Юлен Очаковский - Свет в море

• Название: Свет в море
• Автор: Юлен Очаковский
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1970

Книга посвящена одному из сложных и интересных разделов науки — гидрооптике которая изучает проникновение и распространение света в море.

В настоящее время знать физические законы, определяющие эти процессы, особенно необходимо в связи с решением такой важной и актуальной проблемы, как освоение ресурсов Мирового океана.

Человек начал наступление на водную целину. Но для успешного его завершения следует разобраться в массе трудных вопросов гидрооптики.

Чем объясняется цвет моря и почему разные моря имеют разный цвет? От чего зависит прозрачность морской воды и несколько глубоко проникает свет в океанские глубины? Почему море светится? Ответы на все эти вопросы и дает настоящая книга.

Она написана легко, физическая сущность процессов объяснена весьма доступно. Издание рассчитано на широкие круги читателей.

---

Механическое воздействие тех или иных раздражителей необходимо для высвечивания организмов. К ним относятся и движение воды, и трение о пузырьки воздуха, и прикосновение к посторонним, особенно движущимся, предметам. Только у рыб и некоторых высших ракообразных и моллюсков свечение обусловлено нервно-гормональной деятельностью. Заметим, что только свет бактерий не зависит от внешнего раздражения.

Итак, свечение моря — это проявление биолюминесценции, суммирующееся из биолюминесцентных вспышек морских организмов. Чаще всего биолюминесцентные сигналы очень слабы и для их восприятия необходимы весьма чувствительные приемники световой энергии — фотоэлектронные умножители. Человеческий глаз может едва-едва различить эти сигналы, находясь даже на небольшом расстоянии. Но в море наблюдалось свечение, которое хорошо заметно и на значительных расстояниях.

В статье итальянского исследователя Л. Каппуро «Океанография из Космоса» (Bollet. di Geofis. Teor. ed Applicata, 9, № 33, 1967), со ссылкой на американского космонавта Карпентера, утверждается, что светящийся след большого корабля в тропических морях может быть виден с высоты 100–200 км.

Свечение усилится, если на поверхность моря посылать световые импульсы. Американский исследователь Нашиба, применяя импульсную ксеноновую лампу, установил, что уровень биолюминесценции в результате оптической стимуляции светящихся организмов увеличился в тысячу раз. Даже в результате визуальных наблюдений сложилось представление об огромном масштабе этого явления. Оно захватывает большие акватории и практически все широты. Вот что писал Ч. Дарвин во время плавания на корабле «Бигль», находясь у южноамериканского материка: «…дул свежий ветерок, и вся поверхность моря, которая днем была покрыта пеной, теперь сияла белым светом. Перед носом корабля вздымались две волны как бы из жидкого фосфора, а за ним тянулся млечный след…»[35] Дарвин наблюдал свечение моря в тропических широтах. Но вот записи капитана ледокольного парохода «Седов» К. С. Бадигина во время дрейфа в центральной части Северного Ледовитого океана: «…Южный ветер разводит в полынье волну. Волны лижут нашу льдину. Когда вода сбегает, на льду остается зеленоватое фосфорическое свечение…»[36]

Иной раз свечение моря проявляется в виде странных светящихся полос или кругов. Это так называемое фигурное свечение. Моряки торговых судов, наблюдавшие его, рассказывают, что их охватывало чувство страха, когда светящиеся полосы и колеса перемещались по поверхности ночного моря. Одному из авторов близ Ходейды в Красном море удалось наблюдать четыре светящиеся полосы, соединявшиеся в одной точке и несколько напоминающие слабые лучи прожектора, которые медленно двигались против часовой стрелки. Вышедшая из-за облаков Луна ре позволила далее вести наблюдение. Объяснение фигурному свечению недавно нашел немецкий океанолог К. Калле. Проанализировав более двух тысяч такого рода наблюдений, он сделал вывод, что причина фигурного свечения — высвечивание у поверхности моря мельчайших организмов, потревоженных ударными волнами, возникающими при подвижках и смещении слоев на дне моря. Ударные волны передаются в толщу воды, и на поверхности моря, где скапливаются светящиеся организмы, создается своего рода интерференционная картина. Если сейсмические источники на дне моря меняют свое положение, то она приходит в движение.

Строго говоря, под свечением моря понимают увеличение яркости поверхности моря за счет света морских организмов, скапливающихся в приповерхностном слое воды. Однако биолюминесценцию наблюдали и в толще морской воды.

