Огромные расстояния, необозримые пространства соленой морской воды разделяют материки, острова и отдельные бассейны океанов. Человек овладел океанскими просторами сравнительно недавно. Это случилось, когда Колумб пересек Атлантический океан, и жители Европы открыли Америку.
Однако мало кому известно, что еще раньше обитатели Америки "открыли Европу". К берегам Оркнейских островов и Шотландии задолго до плавания Колумба штормом не раз прибивало лодки с темнокожими людьми. Однажды на берегу одного из островов была найдена "плетеная" лодка. Более подробных сведений о ее конструкции не сохранилось. Между прочим, на таких плетеных корзинообразных лодках, пропитанных каучуковым соком, плавают у берегов юго-восточной Азии, в частности, во Вьетнаме и сейчас.
В 1508 г. на английский берег из подобной лодки высадилось семь человек, говоривших на незнакомом языке. Жители побережья, однако, поняли, что эти люди прибыли откуда-то с запада. Сведений о дальнейшей их судьбе не сохранилось. В 1682 г. на Оркнейских островах появился странного вида человек, не похожий на европейца и не говоривший ни на одном из известных в то время языков. Не раз к берегам Англии прибивало необычайного вида орехи, нигде не встречающиеся в Европе. В 1684 г. эдинбургский профессор Сибальд подробно описал такой орех.
Нетрудно догадаться, что "американцы" и американские орехи были занесены в Европу морскими течениями. В 1854 г. в берлинском журнале "Цайтшрифт фюр эрдкунде" появилась подробная статья некоего доктора Гумпрехта, описывающего эти события. В это время умы современников волновала Крымская война. Статья о неизвестных пришельцах с запада не возбудила интереса и не оставила по себе воспоминаний.
За последние годы по всей Северной Атлантике, начиная от берегов Америки, для изучения течений было брошено в воду множество бутылок. Около 30% бутылок нашли у берегов Франции и особенно Англии, что вполне подтверждает вероятность появления в Европе не только орехов, но и невольных переселенцев из Америки, занесенных штормовыми западными ветрами и течениями.
Океанские течения – пути-дороги для множества путешественников как вольных, так и невольных, причем последних неизмеримо больше. К ним относятся мелкие растительные и животные организмы, получившие название планктона, что в переводе с греческого языка означает "парящий". Они действительно парят в воде. Некоторые из них в течение суток совершают вертикальные миграции; ночью поднимаются к поверхности моря, а днем уходят в его глубины, но бороться с течениями они не в состоянии.
Многие рыбы совершают миграции либо по течению, либо против течения. То или другое направление, избираемое ими, зависит часто от их возраста и физиологического состояния. Для икрометания некоторые морские рыбы из моря заходят в реки и поднимаются далеко вверх по течению, а по окончании икрометания спускаются обратно в море, совершая на этот раз миграцию уже по течению.
Самым любопытным путешественником в океане, пожалуй, является угорь. Во взрослом состоянии он живет, в частности, и у нас в прибалтийских реках и озерах. Достигнув половой зрелости, угорь неудержимо стремится в море. Если перегородить плотиной или решеткой ручей, вытекающий из озерка, в котором он живет, угорь ранним утром по росе обойдет плотину по суше. Скатившись в море, угорь из Балтики через проливы Каттегат и Скагеррак плывет в Северное море, а отсюда, преодолевая встречные струи североатлантического течения, направляется на юго-запад. Нерестятся угри в центральной части Атлантического океана, в так называемом Саргассовом море. Мальки угря, едва выклюнувшись из икры, начинают обратное путешествие, которое длится ровно три года. За это время они проходят несколько стадий развития и, достигнув в конце концов Балтийского моря, заходят дозревать в те же реки и озера, из которых вышли их родители (см. очерк "Эликсиры жизни и смерти").
Что же управляет угрями во время этого пути, как они находят дорогу? Раньше полагали, что угрями руководит только инстинкт. Отчасти это, может быть, и так. Если допустить дрейф материков, то не всегда путь угря на нерест был таким дальним. В отдаленные геологические времена угорь метал икру, может быть, где-то в узком проливе между Европой и Америкой. По мере удаления Америки от Европы путь угря удлинялся. Происхождение столь дальних миграций угря остается пока загадкой. Что же касается побудительных причин, заставляющих его плыть в определенном направлении, то сейчас для них найдено более удовлетворительное объяснение.
