и самые короткие лучи спектра, невидимые человеческим глазом, поглощаются в первых же метрах воды. Так как в инфракрасной части солнечного спектра содержится основное количество тепловой энергии, то легко понять, почему нагревается только самый поверхностный слой воды. Это тепло передается нижележащим слоям в результате перемешивания. Глубже проникают те части солнечного луча, которые несут световую и химическую энергию.

Различные мелкие организмы, во множестве населяющие поверхностные слои, рассеивают свет, проникший в воду. Рассеивание вызывается также молекулами воды, солями и ионами. Оно зависит и от величины частиц, на которые наталкиваются лучи света.

Всего сильнее рассеиваются синие и фиолетовые лучи спектра. Они отражаются и вверх, человек видит синий свет, исходящий из глубин моря. Поэтому цвет прозрачной морской воды вдали от берегов синий. Там, где в воде много взвешенных частиц (массы планктона, прибрежная муть), рассеиваются сильно зеленые лучи, цвет воды становится зеленым. Если вода очень засорена частицами грунта, то она приобретает желтую окраску. Особенно часто это бывает после шторма; тогда в прибрежной области вода может стать даже коричневой от поднятых со дна частиц грунта.

Смену цветов видит каждый моряк, когда он покидает прибрежные желтозеленые воды и переходит к синим водам открытого моря. Замечательный русский художник Айвазовский талантливо запечатлел на своих картинах эту игру красок.

Но вернемся к лучам света, проникшим в воду. Угасание света различных частей спектра идет так быстро, что можно говорить об «исчезновении» отдельных частей солнечного спектра. Длинные лучи теряют энергию начального светового потока скорее, чем короткие. Так, если принять проникшие в воду лучи за 1 тысячу единиц, то красные и оранжевые лучи на глубине в 10 метров составляют 2–3 единицы, зеленые и голубые — 166, синие — 437, а фиолетовые — 800 единиц. На глубине в 100 метров измерить энергию красных лучей уже затруднительно; оранжевый дает только следы (0,0001), зеленый и голубой — 0,03, синий — 5,5, а фиолетовый — 10 единиц. На глубине 200 метров наступают трудности в определении энергии оранжевых лучей, а на глубине 500 метров такая же судьба постигает зеленые лучи. На глубине в 1 тысячу метров «угасают» синие лучи, а на глубине 1500 метров — и лучи фиолетовой части спектра. Это подтверждается опытом. В Средиземном море на глубину в 1700 метров была опущена в особом приборе фотографическая пластинка. Несмотря на трехчасовую экспозицию, пластинка не потемнела.

Человеческий глаз обладает наилучшей восприимчивостью к желтой, зеленой, голубой частям солнечного спектра, то-есть к лучам, имеющим относительно хорошее проникновение в воду. При опускании в гидростате человек может различать предметы на глубине до 300 метров, последние следы света для него исчезают не глубже 580 метров.

На глубине в 17 метров красные животные кажутся человеку черными в связи с ничтожным количеством здесь красных лучей. На глубине 50 метров вода имеет зеленую окраску, переходящую на 60 метрах в зеленовато-синюю. На 180 метрах вода синего цвета, а на глубинах в 500 метров кажется человеку черно-голубой или темно-сероголубой.

Глаз рыб особенно восприимчив к синей и даже фиолетовой части спектра. Рыбы близоруки, зато вблизи они могут различать предметы при ничтожных следах света. Так, опыты с рыбой лепомис показали, что она видит при освещении, которое человеческий глаз уже не воспринимает. При таких ничтожных «крохах» света эти рыбки видят двухмиллиметровых рачков на расстоянии в сантиметр, а предметы диаметром в два сантиметра на расстоянии в 10 сантиметров. Можно предположить, что глубоководные рыбы с телескопическими глазами довольствуются еще меньшими проблесками света и видят на большем расстоянии.

С проникновением в воду лучей разного цвета связана и окраска многих морских животных. Известно, что окраска живых существ является в большинстве случаев маскировкой, помогающей организму скрываться от врага. Многие животные выработали замечательную способность быстро менять свою окраску в зависимости от того, на каком фоне они живут. Маленькая креветка (рачок), живя среди веточек зеленых растений, становится и сама зеленой; попав на красную водоросль, она скоро становится красной. Общеизвестна быстрая смена не только окраски, но и рисунка у камбал, в зависимости от цвета и структуры дна.

У большинства животных окраска постоянная, причем она является дополнительной по отношению к лучам света, проникающим на глубину их обитания. Животные выглядят при этом серыми. Окрашенные в зеленый цвет обитатели поверхностных вод при освещении большим количеством красных лучей становятся серыми. Жители более глубоких слоев окрашенные в красный цвет, становятся серыми при освещении зелеными лучами, господствующими на этой глубине.

С ничтожным количеством света на больших глубинах связаны синие, фиолетовые и черные тона глубоководных животных. У обитателей десятикилометровых глубин, где нет света, окраска почти отсутствует, и они выглядят белыми.

Свет играет особо существенную роль в жизни моря. Распространение растений в глубину зависит от проникновения света в воду. Водные растения нуждаются в солнечном свете, особенно от красной до зеленой части солнечного спектра, а эти лучи не доходят до значительной глубины. Вот почему так мало водорослей встречается на глубинах более 100 метров.

Прикрепленные ко дну водоросли имеют окраску от зеленой, у обитателей прибрежных вод, и до красной — на больших глубинах. В отличие от животных эта окраска хотя и является дополнительной, но играет не защитную роль, а способствует максимальному использованию энергии соответствующих лучей спектра.

У животных нет такой зависимости от света, как у растений. Поэтому они могут населять всю толщу вод океана.

Изменение света в течение суток вызывает суточные вертикальные перемещения живых существ. Миллиарды мелких рачков, червей, мелких рыб и других животных уходят днем от света в глубину моря, а вечером подымаются к поверхности. За ними, в поисках пищи, совершают вертикальные миграции сельди, сардины и другие рыбы.

Таким образом, с распределением света связаны важнейшие жизненные явления океана.

* * *

Большое значение для географического распределения живых существ имеет температура воды. Она очень сильно меняется в зависимости от географического положения и глубины.

В Тропической области температура поверхностных слоев воды обычно выше 20 градусов С, на глубине в 200 метров — менее 15 градусов, на глубине 1 тысячи метров — около 4–6 градусов, глубже — около 2–3 градусов. В Умеренной области температура океанических вод на поверхности — около 10 градусов, на глубине 1 тысячи метров — около 7 градусов. В полярных морях температура воды на различных глубинах часто бывает ниже нуля.

Обычно поверхностные воды — самые теплые, затем идет очень слабое понижение температуры до некоторой глубины, где наступает резкое изменение температуры воды. Здесь она становится значительно холоднее. Этот слой носит название «слой температурного скачка». Он обычно лежит на различных глубинах — от 15 до 100 метров. Замечательная особенность этого слоя-скачка заключается в том, что в связи с резким изменением температуры меняется и плотность воды. При одинаковой солености с понижением температуры увеличивается удельный вес воды, а следовательно, растет и плотность. Иногда возрастание плотности столь велико, что слой температурного скачка образует как бы «водяное дно», которое моряки-подводники называют «жидкий грунт».

Суточные изменения температуры воды очень малы, к тому же они наблюдаются преимущественно в прибрежных районах или в небольших заливах и бухтах.

Более значительны сезонные изменения в температуре воды. Особенно они сказываются в поверхностных слоях воды до 500 метров. Глубже температура воды почти не меняется. В зависимости от места сезонные изменения весьма различны; всего больше они в Умеренной области. Например, у берегов Англии сезонные изменения в температуре верхних слоев воды выражаются почти в 10 градусов, а в Черном море — до 15 градусов. В Экваториальной области сезонные отличия температуры не превышают 2 градуса, а в полярных морях они еще меньше.

Как ни сильно греет солнце в тропиках, но температура воды в океане не бывает выше 30 градусов. Объясняется это большой теплоемкостью воды, охлаждением воды при испарении за счет скрытой теплоты испарения и непрерывным перемешиванием вод океана.

