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.

---

Скопления зоопланктона, которые хорошо фиксируются на эхограммах в виде «ложного дна», как правило, не отражаются на записи изменения прозрачности с глубиной. И наоборот, слои, богатые фитопланктоном, прекрасно вычерчиваются пером самописца, но не обнаруживаются эхолотом.

Влияние великих сибирских рек, несущих на север много органической и минеральной взвеси, ограничивается шельфовыми морями, причем мутно-бурые речные струи хорошо выделяются на фоне зеленых и сине-зеленых морских вод. Опытные полярные капитаны используют их в качестве навигационных ориентиров.

Известный океанограф и полярник Н. И. Евгенов вспоминал: «Как-то раз мы на „Малыгине“ после трудного прохода с отрядом судов Карской экспедиции через льды между Новой Землей и Ямалом вышли на чистую воду. Местоположение корабля было известно недостаточно точно. Мы могли только предполагать, что находимся в районе о. Белый, но тщетно мы искали в бинокли знак на острове — горизонт был подернут дымкой, кругом расстилалась однообразной пеленой поверхность моря. Вдруг капитан корабля, перегнувшись через поручни мостика, стал напряженно всматриваться в воду. „На что смотрите, Дмитрий Тимофеевич?“ — крикнул я ему. Капитан немного помолчал, а затем тоном удовлетворенного человека ответил: „Вода побурела. Вошли в обские воды“…»[9]

В Арктический бассейн поступают также более теплые и вместе с тем более соленые чистые атлантические воды, образующие мощный глубинный поток.

Таким образом, прозрачность вод Северного Ледовитого океана находится в прямой зависимости от летней фотосинтетической деятельности и имеет сезонный ход. Однако даже в разгар биологического лета количество фитопланктона слишком мало, чтобы заметно замутнить воду. Недаром океанолог Лафон, участник похода американской подводной лодки «Скейт» подо льдами Северного Ледовитого океана, утверждал, что близ полюса «исключительно прозрачная вода, пожалуй более прозрачная, чем в каком-либо другом месте».

Южнее многолетних льдов

Поверхность морей, омывающих нашу страну с севера, летом почти свободна от льдов. Лишь кое-где в сине-зеленых водах видны отдельные льдины.

В мае-июне здесь наблюдается «цветение» водорослей. Условия для этого вполне подходящие. Солнечного света много, а происходящее осенью и зимой энергичное перемешивание слоев обеспечивает поверхностную водную толщу питательными солями. Прогретый солнечным теплом и перемешанный ветром самый верхний водный пласт как бы отделяется от остальной толщи воды резким перепадом температуры — так называемым температурным скачком. Над ним обычно и наблюдается скопление планктона. Планктонные организмы, микроскопические рассеиватели света, вызывают заметное ослабление солнечных лучей. Поэтому в оптике моря слои с большой концентрацией этих мельчайших обитателей океана принято называть оптически рассеивающими слоями. Они могут быть тонкими и могут иметь толщину в несколько десятков метров. О. А. Соколов наблюдал из иллюминатора научно-исследовательской подводной лодки «Северянка» обилие планктона в Баренцевом море на глубинах 20–75 м.

«…Глубина 20 м. Вода, стала изумрудно-зеленой. Под водой была в самом разгаре весна, цвели мельчайшие водоросли.

40 м. Становится все темнее и темнее. Лодка плавно, но довольно быстро продолжала погружение…

45…50 м… Включили свет, открылось великолепное зрелище, какого нельзя увидеть в обычной надводной жизни: словно под водой в обратную сторону шел снег. Освещенные лучами прожекторов хлопья планктона плавно проплывали мимо иллюминатора вверх. Лодка продолжала погружение.

75 м. Естественный свет почти перестал просматриваться. Вода стала прозрачнее…»[10]

Спустя неделю-две после «цветения» планктона в Баренцевом море на глубине 70–75 м прекрасно видны мелкие детали дна и вполне можно определить вид растений и животных. А осенью, когда биологические процессы резко идут на убыль, условия для подводных наблюдений становятся еще лучше.

Прозрачность воды субарктических морей, конечно, меньше чем в Северном Ледовитом океане. Особенно она падает в весенний биологический сезон. Вблизи берегов на прозрачность моря оказывают влияние мутные речные воды, а на мелководных банках — взмученные ветром или приливом тонкие донные осадки.

