На суше и на море - 1980

ЗАРУБЕЖНЫЕ НАУЧНЫЕ ВЕСТИ

Информация подобрана Борисом Силкиным

Художник А. Павлов

Кольцеобразные течения,

или синоптические

вихри, в толще океана

За короткое время, прошедшее с начала изучения циклоноподобных океанских вихрей, называемых иногда также рингами, в северо-восточной части Атлантики их открыто более десяти. Их возникновение связано с Гольфстримом, который, миновав мыс Гаттерас, отходит от побережья Северной Америки и начинает меандрировать, то есть образовывать петлеобразные изгибы. Некоторые из таких петель отрываются от основного потока Гольфстрима и становятся самостоятельными круговыми течениями, или вихрями, причем скорость движения воды весьма высока и в отдельных случаях достигает 4 км/час. Диаметр таких колец — 150–300 км. Они охватывают толщу воды почти до дна океана, глубина которого здесь 2500–3500 м.

Установлено, что вихри, обособляющиеся от Гольфстрима с его южной стороны, отличаются от окружающих теплых вод Саргассова моря тем, что в их центре более низкая температура. Те же вихри, которые отделяются с северной стороны Гольфстрима, наоборот, имеют более теплый центр. Кольцеобразные вихри с теплым центром, как правило, смещаются на запад-юго-запад со скоростью до 5 км в сутки. Существует такой отдельный вихрь около года, затем водная масса, достигнув снова мыса Гаттерас, вливается в Гольфстрим.

Дрейф круговых вихрей с холодным центром в основном юго-западный, а скорость не превышает 3 км в сутки. Место их исчезновения — у восточного побережья полуострова Флорида, срок существования — в два-три раза больше.

В последнее время такого рода системы обнаружены и в других акваториях. Так, океанологи Японии исследуют их в районе течения Куро-Сио, полагая, что они должны воздействовать на биологические процессы, важные для рыболовства. Отмечено, что биологические сообщества в круговых течениях весьма своеобразны.

Циркумполярное течение, движущееся вокруг Антарктиды, также, как оказалось, порождает круговые вихри. Однако, по-видимому, по размерам и скорости они уступают тем, что наблюдаются вблизи Гольфстрима. Так, круговое течение, открытое южнее мыса Горн, имеет поперечник немногим более 100 км, а скорость вращательного движения — около 1,1 км/час. Специалисты предполагают, что это объясняется меньшей скоростью Циркумполярного течения по сравнению с Гольфстримом.

Изучение круговых вихрей, очевидно свойственных многим районам Мирового океана, где присутствуют мощные потоки водных масс, имеет большое теоретическое и прикладное значение.

От редакция. Первые инструментальные измерения вихрей в открытом океане были выполнены в тропической Атлантике на морском полигоне, названном «Полигон-70», экспедицией Академии наук СССР в 1970 г. Именно советские ученые дали круговым течениям удачное название — синоптические вихри. Воздушные синоптические вихри живут гораздо меньше водных, но общее свойство этих систем в воде и воздухе — их временный характер и циклическое развитие: рождение, перемещение и разрушение внутри более крупных циркуляции. Важным открытием на «Полигоне-70» было обнаружение сложной глубинной структуры вихрей открытого океана, которая существенно отличается от вихрей пограничных течений Гольфстрима и Куро-Сио.

Воронкообразные течения у берегов Австралии

Более двухсот лет назад было установлено, что вдоль восточного побережья Австралии, омывая штаты Квинсленд и Новый Южный Уэльс, движется направленное с севера на юг течение. Этот поток прослеживался от северной части Кораллового моря до южных районов Тасманова моря. Однако причины, вызывающие столь значительное течение, оставались неизвестными из-за больших трудностей исследовательских работ в опасном для мореплавания районе Большого Барьерного рифа.