Благодаря сильному испарению с поверхности океана в Тропической области воды становятся более солеными, а следовательно, и более плотными. Более тяжелые воды опускаются вниз, вытесняя из глубоких слоев кверху более легкие, при этом воды перемешиваются. К северу и к югу от тропиков увеличение плотности воды происходит при охлаждении. Благодаря этому зимняя холодная вода начинает опускаться вниз, вызывая тем самым глубокое перемешивание вод. Летом поверхностные воды прогреваются, но еще до осени в глубинных слоях некоторых морей сохраняется зимняя охлажденная вода. Только осенью и зимой произойдет выравнивание температуры воды различных слоев.

Вертикальное перемешивание снабжает глубинные слои кислородом и теплом, а поверхностные слои питательными веществами, столь необходимыми для развития водорослей.

Воды океана находятся всегда в движении. Взамен идущим по поверхности от экватора к полюсам теплым водам в глубине от полюсов к экватору движутся холодные воды с температурой около 2 градусов. В Экваториальной области они поднимаются кверху. Здесь только поверхностные воды — до 50–100 метров толщиною — самые теплые по сравнению с водами в других районах. Глубже 200 метров вода на экваторе холоднее, чем на соответствующей глубине в Умеренной области. Только на глубинах в 2–4 километра и ниже температура везде почти одинакова — около 2 градусов. Это воды, пришедшие из полярных районов, особенно из Антарктики.

Естественно, самые холодные воды — воды Северного Ледовитого океана и воды, омывающие Антарктиду. Соленая морская вода замерзает не при 0 градусов, а при более низких температурах. Чем выше соленость воды, тем более низкая температура необходима для превращения ее в лед.

Воды с соленостью в 35 ‰ замерзают при температуре минус 1,9 градуса. Воды с весьма низкими температурами составляют основную массу вод полярных морей, кроме тех районов, куда проникают более теплые воды Атлантического или Тихого океанов.

С распространением вод, имеющих различную температуру, тесно связано географическое распределение обитателей Мирового океана. Это позволило ученым районировать Мировой океан на пять биогеографических областей: Арктическую и Антарктическую области, для которых характерны низкие температуры воды и пловучие льды не только зимою, но и летом; Северную и Южную умеренные области, для которых особенно характерны значительные сезонные изменения в температуре вод зимою и летом и наличие во многих морях Умеренной области льдов зимою; Тропическую — с постоянно высокой температурой поверхностных слоев воды, где сезонные различия не превышают 2 градусов.

Изменение температуры воды влияет на жизнь всех морских организмов. У многих видов сроки размножения приурочены к определенным температурным условиям. Часто наблюдается массовая гибель икры и личинок, если в период размножения неблагоприятно изменилась температура вод. С прогревом и похолоданием вод связаны сроки подхода рыбы к берегу и обратной их откочевки в море.

В связи с изменением температуры воды в течение года происходит такая же смена сезонных явлений в жизни моря, как и в жизни суши. Наблюдается не только смена форм, но и резкие изменения в количестве организмов.

Исследования температуры воды океанов и морей имеют также огромное значение для изучения и понимания климата в различных частях суши. При этом приходится считаться с некоторыми замечательными температурными особенностями воды.

Вода обладает значительно большей теплоемкостью, чем воздух; чтобы нагреть на один градус равные объемы воды и воздуха, надо затратить при нагревании воды в 3 тысячи раз больше тепла, чем при нагревании воздуха. Зато при охлаждении вода выделит такое количество тепла, которым можно нагреть на один градус 3 тысячи равных объемов воздуха.

Теплоемкость воды так велика, что при образовании льда из одного объема воды выделяется тепло, которым можно нагреть на один градус 250 тысяч равных объемов воздуха. Благодаря всему этому, а также малой теплопроводности воды и льда, полярные моря не промерзают до дна, несмотря на долгую и холодную зиму.

Средняя температура поверхностных вод Мирового океана 17,4 градуса, тогда как средняя температура приземного слоя воздуха всего 14,4 градуса. Таким образом, океан является «печкой», в которой запасено много тепла.

Все лето идет нагревание воды. Океан поглощает громадное количество тепла. В это время море холоднее суши и ветер с моря несет прохладу. Тогда на побережье не так жарко, как в глубине континента. Зимою нагревшиеся за лето массы воды отдают часть тепла воздуху. Ветер уносит это тепло и испарившуюся воду далеко вглубь суши, смягчая и увлажняя климат приморских стран зимою.

С поверхности океанов и морей испаряется более 300 тысяч кубических километров воды в год. Из этого количества 10 процентов в виде осадков выпадают на землю, возмещая полностью испарение влаги над сушей, которое составляет 31 тысячу кубических километров. Испарившаяся в тропиках и перенесенная ветром на север и на юг вода охлаждается; при этом выделяется масса тепла.

Влажные теплые ветры с океана вместе с течениями создают условия, при которых лежащий далеко на севере Мурманск является незамерзающим портом, а лишенная этих условий Одесса нуждается в ледоколах для проводки судов зимою. На одинаковой широте находятся Красноярск и Рига. Но первый лежит далеко от моря, и климат его совсем не похож на климат Риги. В Риге зима очень мягкая и недолгая, летом идут частые дожди, а в Красноярске — холодная зима и жаркое, сухое лето. Климат Риги — морской, а Красноярска — континентальный. Таких примеров можно привести очень много.

«Шуба» океана

В зависимости от температуры меняется плотность воды.

Известно, что наибольшая плотность чистой воды наблюдается при 4 градусах, а температура замерзания 0 градусов. Если вода соленая, то она замерзает при более низкой температуре. Температуры наибольшей плотности и замерзания все время расходятся. Оказывается, только при солености в 24,7 ‰ температура замерзания и наибольшей плотности является одинаковой и равна минус 1,33 градуса.

При замерзании морской воды в лед превращается лишь чистая вода. Соли не образуют со льдом единой кристаллической массы. Часто они вымораживаются на поверхности льдины, где появляются тогда кристаллы затейливого узора — «ледяные цветы». При морозе в 25–30 градусов ледяные кристаллы смерзаются настолько плотно, что лед приобретает крепость, равную прочности кирпичной кладки. Многолетний лед становится совсем пресным. Этим пользуются мореплаватели, чтобы запастись питьевой водой.

При замерзании воды объем образовавшегося льда увеличивается почти на 9 процентов по сравнению с объемом воды, из которой он образовался. Таким образом, получается, что плотность льда меньше плотности воды и лед плавает. Плавающие льдины выступают над поверхностью моря только на 1 / 8 – 1 / 10 часть своей массы. Остальная часть ледового поля находится под водой.

Лед обладает малой теплопроводностью и, плавая на поверхности моря, препятствует дальнейшему промерзанию водной толщи.

В местах, где реки впадают в море и поверхностные воды сильно опресняются, вода замерзает раньше и льдины получаются более массивными. Вообще же этот лед редко бывает более 2 метров толщины. Особенно массивным, естественно, является полярный пак — так называют многолетний лед, образовавшийся в Северном Ледовитом океане. Пак достигает толщины в 3–6 метров.

Как образуется ледяное поле? Сначала в море появляются ледяные иголки-кристаллы, их трудно различить в воде простым глазом, но когда скопление ледяных иголок становится значительным, поверхность моря покрывается как бы масляными пятнами. Поэтому эти скопления несмерзшихся ледяных игл и носят название сало. Смерзаясь, сало образует ледяную корку, которая в спокойной бухте может покрыть всю поверхность воды. Но в море тихая погода — редкое явление. Волнение препятствует появлению сплошного покрова на больших пространствах, и пленочки ледяной корки смерзаются в небольшие ледяные «блины» — до 30 сантиметров в диаметре. Так как эти «блины» сталкиваются друг с другом, то по их краям образуется характерный бортик. В таком виде этот лед называется блинчатым льдом. Блинчатый лед, смерзшийся в ледяные поля до 10 сантиметров толщиной, называют молодик. Этот молодик растет сверху и снизу. Падающий снег превращается в легко замерзающую ледяную кашицу. Снизу также идет намерзание льда; к молодику прилипает все большее и большее количество ледяных кристаллов из верхнего слоя воды моря. Постепенно ледяное поле вырастает до метра толщиною и площадью в несколько гектаров. Ветер сталкивает ледяные поля, и они разламываются. По краям от сильных ударов нагромождается масса мелких кусков льдин, и получается ледяной вал высотой в 2–3 метра и даже больше. Так растут торосы.

