Хрупкие, легчайшие снежинки проходят долгий и прихотливый путь Зарождаются они в облаках, конденсируясь из водяных паров в виде крохотных капелек. Все происходит согласно упомянутому нами «эффекту Мпембы»: капельки остывают до температуры ниже О °С, но не замерзают. Лишь витающие в воздухе пылинки способствуют их превращению в снег. Как только капельки воды сталкиваются с этими «центрами кристаллизации», они тут же «взрываются», застывая шестиконечными кристалликами.

По мере приближения к Земле, они притягивают к себе все новые капли, постепенно увеличиваясь в размерах. Японский физик Укихиро Накая еще в 1930-е годы выяснил, что форма снежинок зависит от температуры окружающего их воздуха. Так, если на пути снежинки встретится поток очень холодного воздуха, кристаллик начинает расти в высоту, вытягиваясь словно небольшой столбик. Более теплые слои воздуха формируют симметричные многогранные пластинки. Если температура воздуха оказывается выше точки замерзания, снежинка тает, вновь превращаясь в дождевую каплю.

Все это выглядит слишком схематично: если тепло – в воздухе носятся миллионы пластинок, если холодно – с неба сыплются одинаково удлиненные кристаллики. А вот этого – единообразия – как раз нет! На самом деле снежные хлопья минуют не один температурный слой, а множество. Постоянное чередование температуры превращает кристаллики снега в уникальное творение. Четыре года назад американские ученые, обследовав около 12 000 снежинок, выявили у них самые разнообразные дефекты, нарушавшие симметрию. Под электронным микроскопом были видны многочисленные точечные и нитевидные «довески», портившие безупречную форму снежинок. Немецкие метеорологи подсчитали, что каждый год на Германию падает несколько септильонов (число с 24 нулями) снежинок. Но среди них не найти двух одинаковых!

Снежный покров, устилающий землю в зимние месяцы, жизненно важен для растений. Он спасает их от вымерзания. Рыхлый снег содержит большое количество воздуха. Порой «снежная перина» на 90 процентов состоит из воздушной начинки, а та, как известно, является превосходным изолятором. Недаром окна в наших домах двойные, с прослойкой воздуха между стеклами, который защищает жилище от холода. Тот же эффект используют эскимосы, строя свои зимние хижины из снега. Внутри иглу тепло (температура доходит до +10 °С), и, как мы выяснили, потолок никогда не осыпается.

Возможно, что жизнь на Земле тоже зародилась благодаря льду – космическому льду. Оживленная дискуссия на эту тему вспыхнула в 1981 году, когда в руки ученых попали фотоснимки, сделанные в верхних слоях атмосферы спутником «Dynamics Explorer». Это были потрясающие цо качеству фотографии, на которых, впрочем, имелся один изъян: там виднелось множество черных точек. Эксперты предположили, что фотопленка оказалась с дефектом. Совсем по-иному рассудил Луис Френк, профессор физики из Айовского университета. По его мнению, фотокамера запечатлела многочисленные космические «снежки», летящие в сторону Земли. Каждый день, по словам Френка, нашу планету обстреливает около 30 000 ледяных комет. Впрочем, эти глыбы высотой с дом испаряются, попав в атмосферу, поэтому до сих пор их никто никогда не замечал.

Смелое утверждение! Так можно объяснить не только появление водяных паров в атмосфере. За миллионы лет эти космические «снежки» принесли на Землю, наверное, столько воды, что все впадины и низменности рельефа покрылись океанами и морями! Земля – это пустой сосуд, без устали наполняемый Космосом. Довольно! Коллеги посчитали профессора Френка фантазером. На научных конференциях с ним перестали разговаривать. Его исследовательские заявки отклонялись. Научно-популярные журналы возвращали его статьи. Однако физик не сдавался. В 1997 году, вооружившись новой фотокамерой, он заснял на пленку светящиеся следы. Их оставляли распадавшиеся снежные глыбы – те самые мини-кометы. Ученый был реабилитирован и стал знаменитостью. «Его гипотеза подтверждается!» – вынуждены были признать противники профессора Френка.