Только в 1977 г. с помощью специальных дрейфующих буев удалось установить, что течение имеет значительно более сложную структуру, чем полагали до сих пор. Оно состоит из трех воронкообразных завихрений с диаметрами, достигающими 200 км. Направлено движение этих кольцевых течений против часовой стрелки. Наибольшее из них наблюдается на траверсе Кофс-Харбор и бухты Джервис (Квинсленд), остальные — в районе мыса Кейп-Хоув и у северного побережья острова Тасмания.

Выяснены и причины такого явления. Разогретые тропические воды северной области Кораллового моря разливаются на большой поверхности над более холодными нижележащими слоями, испытывая при этом влияние вращения Земли. На смену им поднимаются из глубины охлажденные водные массы; таким образом появляются теплые «острова».

Измерения показали, что в центре этих «островов» уровень моря примерно на 1 м выше окружающих вод. Силы земного тяготения и вращение планеты приводят такие теплые «линзы» во вращение, которое в южном полушарии, согласно закону Кориолиса, приобретает направление против часовой стрелки. Это течение имеет прерывистый характер: когда уровень воды в центре теплого «острова» уравнивается с окружающим водным пространством, оно прекращается вплоть до появления новых разогретых водных масс из Кораллового моря.

Вихреобразные течения: вид из космоса

Вихреобразные течения в Мировом океане ныне исследуются также с помощью искусственных спутников Земли. Так, с борта американского спутника «Landsat», находившегося на высоте 915 км над поверхностью планеты, удалось сделать космоснимок, на котором хорошо различимы по меньшей мере восемь таких образований. Среди них три развитых двойных кольцеобразных вихря. Некоторые из обнаруженных колец имеют диаметр не менее 30 км.

Изучение этого явления играет большую роль в метеорологии и океанологии, в том числе в исследовании взаимодействия океана и атмосферы, в прослеживании процессов загрязнения водной среды, измерении продуктивности планктона и т. п.

Колебания уровня моря

Согласно существовавшему до сих пор мнению, в случае частичного таяния оледенения Западной Антарктиды произойдет повышение уровня Мирового океана — во всех районах одинаковое.

Американские ученые Дж. А. Кларк и Ц. С. Лингл указали на необходимость учитывать неизбежные изменения в строении дна океана под влиянием меняющихся нагрузок, возникающих при превращении части льда в морскую воду и перераспределении ее в различных бассейнах.

Кроме того, по их расчетам, степень подъема уровня моря должна изменяться и со временем, так как за первоначальной упругой деформацией ложа океана должны последовать процессы притока вязких материалов из недр земли, которые постепенно компенсируют эффект нового распределения весовой нагрузки на кору. В частности, в результате таяния западноанзарктического ледяного купола в течение последующих 1100 лет у берегов ледяного шельфа Росса и мыса Горн уровень моря должен упасть вследствие подъема дна океана в близлежащих районах. Вблизи Гавайских островов подъем уровня моря должен быть на 25 % большим, чем в среднем по всему Мировому океану. Аналогично этому во всех областях, расположенных вдалеке от ледникового покрова, например у берегов штата Нью-Йорк или в Северном море, подъем уровня моря первоначально будет на 10–15 % превышать средний по земному шару, а затем, примерно через 1 тыс. лет, постепенно станет равным ему.

Наступление моря у Сан-Франциско

Изучение комплекса ископаемых растений в районах штата Калифорния, примыкающих к заливу Сан-Франциско, позволило установить, что возраст этого залива не превышает 15 тыс. лет. В предшествовавший период реки Сакраменто и Сан-Хоакин впадали в море 50 км западнее, чем сейчас, проходя сквозь теснину, которая ныне образует пролив Золотые ворота.

Датировка ископаемых остатков растительности, произраставшей вдоль полосы морских приливов и на маршах (засоленных прибрежных болотах), показывает, что около 10 тыс. лет назад, после окончания эпохи оледенения, уровень моря начал подниматься и воды океана вступили в Золотые ворота. Распространяясь постепенно в глубь континента, они в течение 2 тыс. лет смещали береговую линию на восток со скоростью около 3–4 км в столетие. С исчезновением ледникового покрова это продвижение замедлилось. За последние 6 тыс. лет средняя скорость продвижения моря уже не превышала 15 см в столетие.