На разных стадиях жизни угря у него в крови обнаруживается либо избыток, либо недостаток солей, в зависимости от того, находится он в соленой, солоноватой или пресной воде. Этот избыток или недостаток солей и заставляет его перемещаться в направлении, где опресненная или соленая среда будет соответствовать его физиологической потребности в солях. Малек угря вынужден плыть по течению, взрослый угорь способен плыть против течения. В обоих случаях течение служит угрю ориентиром. Может возникнуть вопрос, каким образом рыба определяет, плывет ли она по течению или против него? Вероятно, совершенно так же, как и человек, купающийся в реке – по разнице усилий, которые надо приложить для того, чтобы плыть вверх или вниз по течению.
Говоря о течениях как об океанских дорогах, используемых морскими животными, нельзя не упомянуть об одном "великом путешественнике". Этот "путешественник" – теплолюбивый тюлень, называемый тюленем-монахом. Он намного раньше Колумба "открыл" Америку и раньше Бальбоа – Тихий океан.
Обычно с тюленями связано представление о полярных странах и льдах. Правда, один вид тюленя, эмигрант из Северного Ледовитого океана, живет в теплом Каспийском море. Однако каспийский тюлень, по примеру предков, производит на свет потомство в зимнее время на льду, который на 4-5 месяцев сковывает северную замерзающую часть моря.
Мало кому, однако, известно, что есть и теплолюбивый вид тюленей (Monachus monachus). Родина его, как предполагают некоторые ученые (Дж. Кинг), – Средиземное море. Это, видимо, очень древний вид. Кости этого тюленя были найдены глубоко в земле в палеолитических слоях. Изображение головы тюленя встречается на монетах, отчеканенных более чем за пять столетий до новой эры при персидском царе Дарие. Древнегреческий философ Аристотель, живший в IV в. до новой эры, описывает его в своей "Historia Naturalis". Римский ученый Плиний отмечает кротость и понятливость ручных тюленей. По его словам, их издавна показывали дрессировщики на площадях и на торжищах в городах древней Греции и Рима. Некоторые обученные тюлени умели якобы считать до десяти и отвечали урчанием на свое имя. О средиземноморском тюлене упоминают Плутарх и Гомер.
Промысел тюленя был широко развит в Средиземноморье. Из шкуры тюленя делали обувь и шатры. Люди верили, что одежда из тюленьей кожи спасала от удара молнии, шкура тюленя, обнесенная вокруг поля и подвешенная потом у двери жилища, предохраняла посевы от града. Правый ласт тюленя, положенный на ночь под подушку, избавлял от бессонницы. Тюлень, по мнению жителей Средиземноморья того времени, обладал почти человеческими способностями. Ходили, например, слухи, что некие полулюди-полузвери, жившие на атлантических берегах Африки, к которым из-за сильного прибоя не мог приблизиться даже самый опытный мореплаватель, заключали с тюленями договоры о разделе рыбных угодий. Средиземноморский тюлень любил лежать и нежиться на солнце, благодаря чему его покровителями считались бог солнца Аполлон и бог моря Посейдон.
Тюлень был очень популярен в Средиземноморье, так как до сих пор многие названия островов, местностей и городов происходят от слов "фока", "фоцис", "лобос", что на латинском и греческом языках значит тюлень.
Первые научные описания теплолюбивого тюленя были сделаны Бюффоном (1782 г.), Германом (1799 г.) и Кювье (1813г.).
Из Средиземного моря, если считать, что оно было его родиной, тюлень-монах через Гибралтарский пролив вышел в Атлантику и распространился по западному берегу Африки на юг вплоть до мыса Бланко, расположенного чуть южнее 23? с. ш. Средняя зимняя температура воды в этом районе равна 20?. Более нагретые воды для тюленя, видимо, не подходят.
Средиземноморский тюлень Monachus monachus оказался действительно великим путешественником. Подхваченный по выходе из Гибралтара Канарским течением, он добрался до Экваториального течения, которое увлекло его в открытый океан. Плывя в струе течения на запад, по одному с Колумбом пути, тюлень-монах опередил Колумба на много веков, а может быть, и тысячелетий, и прочно обосновался в Карибском море. Когда-то в этом море было очень много тюленей. Они долгое время служили объектом широко развитого промысла. Многие острова в Карибском море до сих пор сохранили названия с приставкой "сил", что по-английски означает тюлень.
Этим, однако, не ограничились путешествия средиземноморского тюленя. Тюлени, видимо, обладают склонностью совершать большие переходы не только по воде, но и по суше.