Среди льдов.

Полыньи между льдинами при спокойной погоде вновь заполняются молодым льдом. Он способствует смерзанию обломков ледяных полей в одну сплошную массу. Вал торосов, находящийся сначала по краям льдины, может оказаться в середине нового ледяного поля. В движении под действием ветра и течений льды ломаются, между ними появляются разводья, и льды плывут, или, как часто говорят про них, дрейфуют.

Во многих морях умеренного пояса льды появляются только зимою. Совсем другое дело в полярных морях. Здесь льды держатся и зимою и летом. Только летом замерзание морской воды прекращается или идет очень медленно, а в некоторых районах лед даже тает. Летом образуются большие пространства чистой воды. В появлении их особенно велика роль ветра.

Разрежением льдов в сибирских полярных морях стараются пользоваться советские моряки, плавая по трассе Северного морского пути. По ней идут корабли из Мурманска и Архангельска на Дальний Восток и обратно. Нередко льды препятствуют прохождению каравана. Тогда на помощь приходят ледоколы.

Осенью и зимою замерзание идет очень быстро, и все море покрывается ледяными полями, между которыми остаются лишь узкие пространства чистой воды — полыньи. Сплошного покрова льда, как на озере, в море образоваться не может. Этому препятствуют волны, приливы, отливы и ветер.

Ледяные поля часто бывают весьма значительны. Отдельные ледяные поля площадью 1–2 гектара смерзаются в массивы в десятки гектаров. Со временем старые торосы, торчащие среди этих льдин, сглаживаются и образуются довольно ровные поля. Ледяное поле, на котором была оборудована станция «Северный полюс», приняло четыре больших самолета и просуществовало много месяцев, дрейфуя через Ледовитый океан. А ведь вес одного такого самолета с грузом превышал 30 тонн.

Полярные льды находятся всегда в движении. Господствующие ветры в высоких широтах имеют направление с востока на запад. Основной вынос льдов из центральной части Северного Ледовитого океана направлен в сторону Гренландского моря. Пространство между Шпицбергеном и Гренландией служит главными воротами, через которые идет разгрузка льдов Северного Ледовитого океана. А льдов здесь образуется много. Они сплошным потоком движутся вдоль восточных берегов Гренландии, пока не достигают теплых вод Атлантического океана, где и тают. В большинстве своем льды, прошедшие через Северный Ледовитый океан, — старые, многолетние льды.

В центральной части Ледовитого океана дрейфуют льды медленно: 1–2 километра в сутки. Чем ближе к Гренландскому морю, тем больше ускоряется дрейф. Вдоль восточных берегов Гренландии льдины плывут со скоростью более 10 километров в сутки. Здесь движется поток льдов шириной до 500 километров. С Восточно-Гренландским течением в Атлантику поступает ежегодно почти 13 тысяч кубических километров льда, треть всех льдов Северного Ледовитого океана.

В Северном Ледовитом океане только западная часть Баренцова моря и восточная часть Гренландского моря зимою свободны от льдов. Летом граница сплошных льдов отодвигается на север. Совсем освобождаются от льдов Белое и Баренцово моря. В последнем льды остаются только в самом северном районе, вблизи Земли Франца Иосифа и к юго-востоку и востоку от Шпицбергена. Уменьшается сплоченность льдов в Карском море, море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском (особенно вблизи Берингова пролива).

Количество льдов на поверхности моря определяется по десятибалльной системе. Она основана на глазомерной оценке льдов, покрывающих поверхность моря. Если 10 процентов видимой поверхности воды покрыты льдом — это значит, что количество льдов равно одному баллу, если ледяные поля занимают 20 процентов видимой поверхности моря — двум баллам и т. д. 10 баллов означают сплошные льды.

Большое значение при плавании во льдах имеют специальные корабли, называемые ледоколами.

Построенный Степаном Осиповичем Макаровым ледокол «Ермак» плавает уже более 50 лет. Срезанный, как у саней, нос «Ермака» помогает ему «въезжать» на лед и тяжестью своего корпуса продавливать его. Благодаря своему яйцеобразному корпусу ледокол не может быть раздавлен при сжатии льдов, как обычный корабль, а будет «выжиматься» на лед.

Советские кораблестроители построили более мощные ледоколы для обслуживания трассы Северного морского пути.

Ледокол «И. Сталин».

Нередко в море плавают огромные ледяные горы, их называют айсбергами. На севере ледяные горы обычно встречаются в водах вблизи Канадского архипелага, Гренландии, Шпицбергена и Земли Франца Иосифа, Северной Земли. Особенно грандиозны ледяные горы в Антарктике.

Начало айсбергам дают ледники, спускающиеся с гор полярных земель; ледник постепенно ползет от вершины к морю. Достигнув берега, лед входит в море и первое время ползет по дну, но затем с удалением от берега и увеличением глубины «всплывает». Между подошвой ледника и дном появляется слой воды. Ледяная масса как бы плывет по поверхности моря, но она еще накрепко соединена с основной частью ледника. Появляются трещины, которые, увеличиваясь, откалывают часть льда. В ужасном грохоте, подобном залпам сотен орудий, рождается плавающая ледяная гора.

Горе неосторожному кораблю, близко подошедшему к стене ледника в момент, когда начинается отламывание льда! Столкновение с ледяной горой грозит катастрофой кораблю.

Айсберги бывают пирамидальной или столообразной формы. Высота пирамидального айсберга около 50 метров и длина около 130 метров, а столового, соответственно, — 30 метров и 500 метров. Но бывают айсберги-гиганты, особенно в Антарктике. Так, около Фолклендских островов видели пирамидальный айсберг высотой более 500 метров. В 1927 году к северо-востоку от Южных Шотландских островов наблюдали столовый айсберг длиною в 170 километров и высотой в 40 метров.

В разное время встречали столовые айсберги от 120 и до 150 километров и высотой над уровнем моря до 90 метров. Объем таких айсбергов колоссален, около 500 кубических километров! Это не должно нас удивлять. Ведь надводная часть пирамидального айсберга составляет только одну треть объема ледяной горы, а у столового только одна пятая часть возвышается над уровнем моря. В наши дни открыты гигантские «ледяные острова», они существуют десятилетия. Советские полярники обнаружили такие плавающие острова и в Северном Ледовитом океане.

Многие из них имеют площадь в несколько десятков и даже сотен квадратных километров. В 1953 году сообщалось, что на одном из таких островов, дрейфующем в центре Северного Ледовитого океана, устроена американская военно-воздушная база.

Много споров всегда вызывало существование на севере так называемых «легендарных» земель. В 1810 году Яков Санников видел с Новосибирских островов «землю». Район этой «Земли Санникова» неоднократно обследовался советскими полярниками: никакой земли не обнаружили. Такова судьба «Земли Андреева» и многих островов, называемых «легендарными». Видели их люди, которым можно и должно доверять, — так в чем же дело?

Обобщая наблюдения советских полярников и свои личные, В. Ф. Бурханов пришел к заключению, что эти «исчезнувшие» земли являлись гигантскими ледяными островами, которые и принимались за землю. Они очень медленно двигаются из-за своей громадной массы, а натолкнувшись на мелкое место, останавливаются на долгое время.

Иллюзия открытия настоящей земли усугубляется еще и тем, что на ледяных островах имеются гряды камней, часто большой величины, песок и почва.

Благодаря тому, что главная масса айсберга находится под водой, его дрейф зависит преимущественно не от ветра, как у обычных ледовых полей, а от течений. Часто можно видеть, как айсберг, точно ледокол, ломает льды, образуя широкий канал чистой воды.

Пирамидальный айсберг.