Погода зарождается в Мировом океане. Как это происходит? Чтобы найти ответ, ученые используют весь арсенал современной техники – от крупных научно-исследовательских судов до специальных буев. Собранные данные позволят когда-нибудь прогнозировать погоду на несколько лет вперед.

«Мы думаем, что скоро это удастся», – говорит Эрнст Майер-Раймер. Таких специалистов, как он, во всем мире наберется лишь два с половиной десятка. Эти люди занимаются созданием глобальных моделей климата. Речь идет ни много ни мало о предсказании погоды на целых полгода вперед! Как подобает ученому, Майер-Раймер немедленно уточняет сказанное: «Конечно, мы и впредь, встречая новогодний праздник, не в силах будем сказать: пятого августа после обеда будет солнечный, теплый день. Зато мы сможем уверенно заявить лето будет жарким и сухим. Вероятность такого события – 70 процентов».

Но даже это уверение звучит как сенсация! Любой фермер, думающий об урожае, любой «белый воротничок», загодя планирующий отпуск, хотел бы знать, каким будет лето – жарким и сухим, сырым и прохладным или же так себе, «середина на половину». Миллионы людей, располагай они точными прогнозами, постарались бы изменить свои планы. Целые отрасли промышленности (например, текстильная) развивались бы иначе, если бы можно было знать, что будет летом, а какие сюрпризы преподнесет зима.

Сотрудники Германского центра моделирования климата разрабатывают все новые схемы, в которые пытаются втиснуть поведение океанов и атмосферы. Самый большой успех ожидал их четыре года назад, когда удалось предсказать приближение «Эль-Ниньо». Катастрофа разразилась в конце 1997 – начале 1998 года. Тогда почти все части света охватило ненастье. В Северной Австралии и Юго-Восточной Азии разразилась засуха. На Южную Америку обрушились мощные ливневые дожди. Все это не застало людей врасплох. О климатической смуте ученые узнали заранее – за год с лишним до грянувших перемен.

Итак, долгосрочные прогнозы – вещь вполне реальная, и залогом тому – не только мощь современных компьютеров. Метеорологи приступили к самому фандиозному исследованию Мирового океана, которое когда-либо затевалось Их проект называется WOCE (World Ocean Circulation Experiment. Опыт по циркуляции Мирового океана). Ученые из тридцати стран мира уже лет десять исследуют Океан в рамках этого общего проекта. Никогда прежде наука не уделяла столько внимания водной среде, объемлющей шар земной. По некоторым параметрам всего за какое-то десятилетие количество собранной информации об Океане увеличилось в десятки раз.

«Собственно говоря, приступая к проекту WOCE, мы думали создать нечто вроде моментальной фотофафии Океана», – вспоминает профессор Эрнст Аугштайн, заместитель директора Института морских и полярных исследований им. Альфреда Вегенера.

Океан, как полагали ученые прежде, это нечто неизменное, неторопливое, спокойное Медленно, равномерно катятся волны. Одна и та же картина повторяется изо дня в день, из года в год. Разве изменится что-нибудь за какой-то десяток лет? Океан «тяжел на подъем».

Как они заблуждались! Никакого однообразия и постоянства никогда не существовало Океан менялся на глазах, но этого не замечали. И вот ученые открыли «неожиданно высокую изменчивость океанических процессов», как подчеркнуто в отчете WOCE. Выяснилось, что «Свободная стихия» наделена непостоянным и буйным норовом Величавая торжественность, с которой она «катит волны голубые», обманчива.

Океан, – теперь это очевидно, – сродни атмосфере. Его просторы бороздят гигантские водовороты, которые можно сравнить с областями циклона и антициклона. Волны, скрывшись под поверхностью Океана, обегают весь земной шар. Громадные морские течения образуют петли и меандры. Они то распадаются на отдельные рукава, то снова сплетаются в единый поток. «Теперь мы знаем, что всего за несколько лет Гольфстрим может изменить свое положение», – поясняет Аугштайн. В морских глубинах царит тот же хаос, что и в воздухе. Волны как вихри, валы как ветры. Смятение небес отражается в пучине вод.

