Евгений Сузюмов - Открывая тайны океана
Как же устроена шхуна «Заря» и в чем ее принципиальное отличие от других НИС?
Конструкторам и судостроителям пришлось проявить большое искусство, чтобы создать судно без собственного магнитного поля. Корпус «Зари», шпангоуты, палубы, мачты – деревянные, все металлические соединения обшивки корпуса – медные, а многочисленные блоки такелажа – из меди и дерева. Ванты, крепящие мачты и стеньги, – из медных тросов. Более того, якорные цени, обычно изготовляемые из прочных стальных звеньев, здесь пришлось делать также из меди, как и якоря и брашпиль. Можно представить, какие трудности встретились при размещении заказов – ведь весь флот применяет эти изделия, изготовленные из стали, которая много прочнее, весит меньше и стоит дешевле.
Но ста большие трудности встретились при насыщении машинного отделения. Все насосы, трубопроводы, генераторы и сам главный двигатель также пришлось изготавливать из меди, бронзы или в крайнем случае из маломагнитной стали. И только гребной вал был изготовлен из стали с учетом предстоящей тяжелой работы, которая была бы не по силам медному валу такого же сечения. Винт на судне установлен бронзовый.
Насколько важно было до предела ограничить наличие на судне предметов, обладающих магнитным полем, свидетельствует такой пример. В 1964 г. жители Таллинна могли наблюдать довольно странную картину: старший помощник капитана В. И. Узолин ходил по универмагу и, пользуясь магнитом, подбирал немагнитные ложки, вилки, чайники и прочий кухонный и хозяйственный инвентарь. Поскольку кают-компания расположена над магнитометрическими датчиками, всегда приходится помнить пословицу: «Комар в твоей комнате страшнее льва, который в Африке».
Обычный срок службы деревянных судов 10–15 лет, но ветеран – шхуна «Заря» благодаря хорошей эксплуатации и заботе об ее техническом состоянии успешно плавает до сих пор.
Многолетние исследования позволили ученым наблюдаемое на поверхности Земли магнитное поле разделить как бы на три части и изучать эти части раздельно. Советские морские магнитологи А. Н. Пушков и Л. Г. Касьяненко в первую очередь выделяли главное геомагнитное поле, предполагая, что его истоки находятся глубоко в Земле и поэтому оно должно иметь существенно плавный, гладкий характер на земной поверхности.
Второй частью является аномальное геомагнитное поле или поле магнитовозмущающих источников, находящихся в земной коре. Верхней границей источников считается сама поверхность Земли, а нижней – глубина, на которой из-за высокой температуры исчезают магнитные свойства пород. Третьей частью является внешнее переменное геомагнитное поле, обусловленное источниками токовой природы, существующими в высокопроводящих слоях атмосферы (ионосфере и магнитосфере) на высотах от сотен до тысяч километров.
Как видим, почти 1000 лет используют моряки поле земного магнетизма для определения пути в океане, почти 400 лет изучают это поле ученые и уже многое известно о его распределении в пространстве и изменении во времени. Теперь следует сказать о главном парадоксе, связанном с магнитным полем Земли. Оказывается, что, несмотря на солидный срок практического использования и вполне приличный срок изучения, глубинные причины его возникновения и поддержания до сих пор точно не установлены.
Второй парадокс заключается в том, что, даже изучив в совершенстве его изменения и вариации, мы мало продвинемся к определению причин его возникновения и объяснению причин изменения. Дело в том, что, основываясь только на внешних проявлениях магнитного поля Земли, нельзя однозначно судить о его природе. Одно и то же магнитное поле может вызываться и электрическими токами в глубинных слоях Земли, и залегающими в литосфере магнитными породами. Все это крайне осложняет разработку теории, объясняющей причины возникновения и поддержания магнитного поля Земли.
На этот счет существует несколько гипотез. В настоящее время большинство геофизиков считает, что наибольшую вероятность стать строгой теорией имеет гипотеза гидромагнитного динамо. Исходная идея была изложена еще в 1919 г. английским физиком Дж. Лармором. Суть ее в следующем: предполагается, что в недрах Земли имеется жидкий проводящий слой земного ядра. Если в нем происходит движение вещества, то в результате возникает электрический ток, а следовательно, создается магнитное поле.