Как бы долго ни плавали айсберги в Северном Ледовитом океане, они в конечном счете попадают в Атлантику и, двигаясь на юг, постепенно тают. Они опускаются гораздо южнее, чем ледяные поля. В 1912 году большой английский пароход «Титаник» на пути из Европы в Америку столкнулся с такой ледяной горой на 41°40′ северной широты и затонул. Погибло около полутора тысяч человек.

Антарктические ледовые горы встречались на 44° южной широты, то-есть в районах, отстоящих на 2 тысячи километров от материка.

Льды являются не только неотъемлемой физико-географической частью природы полярных морей. К жизни на льдинах приспособились многие арктические животные. Среди ледяных полей можно встретить белого медведя. Здесь рождаются и проводят первые дни жизни тюлени и моржи. На льдах Антарктики живут пингвины. Льды разносят различные вмерзшие в них организмы, по ним можно даже судить о месте образования льдины. На льдах поселяется особая микроскопическая водоросль, придающая коричневато-красноватый отсвет поверхности ледяных полей. Льды препятствуют проникновению света в воду, влияя тем самым на жизнедеятельность обитателей водной толщи.

Вечное движение

Широко расстилается море. Безбрежна его волнистая поверхность. Кто хоть один раз в жизни видел море, никогда не забудет его. Первое, что поражает человека при виде моря, — это вечное движение. Все время плещется морская волна у берега, и морские течения несут в далекие края свои воды. Можно часами смотреть на поверхность моря и не найти двух волн, похожих друг на друга. Вечно изменчиво и бесконечно разнообразно море. Двигаются воды, набегая в прилив на берег и отступая в отлив, широко обнажая морское дно. Мощные течения, более громадные, чем самые большие реки, разносят массы воды на север и на юг, на восток и на запад.

Почему же происходят эти перемещения? Где тот источник энергии, который приводит всю эту массу воды в движение? Ведь без энергии не может быть работы. Главным источником энергии, приводящим в движение воды океанов и морей, является Солнце. Только в отношении приливов и отливов оно уступает первенство Луне.

Но само Солнце двигать воды океанов не может. Оно делает это с помощью ветра. Солнце посылает много тепла на Землю. Так как оно неодинаково нагревает различные районы Земли и по-разному нагревает сушу и моря, то воздух приходит в движение. Образуется ветер. От трения ветра о поверхность моря возникают волны. Но этого мало. Долго дующий в одном направлении ветер создает перемещение огромных масс воды — течение. Недаром известный русский геолог И. В. Мушкетов называл его «богатырем».

Из-за неравномерного нагрева Солнцем Земли создается система постоянного движения воздуха. Прежде всего надо упомянуть про пассаты, непрерывно дующие в северном полушарии с северо-востока на юго-запад, а в южном — с юго-востока на северо-запад. Ими широко пользовались наши великие соотечественники, когда на парусных кораблях отправлялись в кругосветные плавания. Пассаты дуют со скоростью 6–8 метров в секунду.

Пассаты вызывают экваториальные течения, несущие воду в западном направлении. В Умеренной области господствуют западные ветры; они подхватывают нагретые воды и создают течения, идущие в восточном направлении. В Арктической области преобладают восточные ветры, они направляют течения воды с востока на запад. Эти же ветры двигают и массы льдов.

Система преобладающих постоянных течений частично изменяется под действием различных обстоятельств. Прежде всего это зависит от физических преград — суши или глубины места. Они отклоняют течения. Благодаря неравномерности в силе ветра в различных частях его фронта возможно образование противотечения. Таково происхождение экваториального противотечения — мощного движения воды, идущего в межпассатной области с запада на восток.

В романе Жюля Верна «Дети капитана Гранта» рассказывается о записке, найденной в бутылке, плавающей в океане. Такую брошенную посредине океана бутылку прибило течением к берегу, и она сообщала о бедствии, постигшем мореплавателей. В старые времена для потерпевших кораблекрушение это был почти единственный способ сообщить о постигшем их несчастье.

Морские течения распространяются на большие пространства. Они пересекают океаны и моря. Недаром на берегах Англии и Норвегии часто находят стволы тропических деревьев. Громадные сибирские деревья, унесенные половодьем, оказываются на Новой Земле, на Шпицбергене и даже в Гренландии. Буйки от мин, поставленных в 1914 году в европейских водах, находили на берегах Новой Земли. Известны случаи, когда на берегу кораллового островка вырастают пальмовые рощи. Это течение доставило к острову кокосовые орехи.

На направление движения частиц воды влияет также отклоняющая сила вращения Земли. Благодаря этой силе частицы воды в северном полушарии отклоняются вправо, а в южном — влево.

Неодинаковый нагрев суши и моря летом и зимой создает перемещение воздушных масс, которые приводят в движение воды океанов.

Летом суша нагревается сильнее, чем море. Над ней давление воздуха становится меньше, чем над морем. Следовательно, понизу массы воздуха перемещаются с моря на сушу, а поверху наоборот. Устанавливаются длительно действующие ветры с моря; их называют летними муссонами.

Зимою суша охлаждается значительно сильнее моря. Давление воздуха над сушей становится большим, чем над морем, и устанавливаются постоянные ветры с суши на море. Это — зимний муссон.

Муссонами пользовались еще в древние времена жители прибрежных стран. Само слово «муссон» древнего, арабского происхождения и означает «сезон».

На движение воды оказывают влияние также циклоны и антициклоны.

Скользящие по поверхности холодных масс теплые воздушные массы, в силу вращения Земли, приобретают вихреобразное вращательное движение. Давление внутри вихря уменьшается. Так образуется циклон. Движение ветра в циклоне в северном полушарии направлено против часовой стрелки, в южном — наоборот, по часовой стрелке. Область, охватываемая циклоном, доходит до сотен километров в поперечнике. Перемещение центра циклона может происходить с огромной скоростью, в несколько десятков километров в час.

Зимою над сушей, а летом над морем воздушные массы холоднее. Там, где воздух холоднее, давление больше. Воздушные массы в северном полушарии двигаются по часовой стрелке, а в южном — против часовой стрелки. Так образуются антициклоны. Антициклоны могут иметь диаметр в тысячи километров и захватить целый материк.

Вполне естественно, что в зоне действия циклонов и антициклонов наблюдается совершенно различный характер погоды. Циклоны приносят с собою резкие смены погоды, облачность, осадки. Антициклоны влекут за собою осенью и зимой понижение температуры. Летом при антициклоне устанавливается ясная, сухая погода.

Ветровые течения гонят воду к наветренному берегу. Таким образом, уровень воды здесь должен повышаться, а у противоположного берега понижаться. Но вода стремится уравновеситься. Это создает противоположное течение в глубине моря. В первом случае мы имеем дело с нагоном воды, когда к берегу прибывает много теплой, поверхностной воды. Во втором случае — со сгоном воды, когда взамен ушедшей по ветру теплой воды из глубины к поверхности подымутся холодные воды.

Эти простейшие влияния ветра на движение вод не раз испытали на себе отдыхающие на пляже. Часто в ясный, теплый солнечный день вода у берега бывает так холодна, что только закаленным физкультурникам доставляет удовольствие купаться. Значит, ночью дул ветер с берега. Наоборот, когда ветер дует с моря, то и в пасмурную погоду вода будет теплой.

Как видим, даже переменчивые ветры могут вызвать значительные перемещения водных масс. Представим же себе, какую работу совершают постоянные ветры — пассаты — в океане! Действительно, они приводят в движение такие громадные массы поверхностной воды, что трудно подобрать сравнение в нашей повседневной жизни.

Тысячелетиями дуют в Тропической области океана пассаты. В экваториальной части Атлантического океана они гонят воду в Мексиканский залив. Прибывшие воды начинают искать выхода, и вода вытекает мощным течением (Гольфстрим) через Флоридский пролив в северную половину Атлантического океана. 90 миллиардов тонн воды в час — такова мощь течения Гольфстрим при его выходе из Мексиканского залива! Поток Гольфстрим имеет глубину в 800 метров. Скорость течения во Флоридском заливе достигает 8 километров в час.