Изучая этот хаос, невозможно опираться на привычные представления и прежний опыт. «Процессы, происходящие в океане, столь грандиозны, что зачастую наша интуиция нас лишь обманывает», – сетует океанолог Эндрю Бакун. Вот простой пример. Если мы, уютно расположившись в ванне, проведем рукой по воде, создавая волну, то она помчится прямо вперед. В море, повинуясь действию силы Кориолиса (инерционной силы, вызванной суточным вращением Земли), любые волны, любые течения отклоняются от прямой линии. В Северном полушарии они поворачивают вправо, в Южном полушарии – влево.

Продолжаем наши опыты в ванной: когда волна докатится до стенки, она тут же отступит назад. Совсем иначе ведут себя волны, достигшие берегов континента. Они обычно огибают сушу, а близ экватора – и вовсе поворачивают в открытое море.

Итак, стихия воды, прикасаясь к остову материков, ведет себя неожиданным образом. Еще сложнее описывать отношения океана и атмосферы. Вот идиллическая картина вдали от берегов: бескрайняя морская гладь, покой, безмятежность. Лишь ветер монотонно веет над тихо ропщущей водой. За счет силы трения ветер гонит перед собой волны. Возле берега они набегают друг на друга, сбиваются. Море вздыбливается. Его уровень поднимается порой более чем на метр.

Здесь, у берега, скапливаются огромные массы воды. Даже у самого дна чувствуется, как возросло давление водяной толщи. Под ее напором вода в глубине моря начинает течь назад. Итак, на поверхности моря волны бегут в одну сторону, а в его глубине – в другую. За счет силы Кориолиса оба этих течения – глубинное и поверхностное – отклоняются в сторону. Образуются водовороты. Если в данном месте на поверхность моря поднимаются потоки холодной воды, остужая воздух, возникает циклонический вихрь. В противном случае формируется область антициклона (все зависит от местных атмосферных условий).

Итак, можно уверенно заявить, что роза ветров в этом районе меняется: воздушные потоки крепчают или слабеют. Дело клонится к штилю или буре.

Подобные процессы очень сложны. В атмосфере возникают многочисленные области циклонов или антициклонов. Мы легко можем представить себе метеорологическую карту, испещренную витиеватым узором линий, овалов, кругов. Мы много раз видели нечто подобное на экранах телевизоров. Теперь же ученые убедились, что в океане так же сложно распределяются области течений и водоворотов. Их чересполосица остается скрыта от наших взоров.

Неужели в этом хаосе можно обнаружить хоть какую-то систему? Ученым удалось это сделать. Им помогла важнейшая особенность, отличающая воздушную среду от водной: океан гораздо инерционнее атмосферы! Так, если циклонический вихрь преодолевает какое-то расстояние всего за четыре дня, то водяной вихрь повторяет этот путь в течение нескольких лет. Если воздушные течения остаются неизменными несколько недель кряду, то океанические – несколько десятилетий. Если атмосферные процессы меняются с каждым рассветом и закатом, то морская пучина реагирует разве что на чередование зимних и летних месяцев.

Уже по этому описанию нетрудно догадаться, что «союз Воды и Воздуха» весьма неравноправен. Какие бы бурные изменения не происходили в атмосфере, они мало затрагивают жизнь морских глубин. Там образовался свой мир, почти неподвластный воздушной стихии. Зато атмосферные процессы невольно «вторят» тону, заданному громадным, инертным Океаном. Делаем естественный вывод: чтобы предсказывать погоду, чтобы прогнозировать климатические изменения, надо понимать, что происходит с Океаном. Его бытие определяет судьбу атмосферы планеты.

В пучине морей покоятся точнейшие метеопрогнозы, которые предстоит расшифровать!

Однако понять смысл этого откровения, начертанного движением волн, подводных струй и водоворотов, вовсе не просто. Мировой океан – это огромный, бескрайний мир. Он занимает 71 процент всей поверхности Земли.

Обширная толща океана мало изучена. Первые глубоководные погружения начались всего несколько десятилетий назад. До тех пор людям была ведома лишь тонкая оболочка, укрывающая этот грандиозный резервуар воды. На протяжении многих тысячелетий корабли двигались по водной глади. Навигаторы и натуралисты наблюдали лишь за тем, что происходит на поверхности воды и на небольшой глубине под ней. Морские пучины оставались для них «тайной великой и непостижимой».

