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.

---

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.

Прозрачные «реки» в океане

Пассатные течения, пересекающие океаны с востока на запад в тропических широтах, самые мощные и длинные течения Мирового океана. Они переносят огромные массы прозрачной воды. В Тихом океане пассатный поток омывает множество коралловых атоллов. И хотя поэты воспели синеву и кристальную прозрачность лагун, атоллы тем не менее являются источниками нарушения однородности прозрачных пассатных течений. С подветренной стороны атоллов создается разряжение пассатных струй и возникает небольшая зона подъема глубинных вод, что приводит в конце концов к возникновению обильного планктона. От этого источника вдоль пассатного потока тянется своеобразный мутноватый «хвост», обрывающийся в 30–50 милях от продуктивной зоны. На картах прозрачности такие образования мутной воды похожи на комету с головой близ атоллов.

В тропических широтах, как, впрочем, и в субтропических, можно пренебречь сезонными изменениями прозрачности, ведь сезонных изменений в поступлении солнечного света (как в северных широтах) здесь нет. Независимо от времени года человек, живущий в тропиках, в полдень лишается своей тени: круглый год солнце стоит высоко. Развитие тропического фитопланктона также круглогодично. Однако биологи заметили, что существует связь между ветром и численностью фитопланктона. В определенный сезон пассат усиливается, и тогда более энергично идет перемешивание водных слоев, что благоприятствует развитию фитопланктона. Его численность несколько увеличивается, но не надолго. Регулятором, который удерживает фитопланктон на обычном уровне, является зоопланктон. Мелкие тропические животные быстро развиваются вслед за фитопланктоном и моментально выедают его. Вспышка фитопланктона очень коротка, и его численность быстро возвращается к своему обычному уровню.

«Зеленый суп» на экваторе

Американский исследователь Биб писал, что вода на экваторе из-за обилия планктона имеет консистенцию супа. Конечно, это гипербола, но планктона здесь действительно очень много. Просто кажется необычным внезапное увеличение численности планктона на фоне синих, бедных жизнью вод, простирающихся к северу и югу от экваториальной полосы.

По сравнению с тропическими широтами глубина исчезновения белого диска уменьшается здесь на 10 м, а цвет воды становится голубым.

Причина заметного увеличения планктонного населения на экваторе — подъем глубинных, богатых питательными солями вод. Это так называемая зона экваториальной дивергенции[12]. На картах прозрачности, построенных по данным измерений с помощью точной аппаратуры, океанические зоны дивергенций отчетливо выделяются как полосы пониженной прозрачности.

На экваторе кончается наше «путешествие». Если бы оно продолжалось в Южном полушарии, то мы убедились бы, что и там географическая зональность выражена так же, как и в Северном. Однако наличие в Южном полушарии главного «холодильника» планеты — антарктического континента — и кругового дрейфового течения в поверхностных водах приводит к некоторому смещению зон.

Рис. 18. Изменение прозрачности морской воды на разных широтах

На рис. 18 показано изменение с географической широтой прозрачности воды на поверхности Мирового океана. В глубинной толще явления, связанные с зональностью, наблюдаются в сильно ослабленном виде, да и такого количества природных зон, как на поверхности, выделить не удается. Например, В. Г. Богоров для глубины более 500 м выделяет в Тихом океане три зоны: субарктическую, тропическую, антарктическую.

В глубинных водах уже нет живого фитопланктона[13]. Что касается зоопланктона, то его биомасса с глубиной заметно убывает. Так, в глубочайшей впадине Мирового океана — Марианской — ее значения в тысячу раз ниже, чем в слое 0—500 м. Среди компонентов взвеси, влияющих на прозрачность воды, главную роль играют остатки отмерших фито- и зоопланктонных организмов и различные неорганические частицы. В общей своей массе глубинные воды гораздо прозрачнее поверхностных.

Казалось бы, в океанических глубоководных впадинах должны быть самые прозрачные воды. Согласно же измерениям М. В. Козлянинова в Идзу-Бонинской впадине, воды предельных глубин мутнее, чем поверхностные. Вероятная причина их замутнения — оползни тонких донных осадков с крутых скалистых гребней, окружающих впадину.

В последние годы обнаружили еще одно интереснейшее явление — придонные мутьевые потоки. Таким образом, вблизи океанского дна прозрачность может понижаться за счет взмучивания частиц, слагающих тонкие донные осадки.