В последующие годы математически была доказана возможность самовозбуждения магнитного поля в результате движений спирального вида в проводящем слое. Ученые построили несколько моделей, которые приводят к появлению на поверхности Земли магнитного поля, схожего с фактически наблюдаемым. При этом в качестве двигателя, приводящего в движение проводящий слой ядра и поддерживающего это движение, принимаются такие физические процессы, как тепловая и гравитационная конвекция и даже прецессия земной оси (круговые движения полюсов).
Предполагается, что суммарный результат вызван действием на жидкий слой ядра многих сил, в частности гидростатических сил, наподобие сил поддержания в жидкостях, силы Кориолиса, происхождение которой связано со вращением Земли и многих других факторов.
Ученым абсолютно ясно, что до превращения гипотезы гидромагнитного динамо в строгую теорию еще далеко. Для этого гипотеза земного динамо должна четко ответить хотя бы на вопросы, которые сформулировал советский геофизик С. И. Брагинский еще в 1967 г. Л. Г. Касьяненко и А. Н. Пушков привели их в следующем виде.
Почему геомагнитное поле в основном представляет собой диполь, направленный вдоль оси вращения Земли?
Почему существует меньший, но довольно значительный поперечный диполь (наклон магнитной оси), а также сложного вида недипольные составляющие поля?
Почему эти отклонения от осевого диполя испытывают вариации с периодами порядка 1000 лет?
Почему происходят короткопериодные вековые вариации с периодами порядка 100 лет и менее?
Почему происходит западный дрейф поля и вековых вариаций и чем объясняется корреляция неравномерностей дрейфа с флуктуациями в скорости вращения Земли?
Почему основной диполь и другие характеристики поля испытывали колебания с периодом порядка 10 000 лет?
Почему происходили многократные изменения знака оси диполя в прошлом (то есть почему менялись местами Северный и Южный магнитные полюса)?
Почему переполюсовки поля происходили за время порядка 10 000 лет и как именно протекал этот процесс?
Почему за огромные промежутки времени 108– 109 лет величина магнитного поля сохранилась приблизительно неизменной?
Почему за время существования Земли происходили большие систематические перемещения магнитных полюсов по ее поверхности?
Вопросы, вопросы и еще раз вопросы. Со времени их постановки прошло более 20 лет. Но ни на один исчерпывающего, убедительного, количественного ответа еще нет. Как видим, парадоксы земного магнетизма до сих пор не разъяснены. Впереди у геофизиков непочатый край работы, впереди новые экспедиции в далекие моря и океаны.
Существуют ли глубинные реки в океане?
В середине XX в. океанологи в основном описали систему поверхностных течений Мирового океана. Ученые определили многие параметры этих течений: их мощность, то есть количество воды, переносимой в секунду; скорость; температуру поверхностного слоя и др. Но им было ясно, что знания характера движения поверхностных вод явно недостаточно для составления целостной картины движения водных масс в толще океана. А эти знания просто были, необходимы, без них нельзя было объяснить' многие парадоксы полей температур и солености океанических вод, нельзя было подойти к составлению прогнозных математических моделей поведения системы океан – атмосфера.
Первое крупное открытие, изменившее во многом представления океанологов о характере движения океанических масс воды, было сделано в Тихом океане. Как часто бывает, новое явление было обнаружено как бы случайно. В 1951 г. американские рыбаки начали лов рыбы на экваторе с помощью глубинных сетей. С удивлением они обнаружили, что их сети относит на восток, хотя мощное Южное Пассатное течение увлекало рыбацкие суда на запад.
Об этом загадочном явлении стало известно американскому океанологу Таунсенду Кромвеллу. Он организовал исследования в экваториальных водах Тихого океана, результатом которых явилось обнаружение под Южным Пассатным течением на экваторе противотечения со скоростью, достигающей местами 150 см/с.
Эта подводная река протянулась вдоль экватора от Соломоновых до Галапогосских островов на протяжении 8000 миль, имеет ширину 150–250 миль, причем толщина слоя воды, перемещающегося на восток, достигает 300 м. Вначале противотечение назвали Экваториальным. Позднее оно было переименовано в течение Кромвелла, который погиб в 1958 г. в авиационной катастрофе.