Проект WOCE предусматривает наблюдение во всех морях Мирового океана. Для этого вдоль заранее определенных маршрутов установили приборы, закрепив их с помощью «якорей». Круглый год эти аппараты собирали информацию обо всем, что происходило в данном районе моря. Даже его глубины были для них прозрачны.

Нетрудно предположить, что основной частью этих устройств были длинные тросы, уходившие в глубину на километры. К нижнему концу троса, изготовленного из кевлара, крепили громоздкую связку отслуживших свое железнодорожных колес Получался якорь, легко уходивший к самому дну. На верхнем конце троса привязывали полые шары из стекла или стали. Они плавали по морю, туго натягивая трос. На нем, как бисеринки на нити, нанизывались целой россыпью термометры, измерители скорости течения, сенсоры, фиксирующие содержание соли, а также уловители осадочного материала. Все эти приборы были оснащены аккумуляторами и запоминающими устройствами и заключены в прочные оболочки, защищавшие их от водной стихии.

Длина троса и место его установки выбираются заранее. Трос, с нанизанными на него приборами, сбрасывают в море… Вернутся к нему лишь через год: вытащат из глубины, снимут показания приборов, запишут на компьютер все, что запечатлелось в их памяти…

Подобная процедура кажется довольно простой, но простота ее обманчива Прежде всего, среди бескрайнего океана, где от горизонта до горизонта тянется одинаково унылая гладь, надо найти то место, где вы когда-то опустили трос с приборами. Когда же наконец трос найден, остается только надеяться, что разъединяющий механизм, приводимый в действие звуковым сигналом, не испортился и балласт – эти массивные колеса – вовремя пойдет ко дну, а трос вместе с приборами можно спокойно будет поднять на борт судна. Впрочем, даже в лучшем случае фраза «спокойно поднять» – это, конечно, преувеличение, языковый штамп, который не дает ни малейшего представления о том, как трудно вытягивать непослушный, скользкий, бесконечный трос, унизанный приборами.

Приборы, закрепленные на якоре посреди океана, – это стационарный метод наблюдения за ним. Если же ученые намерены исследовать морские течения, они используют мобильную технику: плавучие буи.

Новейшие модели буев позволяют наблюдать даже за подводными течениями! Они погружаются на определенную глубину и дрейфуют, изо дня в день отмечая температуру моря и его соленость. Через каждые десять дней они всплывают и передают по спутниковой связи свои координаты и собранные ими данные. Сразу после этого сеанса они снова погружаются на заданную глубину и продолжают вести наблюдения. Сейчас в разных частях Мирового океана используют несколько тысяч подобных буев. Они помогли воссоздать детальную картину глубинных течений.

Еще обширнее информация, собранная метеоспутниками. За три-четыре месяца они успевают обследовать весь земной шар, наблюдая за движением волн и температурой воды. Многие из них определяют и средний уровень моря, фиксируя самые крохотные перепады высот, равные всего нескольким сантиметрам! Казалось бы, эта неровность очень мала, но она порождает морские течения.

Но вот все данные собраны. По ним составляется подробная карта Мирового океана. Только теперь ученые-океанографы узнали, почему их предшественникам было так трудно выяснить местонахождение Гольфстрима. Эта громадная океаническая «река» начинается в Мексиканском заливе, но, приближаясь к Европе, разветвляется на множество мелких потоков, образуя обширную дельту, напоминающую дельту таких крупных континентальных рек, как Волга, Амазонка или Нил. В Северной Атлантике и Северном Ледовитом океане воды Гольфстрима остывают и погружаются вглубь. Здесь, на средних глубинах, эта «безбрежная река» поворачивает на юг. Ее поток достигает окрестности Южного полюса. Здесь образуется самое мощное из всех известных нам морских течений. Оно огибает полюс. Затем часть водяных масс поворачивает на север и, миновав побережье Австралии, достигает южной оконечности Африканского континента. Далее этот поток пересекает Атлантику и впадает в Мексиканский океан, где его воды, совершив кругосветное путешествие, длившееся почти сто лет, вновь питают Гольфстрим.

Конец ознакомительного фрагмента.