Подобно усреднению поля геопотенциала, о котором мы уже говорили, усреднение океанографических данных позволяло ученым прошлого понять только общую структуру океанической динамики, или, иными словами, они изучали «климат океана». Однако такой способ получения и обработки данных не давал им возможность узнать те особенности, которые в каждый рассматриваемый момент определяют «погоду океана».
И тем не менее, сто пятьдесят лет назад были высказаны некоторые соображения о том, что океан изменчив, что течения, температура, соленость и пр. меняются как в пространстве, гак и во времени. К такому выводу пришел английский исследователь Джеймс Реннел. За семнадцать галсов, которые он проделал между Галифаксом и Бермудскими островами, Реннел установил, что местоположение и ширина Гольфстрима меняются со временем и что эти изменения нельзя отнести только к разряду сезонных. По его словам, отсутствие синхронных наблюдений является «непоправимым дефектом» океанографического эксперимента.
Несмотря на то, что ученые уже давно считали океанические течения меняющимися во времени, они очень пессимистично относились к вопросу о возможности их изучения. Реннел разделил течения в океане на четыре категории: дрейфовые (т. е. вызванные ветрами) потоки, локальные и временные. О последних он сказал следующее: «Нет никакой необходимости заниматься подобными течениями. Они не подчиняются никаким правилам, и поэтому изучение их бесполезно».
Новые эксперименты — новые идеи
В мировой науке известно немало случаев, когда абсурдная на первый взгляд идея вскоре перестает казаться нелепой и получает всеобщее признание. Но чтобы утвердить или отвергнуть эту идею, необходимы эксперименты. К сожалению, на деле теория и практика часто расходятся.
Пытаясь охарактеризовать начальный этап развития океанографических исследований, норвежский ученый-океанограф Г. Сведруп сказал, что много людей проводили измерения в океане, но лишь немногие из них размышляли над полученными результатами. И наоборот, в сороковых — пятидесятых годах советский океанограф В. Б. Штокман отметил, что «ныне слишком мно — го ученых занимались теоретическими исчислениями и слишком мало проводили целенаправленные измерения». Именно этот анахронизм явился причиной того, что в последнее время с новой силой заговорили об изменчивости океана. Но прежде необходимо было преодолеть кризис в области эксперимента, который наблюдался вплоть до семидесятых годов нашего века. Сегодня можно утверждать, что идея Реннела о проведении синхронных измерений уже осуществлена, а его скептическое замечание относительно бесплодности изучения изменяющихся во времени океанских движений уже давно опровергнуто. Основным направлением океанографических исследований как в теоретическом, так и в практическом плане, стало изучение именно изменчивости океана, ибо только она поможет раскрыть тайны механизмов формирования движений в океане.
Реализация идеи долговременных экспериментов в области исследования изменчивости крупных океанских процессов началась с работ В. Б. Штокмана. В 1935 году руководимая им экспедиция в течение трех недель на двух заякоренных судах проводила измерения флюктуации течений в Каспийском море. Результаты измерений показали, что изменения скоростей течений не всегда связаны с изменчивостью в атмосфере, как считалось до тех пор. Даже в безветренный период динамика течений в районе исследований отличалась большим разнообразием. Это позволило предположить, что изменение скоростей, а также иных гидрофизических характеристик подчинено каким‑то неизвестным пока механизмам, скорее всего связанным с самими течениями.
В 1956 году эксперимент, подобный Каспийскому, был проведен и в Черном море уже представителями нового поколения ученых, которые в настоящее время стоят в авангарде советской океанографической науки. Эксперименты носили полигонный характер. Это означает, что для проведения измерений выбиралась определенная морская акватория (полигон), где в течение продолжительного времени на заякоренных судах или буйковых станциях проводятся гидрофизические исследования.
Первым полигонным экспериментом, включающим все главные компоненты современных экспериментов, следует считать эксперимент 1967 года в Аравийском море. Но прежде нам хотелось бщ рассказать о некоторых интересных особенностях динамики Индийского океана, которые в той или иной степени характерны и для остальных океанов.