Обычно скорость течения в океане небольшая. Редко она более 2 километров в час. Но эти скорости течений характерны только для поверхностных слоев; с глубиной скорость течения резко снижается.

Уже первые путешественники в Америку писали о теплом течении, скорость которого была такова, что корабли, несмотря на попутный ветер, не только не двигались против течения, а, наоборот, дрейфовали против ветра. Капитаны кораблей, приходящих из Америки в Англию, проделывали свой маршрут быстрее, нежели плывущие из Англии в Америку. Они пользовались течением, идущим из Мексиканского залива в направлении к европейским берегам. Природу этого явления выяснил в XVIII веке знаменитый физик Франклин. Франклин нанес это течение на карту. Оно получило название «Гольфстрим» — течение из залива («гольф» — по-английски залив, «стрим» — течение).

Гольфстрим доходит до Ньюфаундленда. Здесь под влиянием северо-западных ветров течение поворачивает на восток, разбивается на ряд струй. Мощные западные ветры увлекают порожденное Гольфстримом атлантическое течение на северо-восток, оно пересекает северную часть Атлантического океана и устремляется, прижимаясь к берегам Европы, на север. Часть атлантических вод входит в Баренцово море. Главные массы, мощной струей огибая Шпицберген, устремляются в Северный Ледовитый океан.

Вещественным доказательством южного происхождения атлантических вод, вливающихся в Северный Ледовитый океан, является плод вест-индского растения энтада гигалобиум, найденный у берегов Шпицбергена, под 80° северной широты. На станции «Северный полюс» были сделаны интересные наблюдения над распределением температуры в Северном Ледовитом океане. Температура разных слоев воды, оказывается, отличается весьма резко. Поверхностные воды до глубины почти в 200 метров имеют температуру до минус 1,7 градуса С. Воды с максимальной температурой (до плюс 1–2 градуса) занимают преимущественно слой от 200 до 800 метров глубины. Глубже опять идут воды более холодные, с температурой в 0,8 градуса С. Происходит это оттого, что теплые воды атлантического течения, входящие в Северный Ледовитый океан, отличаются более высокой соленостью, чем опресненные сибирскими реками поверхностные полярные воды. Атлантические воды, как более тяжелые, начинают погружаться до глубины, при которой они уравновешиваются с окружающими водами. Таким слоем являются глубины от 150–200 до 800–1000 метров. Опуститься на дно атлантические воды не могут, так как при равной солености они значительно теплее, чем глубинные воды Ледовитого океана.

Пальмовые рощи выросли из орехов, принесенных течением.

Чем дальше двигается атлантическая вода, тем больше тепла она теряет. А раз так, то она опускается все глубже и глубже. Наконец, в дальних от входа районах атлантические воды становятся настолько холодными, что опускаются на большие глубины. Так образуются глубинные воды Ледовитого океана.

В море Бофорта и близлежащем районе Полярного бассейна, помимо вод атлантического происхождения, имеются и тихоокеанские воды. Они теплее полярных вод, но их температура все же около минус 1,0 градуса. Располагаются эти воды на глубинах в 100 метров, то-есть выше атлантических.

Огромен размах замечательного движения вод, начавшегося в Экваториальной области и заканчивающегося в Северном Ледовитом океане.

Подобные ветровые системы течений существуют во всех океанах. В Тихом океане мощные пассаты вызывают идущее на север и затем на северо-восток известное течение Куро-Сио.

Помимо теплых течений, в различных районах океана имеются и холодные поверхностные течения. Среди них особенно известны Восточно-Гренландское, прижимающееся к восточным берегам Северной Америки, и Ойя-Сио, идущее вдоль восточных берегов Камчатки. В южном полушарии, наоборот, холодные течения распространяются вдоль западных берегов Южной Америки, Африки и Австралии.

Создаются громадные кольца океанических течений, расположенные к северу и к югу от экватора. В образовании этих колец участвуют как теплые, так и холодные течения.

В системе постоянных течений, кроме ветровых, большое значение имеют также течения, образующиеся в результате различий в нагревании самой воды. Нагревание воды изменяет ее плотность. Различие же в плотности создает течение. При этом менее плотные воды будут распространяться поверху, а более плотные — понизу.

Плотность морской воды зависит от ее температуры и солености. При равной солености холодные воды тяжелее теплых. Поэтому в океане, где соленость воды одинакова, теплые, пришедшие из Тропической области воды, охлажденные на Севере и в Антарктике, опускаются в глубину и двигаются к экватору. Вблизи экватора холодные воды начинают подыматься вверх, так как теплые воды уходят из Экваториальной области на север. Этим объясняется удивительное явление, что в Экваториальной области температура воды на глубине в 100 метров гораздо холоднее, чем на той же глубине на расстоянии в 3000 километров к северу и к югу от экватора.

Течения, основанные на разности в плотности воды, переносят огромные массы воды из полярных областей к экватору и от последнего в полярные районы, хотя двигаются эти воды очень медленно. Масса их по сравнению с поверхностными водами огромна.

Глубинные течения несут в тропические районы много питательных веществ. Если бы этого явления не было, то жизнь в Экваториальной области океанов была бы чрезвычайно бедна, особенно в Индийском и Тихом океанах. В самом деле, благодаря высокой температуре воды темп жизни в Тропической области весьма интенсивен, а запасы питательных веществ пополняются слабо. Питательные вещества, находящиеся на дне, недоступны для обитателей поверхностных слоев. Ведь до дна 5–6 и более километров! Поднять питательные вещества с таких глубин вертикальным перемешиванием трудно. Реки, несущие эти вещества, находятся очень далеко от центральной части океана.

Для создания мировой карты течений много сделали русские кругосветные мореплаватели XIX столетия. На десятках кораблей велись разнообразные исследования. Наиболее важные результаты были получены С. О. Макаровым во время его кругосветного путешествия на корвете «Витязь».

Трудами наших отечественных океанографов нанесены на карты все важнейшие течения в морях, омывающих берега нашей Родины. Так, Н. М. Книповичем была составлена карта течений в Баренцовом море. Советские ученые заново исследовали и пересмотрели это явление, и появилась прекрасная карта течений Баренцова моря, показывающая связь его с Атлантическим океаном на западе и Северным Ледовитым океаном на севере и востоке. Благодаря трудам В. А. Березкина, В. Ю. Визе, Н. Н. Зубова и большой группы ученых-полярников на карте появились течения Северною Ледовитого океана и полярных морей СССР. Схема течений в дальневосточных морях была составлена после работ советских экспедиций; особенно большую роль в этом отношении сыграли экспедиции 1932 года, проведенные под руководством К. М. Дерюгина. Течения в наших южных морях определены работами И. Б. Шпиндлера, Ю. М. Шокальского, Н. М. Книповича и других.

В Советском Союзе организованы регулярные наблюдения над изменениями течений. Ученые установили, что в наше время наблюдается повышение циркуляции атмосферы. Это влечет за собой усиленный вынос льдов из центральной части Северного Ледовитого океана и более сильное вторжение атлантических вод. Известно, что станция «Северный полюс» и ледокольный пароход «Г. Седов» дрейфовали значительно быстрее, чем за 44 года до них дрейфовал Нансен на «Фраме».

С усилением циркуляции повышается температура воздуха. Вот почему современный период многие называют периодом «потепления Арктики». Средняя температура воздуха в Северной Европе сейчас выше, чем была 40–50 лет тому назад. Значительно расширилась область распространения в Баренцовом море важных промысловых рыб: трески, пикши, морского окуня, сельди.

* * *

Не только течения вызываются ветром. В жизни моря большое значение имеют также волны.

С волнами в океане у человека связано представление, как о самом грозном явлении морской стихии. Действительно, даже волны высотой в 6 метров и длиною в 80 метров с периодом в 10 секунд (это нередко бывает в Черном море) имеют запас энергии в 3600 килограммометров на каждый метр фронта волны, то-есть протяжения вдоль гребня. Однако как ни велики волны в бурю, современный корабль вполне надежен для плавания.

Как образуются волны на поверхности моря?