Извержения и землетрясения в 1977 г.

Согласно сведениям Управления геологической съемки США, основывающимся на данных, полученных с 3 тыс. сейсмо-станций различных стран мира, 1977 год ознаменовался существенным снижением сейсмической активности на нашей планете. За год на Земле произошло лишь 36 значительных землетрясений, тогда как в 1976 г. их число достигало 50. Значительными считаются подземные толчки, магнитуда которых достигает 6,5 по шкале Рихтера, вызывающие гибель людей или крупные разрушения.

В 1977 г. зарегистрировано 14 землетрясений с магнитудой 7,0 и более, тогда как среднегодовое их количество за многие годы наблюдений составляет 19. Количество человеческих жертв от таких стихийных бедствий в среднем достигает за год 10 тыс. В 1977 г. их число не превысило 2800. Особенно разительны эти цифры на фоне отличавшегося высокой сейсмичностью 1976 года, когда от землетрясений погибло около 700 тыс. человек (главным образом в результате сейсмической катастрофы в северо-восточной части Китая). Но вулканическая активность в 1977 г. была высокой: извергалось 35 вулканов, тогда как в 1976 г. лишь 10. Однако такое увеличение представляет собой лишь возврат к среднегодовой норме. Количество действующих вулканов на Земле ежегодно составляет от 20 до 35.

Водохранилища и сейсмичность

Заполнение водохранилища «Маник-3», возникшего на реке Маникуган (провинция Квебек, Канада) в результате строительства плотины, вызвало ряд подземных толчков. За короткое время, прошедшее с начала заполнения бассейна, здесь было зарегистрировано более 1 тыс. толчков. Все они оказались довольно слабыми и ощущались лишь на небольшом расстоянии от эпицентра. Так, даже наиболее сильный из них, магнитуда которого достигла 4,1 по шкале Рихтера, ощущался в радиусе не более 15 км.

Эпицентры этих землетрясений сконцентрированы примерно в 10 км от плотины вверх по течению реки, глубина залегания их фокуса составляет от 0,5 до 4,0 км.

Землетрясение с магнитудой 4,1 обычно ущерба не причиняет. Однако подземный толчок с магнитудой 6,3 по Рихтеру, случившийся в Индии 4 года спустя после заполнения водохранилища у плотины Койна (высота — 103 м), повредил гидроэлектростанцию, привел к гибели 200 человек и оставил без крова тысячи людей.

Имеются данные, согласно которым примерно в 10 % случаев заполнение резервуаров у плотин с высотой от 100 м и более приводит к землетрясениям. Однако методов, позволяющих заранее определить, в каких условиях это произойдет, пока нет.

Изучение сейсмических материалов, собранных в районе плотины «Маник-3», показало ошибочность мнения, что для возбуждения подземного толчка необходим 100-метровый столб. Землетрясения в этом районе начались, когда глубина воды в бассейне была всего 55 м, а наиболее сильный из всех толчков произошел при высоте водяного столба около 80 м. Очевидно, не само водяное давление вызывает подземные толчки, а наличие в почве воды, способной каким-то образом воспринимать это давление.

Железный век в Африке

Изучая обычаи племени хайя, населяющего западный берег озера Виктория в Танзании, американский антрополог Питер Шмидт обнаружил, что этому племени издревле было знакомо искусство выплавки железа. Демонстрируя свое умение, старейшины племени специально для П. Шмидта и приглашенного им инженера Дональда Эвери соорудили полутораметровую коническую печь типа примитивной вагранки из шлака и грунта, взятого в термитнике.

Под печью была вырыта яма глубиной около 40 см. Она затем была заполнена плотно утрамбованным подобием древесного угля, полученного при сжигании болотной травы и камыша.