Широты, богатые жизнью

На севере Атлантического океана, там, где встречаются холодные субарктические воды и теплые атлантические, гидрологи выделяют зону так называемого полярного фронта. Этот фронт обнаруживается не только по гидрологическим свойствам. Метеорологи также отмечают заметное различие температуры воздуха по обе его стороны.

Весной полярный фронт очень четко выявляется и по прозрачности: он разделяет мутные атлантические и более прозрачные субарктические воды.

В атлантических водах весной происходит бурное «цветение» фитопланктона и их прозрачность резко падает. В. Г. Богоров указывает, что именно в умеренных широтах обоих полушарий в весенний сезон самая обильная жизнь.

В другие сезоны наблюдается обратная картина: прозрачность атлантических вод оказывается выше субарктических. Академик Н. М. Книпович еще в начале нашего столетия отмечал, что пять синих прозрачных атлантических струй («пятерня Книповича») отчетливо выделяются на фоне зеленоватых вод Баренцева моря. Как и в субарктической зоне, для умеренных широт характерно наличие оптически рассеивающих слоев.

Синий пояс океана

Моряки эпохи парусного флота, пересекая тропические широты, проклинали царящие здесь длительные штили. Нередко в жарком неподвижном воздухе бессильно повисали паруса, и даже гордые клиперы, порой развивавшие скорость до 18 узлов, безнадежно застревали в самых синих и малоподвижных водах океана. Отсутствие ветра и палящие лучи солнца придают этим широтам определенное своеобразие.

Из-за сильного испарения концентрация солей в воде здесь выше средней океанической. Но в то же время вода очень теплая, а следовательно, сравнительно легкая. Слабые ветры плохо перемешивают толщу воды, и в ней мало биогенных элементов. Это самая неплодородная океаническая «почва». Не удивительно, что она дает очень низкий «урожай» фитопланктона. Ж.-И. Кусто и Ф. Дюма были поражены исключительными условиями видимости под водой у пустынного островка Сальведжем Гранде, находящегося в тропической части Атлантического океана между Мадейрой и Канарским архипелагом. Плавая на поверхности воды, они через маски изучали дно на глубине 30 м.

«Ничто не говорило о том, что нас отделяет от него плотная толща воды. На грунте — ни камешка, ни малейшего следа животных или растительных организмов. Вода словно дистиллированная; эпитет „прозрачная“, предполагающий прекрасную видимость на расстоянии, сравнимом с длиной хорошего концертного зала, здесь явно был недостаточным. Подводный ландшафт вырисовывался с пугающей четкостью…»[11]

Особое место в субтропическом поясе синих и прозрачных вод занимает удивительное море без берегов — Саргассово море. Еще в середине прошлого столетия о Саргассовом море всерьез говорили как об огромном водовороте — ловушке для парусных судов. Саргассово море представляли также в виде сплошного луга из плавучих водорослей, пересечь который нельзя не намотав водоросли на винт. Действительно, водорослей много, но они не образуют сплошного покрова. На один квадратный километр приходится 10 000—20 000 кустов водорослей размером 20–40 см. В то же время планктона в верхней толще Саргассова моря в 30–70 раз меньше, чем в Норвежском море.

Для гидрооптиков Саргассово море считается эталоном прозрачности. Лет 30 назад немецкий океанограф Г. Дитрих писал, что вода Саргассова моря по своим оптическим свойствам почти не отличается от дистиллированной.

Поверхностную толщу (0—150 м) профессор Н. Н. Зубов образно назвал производственной мастерской океана. В ней идет процесс фотосинтеза и рождается фитопланктон, наиболее эффективно замутняющий воду в открытом океане. Естественно, что прозрачность поверхностной толщи несколько меньше, чем в подстилающих слоях.

Однако американский биофизик Дж. Кларк сообщил, что в Саргассовом море он обнаружил аномальный ход прозрачности — очень высокую прозрачность верхней толщи (0—200 м) и понижение прозрачности на остальных глубинах.

В 1960 г. в Саргассовом море проводились оптические измерения с борта советского научно-исследовательского корабля «Михаил Ломоносов». Эти измерения не подтвердили выводов Кларка. Поверхностный слой (0—150 м) из-за присутствия небольшого количества фитопланктона был несколько мутнее, чем нижележащие водные слои.

Однако даже в поверхностном слое прозрачность вод Саргассова моря очень высока, особенно в сине-фиолетовой части спектра, следствием чего является насыщенный сине-фиолетовый цвет воды.