Подуйте на воду, налитую в блюдце, и вы увидите, что даже от самого легкого дуновения по поверхности пойдут морщинки. Так и в природе. Легкий ветер вызывает рябь на поверхности воды. Происходит это от трения частиц воздуха о воду. Это трение — большая сила. Она и образует волны. Если энергия ветра не уменьшается, то из маленьких волн образуются большие. Все выше и выше будут подниматься гребни волн, и в сильный шторм волны достигают огромной величины. Так как волны обычно идут группами, то это породило легенду о «девятом вале». На самом деле такой периодичности в природе не наблюдается.

Сами по себе волны не создают течения воды.

«Гребни волн бегут, и нам кажется, — пишет академик В. В. Шулейкин в книге „Очерки по физике моря“, — что с ними уносятся все дальше и дальше определенные частицы воды. Но не верьте своим глазам, они вас на этот раз обманывают. Чтобы убедиться в справедливости этих слов, бросьте в воду какую-нибудь щепку, пробку или какой-нибудь другой легкий предмет, способный плавать. Следя за ним, вы заметите, что волны будут словно проскальзывать под ним. Они будут только поднимать и опускать поплавок. Пропуская бегущие гребни волн, поплавок лишь движется вверх и вниз, а не следует за ними.

Вы не будете удивляться такой особенности этого движения, если вспомните волны, которые вызывает ветер, пробегая по другому „морю“ — морю ржи, пшеницы, овса. Там, в поле, вы тоже видите движение гребней волн, но вам никогда не придет мысль, что вместе с такими гребнями убегают от вас колосья хлебов. Каждый из них прикреплен к своему стеблю и может только качаться на нем, то склоняясь к земле, то вновь выпрямляясь.

Так и частицы воды непрерывно колеблются около своего положения равновесия, между тем как вам кажется, что массы воды куда-то уносятся вместе с волнами».

При определении различных явлений, связанных с волнами, условились считать: высотою волны — разность уровней гребня и подошвы волны; длиною — расстояние между двумя соседними гребнями; периодом волны — промежуток времени между прохождением через одну и ту же точку двух соседних гребней; скоростью — расстояние, пробегаемое гребнем волны в одну секунду; средней крутизною волны — отношение высоты к половине длины волны.

Ранее предполагали, что волны и на большой глубине так же велики, как и на поверхности. На самом деле это не так. Известно, что в подводной лодке на сравнительно небольшой глубине уже не ощущаются даже штормовые волны, бурно пенящие поверхность моря. С увеличением глубины постепенно затухают колебательные движения частиц воды, и на глубине, равной длине волны, колебания частиц уменьшаются более чем в 500 раз. Таким образом, штормовая волна в 8 метров высотою и длиною в 150 метров на глубине 150 метров практически почти полностью угасает. В прибрежной области, на мелководьях, волновое движение достигает дна. Снизу волна тормозится. Ее правильная форма разрушается. Образуется прибрежный бурун. Чем ближе к берегу, тем больше волновое движение у дна замедляется, а высота увеличивается, и верхушки волн с шумом опрокидываются на берег. Это явление называется прибоем.

Сила прибоя достигает 10–15 тонн на квадратный метр. Прибой ломает бетонные волноломы, прибрежные скалы и пристани. Он перемалывает камни, превращая их в обкатанную гальку и песок. Ударяясь в берег, волны вздымаются высоко вверх. Наблюдали взбросы волн до 40–50 метров высотою. За период шторма может быть намыт подводный вал в метр высотою.

Воде, пришедшей к берегу, очень трудно уйти опять в море. Ведь сзади первую волну подпирает вторая и так далее. Это приводит к тому, что в некоторых местах образуется обратное течение, которое с силой разрывает набегающую воду. В зоне прибоя скорость такого разрывного течения достигает 3,5 километра в час. Даже хорошему пловцу трудно преодолеть это течение. Зато легко справится с ним тот пловец, который не станет плыть к берегу против разрывного течения, а поплывет вдоль берега. Тогда он выйдет из зоны уносящего его в море течения и скоро сможет добраться до берега. Более того, волна, идущая к берегу, ускорит его возвращение на сушу.

В океане часто можно видеть громадные волны и в тихую погоду. Они являются отголосками шторма, разразившегося далеко от нас. Порожденные штормом волны уходят за пределы воздействия ветра. Эти волны называют зыбью. Зная направление, откуда пришла зыбь, можно определить место, где был шторм.

Вспомним, что происходит, когда мы бросаем в озеро камень. От места падения камня во все стороны быстро бегут морщинки — маленькие волны. А ведь ветра нет, и массы воды колеблются только потому, что вспученная вода, стремясь упасть, подымает соседнюю воду. Так и зыбь. Порожденные сильным ветром волны начинают распространяться, приводя в колебательное движение поверхность моря, и валы зыби быстро распространяются в океане. Волны зыби, в отличие от обычных ветровых волн, имеют правильную форму. Часто на зыби разыгрываются волны, вызванные местным ветром. Тогда характер волнения усложняется, и качка корабля усиливается.

Характер волнения, особенно морской зыби, в очень большой мере зависит от размеров бассейна. В океане наблюдались волны при скорости ветра в 30 метров в секунду высотою в 14,5 метра, длиною 376 метров, с периодом в 15,6 секунды и скоростью 24 метра в секунду. Особенно большие волны образуются в южном полушарии, где суша почти не ограничивает движение ветра и волн. Недаром капитаны парусных кораблей прошлого столетия окрестили воды этих широт — «ревущие сороковые».

Наблюдения показали, что образование волн начинается при скорости ветра более 1 метра в секунду. Существует зависимость высоты и длины волн от скорости ветра. Обычно волн выше 15 метров не бывает. Но вот в 1921 году в южной части Тихого океана наблюдали волны высотой в 21 метр. В 1922 году в Северной Атлантике видели волну высотою в 24 метра, а ведь это выше шестиэтажного дома! Наконец, в 1934 году в северной части Тихого океана точными измерениями была установлена высота волны в 34 метра!

Современному кораблю не страшны и такие громадные волны. Но представим себе, какое ужасное опустошение произведет такая волна в прибрежной области, особенно в районах Океании, где расположены тысячи коралловых островков, возвышающихся всего на несколько метров над уровнем океана! Все будет разрушено и смыто в море.

Максимальную длину волны зыби наблюдали в 824 метра; она имела скорость в 36 метров в секунду, то-есть распространялась со скоростью более 120 километров в час. На таких гигантских волнах качка корабля сравнительно невелика. Длина обычного корабля слишком мала, чтобы испытывать резкую качку при длине волны в 800 метров, Совсем другое дело в небольших морях. Здесь даже при высоте волны в 6 метров ее длина может быть всего около 70 метров. Следовательно, крутизна волны очень велика и корабль отчаянно качает.

При постройке корабля приходится учитывать сопротивление корпуса, который должен быть таким, чтобы выдержать и силу ударов волн и напряжение при подъеме корабля на волну. Порочная в этом смысле конструкция приведет к катастрофе. Бывают случаи, когда корпус корабля переламывается, не выдержав напряжений в различных частях судна, вызванных подъемом его на волну. В частности, именно этому обстоятельству обязаны своей печальной известностью некоторые типы американских кораблей, выпущенные во время второй мировой войны. Эти корабли были построены наспех и при шторме часто не выдерживали нагрузки и переламывались.

Чтобы уменьшить волнение, в старину на поверхность моря выпускали масло. Достаточно 50 кубических сантиметров жидкого масла, чтобы оно в течение 20 секунд растеклось на площади в 1500 квадратных метров тончайшей пленкой в 0,0002 миллиметра толщины и погасило бы мелкие волны. С этим явлением хорошо были знакомы русские поморы еще в древние времена. Академик Лепехин в 1772 году писал: «Средство сие состоит в ворванном сале, которое во время заплескивания судна льют в море, или пускают подле боков судна мешки, наполненные оным. Средство сие издревле нашим поморянам известно и за многие годы прежде было у них в употреблении, нежели европейские ведомости о сем средстве, как некоем важном открытии, были напомнены».