Мы уже упоминали о наблюдениях океанавтов «Черномора». Из подводной лаборатории «Карибское море-1», установленной в июле 1966 г. на дне бухты Ринкон-де-Гаунаба неподалеку от Гаваны, океанавты также наблюдали биолюминесценцию. Мигель Монтаньес записал в своем дневнике: «Я долго наблюдал за жизнью моря ночью. То здесь, то там вспыхивали и гасли бесчисленные маленькие огоньки. Звездное и лунное сияние не в силах пробить 20-метровую толщу вод. Единственный источник естественного света в ночных глубинах— масса планктона. В этом призрачном свете изредка проплывали какие-то незнакомые фосфоресцирующие рыбы…»[37]

Но подводные лаборатории пока устанавливаются сравнительно неглубоко. Правда, и на глубинах значительно больших исследователи своими собственными глазами видели светящихся животных. Еще Уильям Биб, опускавшийся в битискафе на глубину 923 м, сообщал о светящихся существах. Он даже сделал несколько уникальных фотографий, снимая люминесцирующихся животных в их собственном свете.

Профессор Огюст Пиккар на батискафе «Триест» достиг дна Средиземного моря на глубине 1080 м. «Мы гасим свет — наступает полный мрак. Я подхожу к иллюминатору: поле моего зрения пересекает какая-то светящаяся точка, подобная падающей звезде. Живое существо! Растение или животное? В такой темноте не могут быть настоящие растения. Мы часто замечаем фосфоресцирующих животных, проходящих иногда группами, иногда в одиночку… и снова погружаемся в непроницаемую мглу»[38].

Но подлинная революция в изучении биолюминесценции наступила лишь после того, как ее стали измерять с помощью батифотометров. Эти приборы, снабженные особо чувствительными вакуумными фотоумножителями, регистрируют самые слабые световые потоки, вплоть до нескольких квантов в секунду. Батифотометры появились лишь 10–12 лет назад, но с ними удалось провести обширные исследования в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах до глубин 2000 м. Итог этим исследованиям был подведен на Втором международном океанографическом конгрессе в Москве в 1966 г.: биолюминесценция характерна для всей океанской толщи и, безусловно, представляет постоянно действующий фактор в оптике моря и экологии морских организмов.

Первые советские инструментальные исследования биолюминесценции были выполнены под руководством профессора И. И. Гительзона в Тихом океане с борта научно-исследовательского корабля «Витязь» в 1961 г.

Ученый заметил, что на батифотограммах биолюминесцентные вспышки, записывающиеся в форме импульсов, образуют густой поток, часто сливающийся воедино. Таким образом, биолюминесценция не редкое событие, спорадически регистрируемое батифотометром, висящим в толще морской воды, а информация о непрерывных биологических процессах в море.

Форму световых сигналов отдельных организмов изучали также в лабораторных условиях с помощью проточной фотометрической установки.

Исследователи отметили неравномерное распределение по глубине биолюминесцентных вспышек. На глубинах 50—100 м отмечалось максимальное число вспышек (несколько сот в минуту). Как выяснилось, именно на этих горизонтах в исследованном районе Тихого океана — скопления светящихся форм планктона. На некоторых глубинах зарегистрировалось всего несколько единичных вспышек или их не было вовсе.

Итак, уже в самом начале инструментального исследования биолюминесценции была выяснена массовость и значимость этого явления для оптики моря. Любопытно, что максимальные биолюминесцентные сигналы, зарегистрированные Гительзоном, составляют 9,6∙10-2 мквт/см2, что превышает максимальную облученность, создаваемую полной Луной на поверхности моря (4,5∙10-2 мквт/см2). Естественно, что в общем балансе освещенности каждого горизонта в толще морской воды наряду с оценкой внешнего по отношению к морю астрономического света (Солнце, Луна, звезды) необходимо учитывать и собственный свет моря — биолюминесценцию.

Гительзон в океане выделяет три световые зоны:

1) 0—200 м — зона дневного солнечного и ночного смешанного (астрономического и биолюминесцентного) свечения;

2) 200–700 м — зона дневного солнечного и ночного биолюминесцентного свечения;

3) глубже 700 м — зона одного биолюминесцентного свечения.

Лабораторные исследования спектрального состава света, излучаемого светящимися морскими организмами, показывают, что все их излучение укладывается в диапазон 400–700 нм с максимумом в интервале длин волн 480–520 нм. Напомним, что как раз в этом же спектральном промежутке находится максимум пропускания прозрачных океанских вод. Естественно, что световые сигналы, посылаемые организмами, хорошо проходят через толщу морской воды. И это, вероятно, не случайное явление, а результат длительного эволюционного процесса живого мира. Добавим также, что световая эффективность биолюминесценции исключительно высока.

Представление о световой эффективности биолюминесценции дает сопоставление ее спектрального состава со спектральным распределением чувствительности приемника. У выскоорганизованных организмов приемником излучения являются глаза. Однако свойства зрения обитателей моря еще недостаточно хорошо изучены, и можно только предполагать, что спектральная чувствительность их глаз настроена на излучение Солнца, т. е. близка к спектральной чувствительности человеческого глаза.