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

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

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

Не все были с этим согласны. Уже известный нам шотландский самоучка Джеймс Кролл имел свое мнение о роли ветра и плотности воды в океанической циркуляции. Его теория ледниковых периодов основывалась на том, что нарушения равновесия земного климата были связаны с долгосрочными изменениями в эксцентриситете планетарной орбиты. Чтобы эта теория работала, ветры должны были быть важной движущей силой циркуляции океана. Кролл утверждал, что, когда на полюсах начинается накопление льда, это, в свою очередь, запускает и другие механизмы обратной связи и, в частности, усиливает пассаты, которые смещают Гольфстрим к северу и тем самым усиливают незначительный охлаждающий эффект, вызванный астрономическим фактором. Из-за отсутствия достаточных доказательств спор между Кроллом и Карпентером о том, что является главной движущей силой океанической циркуляции – поверхностные ветры или глубинные холодные течения, – на время зашел в тупик[262].

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