Понятно, что таким способом нельзя погасить большие волны. Но это дает возможность спустить при волнении моря шлюпку и посадить на нее людей, а в древние времена, когда плавали на мелких судах, можно было избегнуть сильной качки и заплескивания.

* * *

Когда землетрясение происходит на берегу моря и особенно на дне прибрежной области океана, то создаются огромные волны. В отличие от ветровых волн, эти волны захватывают всю толщу вод, до самого дна океана. Их называют цунами.

В 1863 году, во время извержения вулкана на острове Кракатау, в Зондском проливе образовалась волна, достигавшая 35 метров высоты и 524 километров длины. Эта волна была зарегистрирована на всем земном шаре. У Цейлона она имела высоту в 2,5 метра, у Капштадта — 0,25 метра, а у мыса Горн — 0,18 метра. В месте зарождения волна смыла с небольших близлежащих островов все, включая и почву. Она нанесла громадные опустошения и другим островам Малайского архипелага. Стоявшую у острова Ява канонерку занесло на 3 километра вглубь суши. Распространяясь в стороны, волна пересекла Тихий океан и через 23 часа 30 минут достигла южной оконечности Америки, мыса Горн. Далее, распространяясь через Атлантический океан, она через 32 часа 30 минут дошла до берегов Франции. Таким образом, менее чем за двое суток волна прошла 20 тысяч километров.

В 1896 году, во время землетрясения в Японии, возникла волна высотою в 15 метров. Через 10 часов 30 минут она пересекла Тихий океан и достигла Сан-Франциско. Волна произвела в Японии страшное опустошение, погибло около 27 тысяч человек.

Волны от подводных землетрясений часто обрушиваются на Гавайские острова, лежащие открыто в океане. Так, 1 апреля 1946 года от подводного землетрясения, происшедшего вблизи острова Унимак (в группе Алеутских островов), возникли гигантские волны. Распространиться далеко на север они не могли — мешала Алеутская гряда. Здесь волны достигли огромной высоты, были разрушены дома, стоявшие на высоте в 30 метров над уровнем моря. Зато на юг открывалась широкая дорога. Через 5 часов волны достигли Гавайских островов. Волна «пробежала» расстояние в 3700 километров со скоростью 750 километров в час. Эту волну наблюдали и у берегов Калифорнии. Она обрушилась с громадной силой на берег, ломая скалы и бетонные сооружения. Находившимся в океане судам волны не причинили вреда. Ведь расстояние между гребнями волн было около 150 километров! При такой длине волны даже самые высокие волны выглядят в открытом океане мелкими «бугорками».

Волны в открытом море никакого ощутимого вреда живым существам не причиняют. Совсем другое дело в прибрежной области. Здесь организмам пришлось приспособиться к жизни в условиях физического воздействия волн.

Как ни ужасны разрушения, причиняемые прибоем, но все же эти массы воды не могут прекратить интенсивной жизни в прибрежных районах моря. Сотни и тысячи раз согнется и опять разогнется мягкая морская водоросль под действием волны, но останется цела. Волне легче поднять со дна пудовый камень и выбросить его за десяток метров далеко на берег, чем отодрать накрепко приросших ко дну различных моллюсков, балянусов, червей или губок. Многие организмы устроились и того проще — у них развились присоски. Начнет шуметь море — одни рыбки и рачки уплывут подальше от опасных прибрежных скал, другие зароются в песок и ил. Останутся только те, кто может крепко присосаться к скалам на дне моря. Еще лучше мелким организмам. Размер волны для них так велик, что они ее и «не замечают».

* * *

Удивительные явления можно видеть на берегу моря! Обычно дважды, реже — раз в сутки, море то уходит от берегов, то приходит к нему. Придя в разное время суток в порт Мурманск, несведущий в морских явлениях человек не поверит своим глазам. Вот стоит траулер. На его палубу он взошел шесть часов назад прямо с пристани, а сейчас траулер как бы провалился, над причалом торчит только часть мачт. Обнажились и стойки причала и даже часть дна у берега. Чтобы попасть на палубу, надо спускаться по трапу. Все объясняется очень просто. Первый раз человек пришел в прилив, второй раз — в отлив.

Во время отлива на десятки метров обнажается большая полоса дна моря у берега. Там, где несколько часов перед этим плескались волны, теперь бродят птицы, разыскивая червей, рачков или рыбок, оставшихся в небольших ямках, наполненных водой, или закопавшихся под камни или в песок.

Берег моря в прилив.

В открытом океане приливы незаметны. Разность уровня полной и малой воды у острова Св. Елены, находящегося далеко в океане, меньше одного метра. Зато в прибрежной области материков высота прилива измеряется метрами. Особенно велики приливы в суживающихся местах. На Мурмане амплитуда приливов — 4,5 метра, у входа в Горло Белого моря — 5,5 метра, в Мезени — 12 метров. Почти такие же приливы можно наблюдать в Пенжинской губе в Охотском море. Наибольшая разность наблюдается в заливе Фанди в Северной Америке: 16–18 метров.

Берег моря в отлив.

Совершенно очевидно, что приливы и отливы имеют огромное значение для мореплавателей. Не зная, когда начнется отлив, корабль, стоящий в какой-либо гавани невдалеке от берега, легко может оказаться на мели, если во-время не снимется с якоря.

Величина и характер приливов в разных местах и в разное время различны. Обычно приливы бывают полусуточными, то-есть за 12 часов совершается прилив и отлив воды. Но в некоторых местах бывают суточные приливы, когда изменение уровня происходит всего один раз в сутки.

Приливы и отливы образуют течения. В узких местах приливо-отливное течение достигает огромной скорости; в Горле Белого моря в некоторых местах скорость приливо-отливного течения равна 15 километрам в час. Еще большие скорости приливных течений наблюдаются между островом Ванкувер и Британской Колумбией — около 20 километров в час.

В некоторых местах приливо-отливные течения образуют даже водовороты. Известные по «Одиссее» чудовища Сцилла и Харибда, обитавшие в Мессинском проливе и по древнему преданию топившие через определенные промежутки времени корабли, на самом деле были просто сменой быстрых приливо-отливных течений. В узком месте пролива они создавали сильные круговороты и препятствовали плаванию несовершенных кораблей древней Греции. Что ж удивительного, что «пройти между Сциллой и Харибдой» стало поговоркой, означающей преодоление больших трудностей.

Приливные явления сказываются и в дельтовых пространствах рек. В Амазонке прохождение прилива отмечалось на расстоянии 1400 километров от океана.

По своей природе приливные колебания уровня относятся к волнам. Но эти волны «невидимы» благодаря своей огромной длине. Длина приливной волны в северных полярных морях равна почти 2 тысячам километров. Следовательно, длина волны более ее высоты в 100 с лишним тысяч раз. Заметим, что при обычных волнах отношение высоты к длине обычно составляет от 1 : 10 до 1 : 20.

Скорость приливной волны тоже очень велика — 160 километров в час. Беда, если, увлекшись сборами коллекций на обнажившемся в отлив дне, вы отойдете далеко от берега и забудете о времени наступления прилива. Убежать от прибывающей воды будет очень трудно.

Каковы же причины этого удивительного явления? Оказывается, главным «виновником» приливов является Луна и, в меньшей степени, Солнце.

Жители морского побережья давно уже заметили связь между приливами и движением этих светил. В течение лунных суток (то-есть за 24 часа 50 минут) дважды происходят приливы и отливы. Также и в течение солнечных суток происходит дважды поднятие и опускание воды. Лунный прилив запаздывает по отношению к солнечному, и это является одной из причин ежедневных различий в моментах и высотах полных и малых вод. Кроме того, на силу приливов в данном месте влияет то обстоятельство, что в течение месяца меняется расстояние от Земли до Луны, а в течение года — от Земли до Солнца.

Хотя масса Солнца во много раз больше массы Луны, но притягательное воздействие Луны на воды Земли оказывается сильнее, так как Луна значительно ближе к Земле, чем Солнце. На частицы воды оказывает воздействие также и центробежная сила, происходящая от вращения Земли.