Специфика течений в этом океане обусловлена его географическими особенностями (близость полуострова Индостан к экватору), из‑за чего невозможно образование северного субтропического циркуляционного кольца, как это имеет место в Атлантическом и Тихом океанах. Следствием этой особенности являются муссоны, которые очень хорошо выражены именно в этой части земного шара. В зависимости от направления муссонов могут быть выделены два периода: летний, когда дует юго — западный муссон, и зимний, соответствующий северо — восточному муссону. Между этими двумя периодами наблюдаются два коротких интервала: октябрь — ноябрь и март — апрель.
В зимний период система течений Индийского океана включает Северное Пассатное течение (Северо — восточное муссонное), Сомалийское течение и противотечение в экваториальной зоне. Северо — восточное муссонное течение зарождается в ноябре, причем скорость его достигает максимума в феврале (южнее острова Цейлон, например, скорость превышает одну морскую милю в час). В этот период значительная часть вод, достигнув полуострова Индостан, устремляется на северо — запад, следуя параллельно западному берегу полуострова. Часть этих вод вливается в Красное море, а остальная часть продолжает двигаться на юг, где они, смешиваясь с водами пассатного течения, способствуют усилению Сомалийского течения. Воды последнего питают Экваториальное противотечение, которое зимой расположено между 3 с. ш. и 5 ю. ш. и простирается к востоку до берегов Индонезии. Нужно сказать, что в период северо — восточного муссона циркуляция в океане выражена сравнительно слабо и затрагивает лишь верхние слои океана.
В отличие от течений других океанов, течения Индийского океана имеют различный характер в период зимнего и летнего муссонов. Летом у берегов Сомали зарождается течение, подобное Гольфстриму и Куросио, направленное на север.
Сегодня уже известно, что для океанических движений, масштабы которых соизмеримы с размерами океанов, характерен особый вид колебаний. Эти колебания представляют собой длинные (размером в несколько сотен километров) планетарные волны, названные по имени своего открывателя — шведского геофизика Карла Густава Аренда Россби волнами Россби. Подобные волны существуют и в атмосфере, но там их размеры в десятки раз больше. Для того чтобы возникли волны Россби, необходимо какое‑то внешнее возмущение, которое бы отклонило огромные воздушные или водные массы в направлении север — юг. В результате возникающих при вращении Земли сил появляется горизонтальное колебание этих масс, которое распространяется на запад. И вот именно здесь становится понятной; роль муссонов в зарождении двух типов течений в Индийском океане — летнего и зимнего. Эти ветры и служат тем внешним возмущением, которое приводит в движение водные массы.
В летний период муссона ветер меняет свое направление на 180°, увлекая огромные массы воды в направлении север — юг. Это совершенно изменяет характер течений в Индийском океане. Они становятся более интенсивными и проникают на большую глубину. Волны Россби распространяются на запад и несут с собой энергию, полученную внутри океана. Эта энергия «накапливается» у берегов Сомали, где спустя некоторое время возникает мощное Сомалийское течение — аналог Гольфстрима. Таким образом, на протяжении шести месяцев структура системы течений в Индийском океане полностью совпадает со структурой течений в остальных океанах.
Схема расположения приборов на автономной буйковой станции (АБС): 1 — радиоотражатель; 2 — буй (поплавок); 3 — трос; 4 — автономные регистрирующие приборы; 5 — якорь.
А теперь продолжим наш рассказ об эксперименте в Аравийском море. Он проводился в квадрате, каждая сторона которого составляла 5°, при помощи семи автономных буйковых станций (АБС). Такие станции представляют собой поплавок на поверхности моря, к основе которого прикреплен крепкий металлический трос длиною в тысячи метров. Другой конец троса заякорен на дне, а между якорем и поплавком (буем) устанавливаются самопишущие измерительные приборы. Во время работ на Аравийском полигоне такие приборы работали на глубине до 1200 метров на протяжении двух месяцев.