В основание рабочего пространства печи были вставлены керамические трубки для дутья. В зажженную печь сверху, через ее крышу, подавались уголь и руда, а через трубки при помощи кузнечных мехов из козьей шкуры нагнетался воздух.

Через восемь часов непрерывной работы в зоне дутья была достигнута температура более 1800 °C, и руда превратилась в расплавленный железосиликатовый шлак, из которого начали образовываться четко сформированные кристаллы железа. Поглощая углерод из угля, он превращался в углеродистую сталь.

В наше время хайя занимаются скотоводством и выращивают бананы, бобовые культуры, кофе и чай. Металлические изделия они обычно покупают на стороне. Искусство выплавки стали считалось ими утраченным. Однако несколько восьмидесятилетних членов племени, бывших кузнецами лет пятьдесят — шестьдесят назад, опровергли такое мнение.

П. Шмидт и Д. Эвери организовали раскопки у берегов озера Виктория, возле залива Кемондо. Здесь обнаружено 13 металлургических печей, их возраст составляет от 1500 до 2000 лет. Устроены они почти так же, как и печь, которую хайя построили по просьбе исследователей.

Тем самым сделано важнейшее археологическое открытие. Оказалось, одна из африканских культур полторы — две тысячи лет назад достигла уровня, при котором возможна выплавка стали, причем применялось воздушное дутье. Достигавшаяся в ходе этого температура и качество продукта стали доступными в Европе лишь в XIX в., когда И. В. Сименс построил вагранку с открытым подом.

Возможно, что раннее возникновение металлургии способствовало образованию в Восточной Африке древних экономических комплексов и развитию первых централизованных государств.

Собаки «охраняют» птиц

Датский зоолог Ханс Мельтофте наблюдал в Гренландии необычный случай симбиоза пернатых с собаками. Вблизи поселка Данеборг он исследовал гнездовья гаг обыкновенных (Somateria moflisima). В 1955 г. здесь насчитывалось лишь 2 гнездящиеся пары, а через двадцать лет он насчитал 1300 пар.

Исследователь отметил, что рядом с гнездовьем каждую весну местные жители привязывали ненужных им в теплое время ездовых собак.

Близость лаек, чрезвычайно агрессивно относящихся ко всему живому, отпугивала различных хищников, главным образом песцов — основных врагов пернатых, особенно в период насиживания яиц и выведения птенцов.

Весенний период весьма труден для гаг. В течение 26 суток, пока самка сидит на яйцах, она остается одна, без пищи. Лишь на очень короткое время самка покидает гнездо, чтобы попить и искупаться в ближайшем водоеме. Поэтому многие колонии этих птиц располагаются на мелких островах, где наземных хищников нет.

Покидая гнездо в спокойной обстановке, самка покрывает яйца собственным цухом. Если же птицу спугнули, она обычно все же успевает обрызгать яйца пометом, чтобы сделать их «непривлекательными» для хищника. Так, наблюдения орнитологов П. Макдугалла и X. Милна (Великобритания) показывают, что подобная тактика предотвращает поедание яиц гаги воронами.

Наблюдения в Гренландии показали, что соседство собак не проходит для птиц даром. Лайки в среднем уничтожают за год до 90 гаг. Это происходит или при слишком низком пролете птицы, или в случае, когда та или иная собака сорвется с привязи.

Почему же гаги теряют инстинктивный страх к собакам и поселяются вблизи от них? Ученый высказывает предположение, что, вероятно, для этих птиц привязанная лайка «перестает быть собакой». Возможно, что вынужденная малая подвижность лаек лишает их главного отличительного свойства всякого хищника.

Видимо, благодаря близости собак средние размеры выводков гаг в Данеборге много выше, чем в любой другой их колонии, процент успешного высиживания яиц — тоже. Таким образом, потери в результате опасного соседства значительно уступают выгодам.