«Облака» в океане

Рассматривая географические зоны Северного полушария, мы говорили о скоплении частиц — оптически рассеивающих слоях. В некоторых районах Мирового океана наблюдается не один такой слой, находящийся над температурным скачком, а несколько. Существуют также и слои, выделяющиеся в толще воды своей высокой прозрачностью.

«Однажды мы плавали над подводной скалой в Средиземном море, — пишет Ж.-И. Кусто. — Вода была настолько мутна, что видимость ограничивалась несколькими ярдами. Двумя саженями ниже нам вдруг попался совсем прозрачный слой. Его сменил пятнадцатифутовый пласт воды молочного оттенка, с видимостью примерно в пять футов: После этого молока до самого дна шла чистая вода. В сумеречной прозрачной толще сновало множество рыб, и туманная пелена над нами напоминала низко нависшие тучи в дождливый день. Часто погружаясь на большую глубину, мы пересекали причудливо, чередующиеся мутные и прозрачные слои…»[14]

В феврале-марте 1952 г. научно-исследовательский корабль «Гаусс» производил в южной части Северного моря на протяжении 2100 миль непрерывную, регистрацию прозрачности с помощью фотоэлектрического прозрачномера, врезанного в днище корабля. Одновременно через каждую милю пути брались пробы планктона и взвеси. Редко на записях ход прозрачности был совершенно монотонен. Как правило, однообразие нарушалось единичными всплесками: «Гаусс» пересекал небольшие скопления планктона. Казалось, под килем корабля чистое синее небо с отдельными облачками. Ближе к берегам облачка эти сливались, образуя сплошной покров, подобный облакам стратусам.

В прибрежных районах большое влияние на прозрачность оказывает неорганическая взвесь — частицы терригенного происхождения. Немецкий исследователь Клаус Виртки, регистрируя прозрачность воды в прибрежном районе Балтийского моря и подсчитывая одновременно с помощью микроскопа число минеральных частиц и число клеток фитопланктона в пробах, приходит к выводу, что вблизи берега фитопланктон никак не влияет на величину прозрачности.

Обычно прибрежная полоса довольно узкая. Казалось бы, она должна существенно расшириться вблизи устьев рек, выносящих в море массу частиц. Однако сотрудники Института океанологии установили, что влияние на оптические свойства морских вод таких больших рек, как Нил или Ганг, распространяется в лучшем случае лишь на несколько десятков миль, причем мутные речные воды резко отграничиваются от прозрачных морских. Кроме частиц, выносимых реками, к терригенным частицам относятся эоловые. Тот, кто побывал зимой у берегов Западной Африки, никогда не забудет огромного красного солнечного диска. Причина его необычной окраски в том, что воздух насыщен тонкой красноватой сахарской пылью. Поднятая над пустыней и подхваченная нассатами, она выносится далеко в Атлантический океан. Даже на расстоянии нескольких сот миль от побережья, африканского континента пыльный туман иной раз так плотен, что видимость в нем всего 1,5–2 мили. Довольно далеко в Индийский океан ветер выносит частицы пыли из Аравийской пустыни. Но это аномальные явления. Обычно частицы эолового происхождения оседают в воде в непосредственной близости от берега.

Прибрежная зона, или полоса, составляет около 2–3 % от площади Мирового океана. На остальном огромном пространстве открытых океанов и морей главенствующую роль в ослаблении света играет фитопланктон.

От белого диска к современным прозрачномерам

В истории известны случаи, когда общепризнанным научным достижением становилось то, что сначала считалось курьезом. Так было и со способом визуального наблюдения прозрачности морокой воды, придуманным Коцебу, который опускал на тросе за борт обыкновенные столовые тарелки и следил за глубиной их погружения в разных местах Тихого океана. Наблюдения с помощью стандартного белого диска диаметром 30 см в настоящее время являются частью многих океанографических и гидрографических исследований. В литературе, особенно зарубежной, он нередко фигурирует как диск Секки. В 1866 г. патер Секки вместе с капитаном Чиальди провели многочисленные наблюдения в Средиземном море как с белыми, так и цветными дисками. Несколько позднее швейцарский географ Ф. Форель предложил белый диск именовать диском Секки. Отмечая заслуги Секки в становлении и развитии способа, все же белый диск по праву следовало бы назвать диском Коцебу.