Если бы на поверхности Земли не было материков и вся Земля была бы покрыта ровным слоем воды, то воздействие Луны на Мировой океан проявилось бы так: в ближайшей к Луне области океана в силу притяжения произошел бы подъем воды навстречу Луне, то-есть образовалась бы выпуклость — полная вода. Одновременно в противоположной части Мирового океана центробежная сила (действующая всегда в направлении от Луны) вызвала бы подъем воды — прилив. В частях океана, расположенных перпендикулярно к линии воздействия Луны, силы притяжения Луною и центробежная действуют взаимно противоположно. Следовательно, равнодействующая этих двух сил направлена к центру Земли. Здесь уровень вод падает, здесь наблюдалась бы малая вода.

Схема образования прилива.

Наличие материков и различие глубин в океанах искажает «теоретическую» картину приливо-отливных явлений. Так, в закрытом Черном море приливов почти нет.

Равнодействующая сил притяжения и центробежной называется приливообразующей силой. Одновременно приливообразующая сила оказывает различное влияние на частицы воды, находящиеся в различных точках Земли. Но в течение суток ее влиянию подвергнутся все точки водной поверхности Земли. Подъем вод будет следовать за движением Луны вокруг Земли. Так как Луна обойдет в течение 24 часов 50 минут земной шар, то, очевидно, в Мировом океане в каждом месте дважды в течение суток — в ближайшем к Луне месте и в противоположном — произойдет поднятие, а в других местах дважды опускание вод в результате следования приливной волны за движением Луны.

Вычисления показали, что приливообразующая сила Солнца немного менее половины (0,43) приливообразующей силы Луны. Когда Солнце и Луна располагаются по одной прямой с Землей, то частицы воды находятся под действием обоих светил, и, естественно, это вызовет максимальный прилив. Такие приливы называются сизигийными. Но может быть и противоположное явление, когда Луна и Солнце находятся на линиях, перпендикулярных друг к другу; при этом силы двух светил направлены в разные стороны. Такие приливы называют квадратурными. Приливообразующая сила в сизигийный прилив примерно втрое больше, чем в квадратурный. Очевидно, и величина прилива будет в квадратурный прилив наименьшей. Сизигийные приливы происходят около новолуния и полнолуния, а квадратурные — около первой и последней четверти Луны.

Вследствие трения воды о дно океана и инерции приливная волна не поспевает в точности за движением Луны. Получается расхождение. Среднюю величину, характеризующую это различие между временем прохождения Луны через меридиан места (кульминации) и временем наступления полной воды, называют «прикладной час».

Зная прикладной час в районе, где приливы полусуточные, можно вычислить момент полной воды на любой день месяца. Для составления приливных таблиц пользуются приливопредсказательной машиной. Она автоматически на бумажной ленте вычерчивает характер будущего прилива, учитывая все условия, его определяющие.

Существует несколько проектов непосредственного использования приливов в технике, но все они пока еще недостаточно совершенны. А ведь если бы мы могли использовать приливы и отливы на всем земном шаре в качестве источника электроэнергии, то средняя годовая мощность от этого источника энергии дала бы 8 000 000 000 000 000 000 киловатт, то-есть 8 квинтильонов киловатт!

Приливо-отливные явления создают настолько своеобразные условия жизни, что развилась особая прибрежная фауна и флора, не погибающая при уходе воды. Во время отлива большинство плавающих уходит вместе с водой. Многие скопляются в ямках и углублениях, глубоко зарываются в ил и песок или подлезают под камни. Но главная масса донных организмов ведь неподвижна. Одни плотно закрывают створки своих раковин, другие прячутся в домики. Интересно, что многие водоросли, живущие в зоне прилива, не боятся временного обнажения, тогда как их собратья из более глубоких частей моря погибают от обсыхания или охлаждения.

Особые затруднения, понятно, происходят с дыханием. Многие прибрежные животные приспособились получать кислород интромолекулярно, то-есть за счет распада органического вещества своего тела. Есть даже такие, которые могут дышать также и атмосферным воздухом. Некоторые цветковые наземные растения, наоборот, не погибают, когда в прилив они окажутся под водой. В отлив можно видеть, как между ними порхают насекомые.

Ушла вода! С берега и с воздуха на обнажившееся дно приходят пировать песцы и другие мелкие хищные звери, вороны, галки, кулики и различные чайки. Обеденный «стол» соблазнительно обилен. Но ведь они гости временные, надо торопиться. Беда, если неумеющего летать или хорошо плавать прилив застанет далеко от берега: гибель его неминуема.

Бассейны морей

Воды моря неотделимы от вод суши. Вместе они составляют единый бассейн. Ежегодно реки несут в море мощные потоки воды, которые опресняют моря, делают их не такими солеными, как воды океанов. Одновременно с речной водой моря ежегодно получают различные вещества, смытые с почвы или вынесенные подземными источниками на поверхность. Зато ветры, дующие с моря, несут вглубь континентов вместе с капельками брызг крупинки морской соли. Это хорошо можно ощущать, облизывая губы во время прогулки вблизи моря. Это регистрируют наши приборы за сотни километров от морского берега.

Взаимное влияние вод суши и моря огромно. Вносимые реками различные вещества удобряют прилегающие районы моря. Они становятся более продуктивными. Более того, в опресненных районах моря развилась своеобразная фауна и флора, предпочитающая воды низкой солености. Эти воды получили специальное название — солоноватые, а населяющие их животные и растения — солоноватоводная фауна и флора.

В районах с переходной от пресных вод соленостью к морской высокосоленой воде создались условия, благоприятные для развития особой группы — проходных и полупроходных рыб, которые часть своей жизни проводят в пресных водах, а часть в морях. Заселению многими морскими животными пресных вод и, наоборот, пресноводными обитателями морей содействовало наличие в предустьевых пространствах рек обширных районов воды с переходной соленостью от пресной до морской. Так как подобные условия в разной комбинации существовали более миллиарда лет, то для нас станет понятным, какое большое значение это имело в эволюции живого мира.

Если мы посмотрим на карту Земли, то увидим, что главный водораздел рек располагается и в Старом и в Новом Свете так, что наибольшее количество вод стекает в Атлантический и тесно с ним связанный Северный Ледовитый океан, тогда как в Тихий и Индийский океаны впадает меньше рек, да к тому же собирающих воду с меньшей площади. Реки, впадающие в Атлантический и Северный Ледовитый океаны, собирают воду с бассейна площадью почти в 40 тысяч квадратных километров, а реки, текущие в Тихий и Индийский океаны, собирают воду с площади в четыре раза меньшей. Благодаря большему количеству приносимых реками веществ Атлантический океан продуктивнее (на единицу площади) других океанов.

Особенно много крупных рек течет по просторам нашей Родины. Вместе с маленькими речушками их около миллиона. Если бы мы задумали вытянуть все реки СССР в одну ленту, то она 80 раз опоясала бы экватор. Наши реки несут в моря 4 тысячи кубических километров воды в год.

В Советском Союзе наибольший бассейн рек имеет Северный Ледовитый океан. В него впадают реки, омывающие половину площади СССР. Территория бассейна рек Атлантического океана в Советском Союзе относительно невелика — всего 8 процентов, Тихого океана — 15 процентов, Аральского и Каспийского морей — 25 процентов.

В районах сильного опреснения обильно развивается солоноватоводная фауна. Некоторые наши моря целиком или большей частью являются солоноватоводными. К ним относятся Каспийское, Аральское, Азовское. Балтийское и сибирские моря.

Реки выносят много минеральных веществ, которые, оседая, образуют дельту. Дельта Терека увеличивается почти на 100 метров в год, дельта Куры — почти на 150 метров. Особенно быстро растут дельты Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи. В отдельные годы они отвоевывают у моря 1–2 километра.

Все это влияет на очертания моря, на его площадь, на глубину, особенно в мелководных районах. Если бы море не размывало дельту, а течения и волны не переносили бы массы песка и ила, то внутренние моря и заливы быстро меняли бы свои очертания. Материковые осадки вместе с осадками живого происхождения (раковины, скелеты и т. п.) все время подымают дно морей и океанов. Это поднятие дна не зависит от движения земной коры, оно идет хотя и медленно, но беспрерывно.