Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин
В сравнении с темпами освоения космоса изучение океана не впечатляет. Несмотря на давность морских исследований, акванавты еще не перешагнули одиннадцатикилометровый рубеж, а до предельных глубин хотя и осталось сравнительно немного, чуть больше ста метров, покорить их, видимо, будет значительно труднее, чем десятки или сотни километров в космосе. Изучение океана связано с серьезными трудностями. Даже измерение температуры больших глубин или взятие оттуда проб воды является дорогостоящим и сложным делом, требующим много времени и труда.
Особенно сложно в одной и той же точке океанской бездны произвести несколько повторных измерений. Представьте себе, как трудно встать на якорь, если под килем несколько километров воды. Для этого необходим сверхпрочный конический трос, иначе он не только судна не удержит, но не выдержит даже собственной тяжести и оборвется. Толщина начальной части такого каната, в зависимости от предполагаемой глубины погружения, колеблется от 13 до 15 миллиметров, но по мере погружения она увеличивается до 16–19. Чтобы процедура не заняла слишком много времени, используют тяжелый якорь весом около двух тонн. Свободно падая на дно, он тянет за собой трос. Скорость падения — около 20 километров. На глубине 5 километров он окажется лишь через 15–16 минут. Тяжесть вытравленного троса чудовищна. Обратно якорь не поднимают. Исследовательские суда не имеют мощных лебедок, способных справиться с такой работой. С потерей дорогостоящего троса приходится мириться.
Мировой океан представляет собою хранилище холодной воды, прикрытое сверху, да и то не везде, чуть-чуть более теплым слоем. Его объем совсем невелик. Вода теплее 10 градусов составляет всего 8 процентов общих запасов Мирового океана. Этот верхний слой, в самых мощных участках толщиной не более 100 метров, на значительной части поверхности океана подвержен сезонным колебаниям. Под ним на больших глубинах температура практически постоянна. У 75 процентов океанской воды она находится в пределах от 0 до 4 градусов.
Наиболее стабильна температура поверхности океана в его экваториальной зоне. В этих районах она лежит где-то в пределах между 20 и 30 градусами. Солнце здесь в любое время года приносит примерно разное количество тепла, а ветер систематически перемешивает воду. Поэтому она круглосуточно сохраняет постоянную температуру. Максимально высокие температуры открытого океана лежат в зоне между 5 и 10 градусами северной широты. В заливах, даже в обширных, температура воды может быть выше. Летом в Персидском заливе она поднимается до 33 градусов. Солнце на экваторе благодаря ветровому перемешиванию прогревает воду до глубины 50–100 метров. А в районах, откуда течения не уносят прогретую воду и не разбавляют ее холодной, слой теплой воды может достигать 250 метров.
Вторая зона стабильной температуры поверхностных вод находится в приполярных областях. Здесь летом она может подниматься до 10 градусов, а зимой опускаться до 5–0 или даже до минус 2 градусов. Самым холодным районом океана считается море Уэдделла.
Наиболее значительные сезонные колебания температуры воды в зоне умеренного климата, но размах суточных колебаний обычно не превышает 0,5 градуса. Лишь в ясную солнечную погоду в разгар лета он может достичь 2 градусов. Суточные колебания ограничиваются совсем тонким поверхностным слоем океана.
Океанские глубины более постоянны. Их почти не касаются сезонные колебания температуры. В тропиках под слоем теплой воды находится не очень широкая зона, толщиной 300–400 метров, где температура по мере увеличения глубины быстро падает. Область быстрого падения температуры называют термоклином. Здесь на протяжении 10 метров температура понижается примерно на 1 градус. В следующем слое толщиной в 1–1,5 километра дальнейшее снижение температуры резко замедляется. У его нижней границы она не превышает +2 – –3 градусов. В более глубоких слоях падение температуры продолжается, но происходит еще медленнее. Это зона с однородной температурой, совершенно не подверженная внешним влияниям. В придонном слое глубоких впадин и над другими участками дна температура воды вновь повышается. Это результат воздействия тепла земной коры. Кроме того, дальнейшему падению температуры больших глубин должно препятствовать существующее там чудовищное давление. Поэтому вода полярных районов, охлажденная у поверхности, опустившись на глубину 5 километров, где давление увеличивается в 500 раз, будет иметь температуру на 0,5 градуса выше первоначальной.
Очень важной характеристикой воды является ее плотность. Она зависит от температуры, солености и давления, иными словами, от того, на какой глубине находится. Вот какова плотность воды при разных значениях этих показателей:
у пресной воды при температуре +20° — 1,0 г/см3;
у обычной морской воды при температуре +20° — 1,025 г/см3;
при снижении температуры морской воды до +2° — 1,028 г/см3;
у морской воды на глубине 5 километров при той же температуре +2°— 1,050 г/см3.
Самая плотная вода в Южном океане вокруг Антарктиды, так как здесь она имеет самую низкую температуру, а из-за постоянного образования льда еще и обладает высокой соленостью.
В числе чрезвычайно важных свойств воды следует упомянуть, что она практически несжимаема. Коэффициент сжимаемости воды составляет всего 0,000046 на 1 бар. (Бар соответствует давлению, равному 0,98692 атмосферы.) Это значит, что при повышении давления до 500 атмосфер ее объем уменьшится всего на 2 процента. В сравнении с воздействием на биологические объекты это ничтожно мало. Если сухую трехдюймовую доску опустить на глубину 1 километр, она под воздействием существующего там давления уменьшится наполовину, а на глубине 5 километров станет не толще фанеры. Представьте себе, что стало бы с кашалотом, рискнувшим совершить полуторакилометровое погружение, если бы вода, составляющая около 70 процентов его тела, не препятствовала значительному уменьшению его объема.
Коэффициент сжатия воды представляется величиной ничтожной. Морским организмам небольшое уменьшение объема воды, входящей в состав их тел, не сулит особых неприятностей. Однако в масштабах океана эта величина достаточно значима. Если бы вода оказалась абсолютно несжимаемой и ее объем не уменьшался бы под действием собственной тяжести, уровень Мирового океана поднялся бы на 27 метров! А это значит, что перестали бы существовать такие приморские города, как Ленинград, Рига, Таллинн, Севастополь, Сухуми, Батуми и многие другие на всех континентах планеты.
Горько-соленый вкус океанской воде придают растворенные в ней химические соединения. В среднем в килограмме морской воды их содержится 34,69 грамма. Это значит, что на 98 молекул воды приходится 2 иона, образовавшихся при диссоциации растворенных в ней веществ. Океанологи выражают эту величину количеством частей растворенных в воде веществ, которое приходится на 1000 (по весу) частей воды, и обозначают символом «‰», что означает «промилле». Вблизи устьев крупных рек, в зоне ливневых дождей и интенсивного таяния льда соленость может падать до 10,0 промилле и ниже. В закрытых морях — Азовском, Балтийском и Черном, — куда несут свои воды многие европейские реки, она очень низка. Соленость Балтийского моря колеблется от 2 до 15 промилле. Особенно сильно опреснена вода в Финском заливе, куда сливает свои воды Нева. Еще недавно город Кронштадт, расположенный на острове Котлин, снабжался питьевой водой прямо из залива.
В Черном море соленость не превышает 18 промилле. Зато в придонных водах южной части Тихого океана она может достигать 34,7, а в северной части Атлантического океана 37,9. Еще выше она в Саргассовом море, так как здесь происходит сильное испарение воды. В ряде районов Средиземного и Красного морей, где испарение воды происходит весьма интенсивно, соленость нередко достигает 40,0, а в некоторых придонных участках 270,0 промилле. Это приближается к пределу растворимости поваренной соли.
Вода способна растворять чуть ли не все известные вещества. Видимо, в океане можно обнаружить все элементы, встречающиеся на Земле в естественных условиях. В настоящее время их обнаружено чуть более 70. Больше всего здесь хлора. За ним идут натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор… Некоторые элементы находятся в ничтожно малых концентрациях. Все атмосферные газы тоже растворены в морской воде. Как и в воздухе, здесь больше всего азота. Второе и третье места занимают кислород и углекислый газ. Инертные газы присутствуют в ничтожных количествах. Есть районы, где кислород полностью отсутствует. Лишены кислорода глубины Черного моря, некоторые районы в Атлантике, у берегов Северной Каролины и Венесуэлы, и в Тихом океане в прибрежных районах Калифорнии, а также в некоторых фиордах Скандинавии. При отсутствии универсального окислителя в воде образуется сероводород. В Черном море глубже 200-метровой отметки вода насыщена сероводородом. Наконец, существуют морские растения и животные, которые выделяют угарный газ, так что и его можно обнаружить в воде океанов.