В Антарктике, например, останки тюленя были однажды найдены в 80 км от берега на высоте 1600 м над уровнем моря. Поэтому тюленю, вероятно, ничего не стоило пересечь Панамский перешеек, ширина которого в наиболее узком месте составляет 200 км, а высота над уровнем моря – всего 65 м. Впрочем, быть может, переход его в Тихий океан произошел в те отдаленные геологические времена, когда Панамский перешеек был покрыт солеными водами океана. Воспользовавшись тихоокеанским Экваториальным течением, теплолюбивый средиземноморский тюлень мигрировал от берегов Америки на Гавайские острова.
Таким образом, тюлень-монах, герой фантастических рассказов древности и великий путешественник, почти совершенно истребленный в Европе и в Центральной Америке, нашел безопасное убежище среди многочисленных необитаемых островков и рифов Гавайского архипелага. Здесь до сих пор встречают стада тюленя в десятки и даже сотни голов. Так, океанские течения помогли переходу средиземноморского тюленя из одного полушария в другое.
Течения уносят от берегов пучки водорослей, вырванные с корнем деревья, кусты, иногда целые растительные островки. Наши полярные летчики видели однажды на льду в центре Арктики два больших дерева, вынесенных в океан, вероятно, с берегов Лены или Енисея. Чарльз Дарвин наблюдал в море далеко от берега огромный растительный плавучий остров, на котором находились даже мелкие млекопитающие животные.
В переносе живых организмов вместе с океанскими течениями значительную роль играют, конечно, и воздушные течения – ветры. Мошек, пауков, споры грибов и семена растений находят на высоте до 5000 м. Это так называемый воздушный планктон. Переносчиками жизни служат также птицы. Из грязи, прилипшей к птицам, Дарвин вырастил однажды 82 растения пяти разных видов. Примером того, как заселяются безжизненные острова, может служить остров Кракатао.
После землетрясения, случившегося в 1883 г., остаток вулкана Кракатао, возвышавшийся над поверхностью моря, оказался лишенным всякой жизни. Через 9 месяцев на острове появились пауки, а в 1888 г. на нем были уже насекомые, черви, моллюски, ящерицы, змеи, птицы и даже несколько млекопитающих. Большую часть этих животных могли занести на островок только морские течения.
Неразрешенной загадкой является распространение небольшой пресноводной рыбки галаксиаса. Впервые эта рыба была найдена в Новой Зеландии в 1764 г. С тех пор обнаружено несколько десятков видов галаксиаса. Галаксиас не имеет чешуи и немного похож на форель. Размеры его невелики – от 7 до 17 см. Соленую воду он не переносит. И несмотря на это в южном полушарии в зоне между 30 и 60? ю. ш. галаксиас встречается как в пресных водах материков, так и на многочисленных островках, разделенных широкими просторами океана, совершенно не доступными для этой рыбы вследствие высокой солености. Когда и каким транспортом он воспользовался для расселения?
Однако океан не только соединяет, но и разъединяет. Замечательным примером этого могут служить Галапагосские острова. Эта группа высоких вулканических островков находится на расстоянии 1000 км от берегов Эквадора. Открыты они были в 1535 г. В 1835 г. во время плавания на "Бигле" их посетил Чарльз Дарвин. Животный мир Галапагосских островов послужил, пожалуй, главным толчком к созданию знаменитым ученым его теории происхождения видов. Свое название острова получили от водившихся здесь гигантских черепах, которые по-испански называются "галапаго". Дарвин обнаружил, что все рептилии (пресмыкающиеся), половина представителей растительного и животного мира островов и треть прибрежных рыб совершенно отличны от видов, известных в других частях Земли.
Человек, попавший на эти острова, без труда может представить себе, что "машина времени" Герберта Уэллса перенесла его в век рептилий. На Галапагосских островах сохранились большие ящерицы-игуаны и гигантские черепахи. Здесь же гнездятся утратившие способность летать огромные бескрылые бакланы, а у берегов промышляют рыбу морские котики, добродушные морские львы и пингвины. В период размножения самцы игуаны и морские львы устраивают бои за обладание гаремом из самок, а морские черепахи выходят из моря, чтобы откладывать яйца в горячем прибрежном песке. На этом заброшенном в океане кусочке земли удивительным образом уживаются рядом выходцы из Антарктики – пингвины и обитатели тропиков – игуаны.
Растительный и животный мир Галапагосских островов был занесен сюда в отдаленные геологические времена морскими течениями. Океанские течения их заселили, океанские просторы их защитили. Благодаря отсутствию хищников, все редкостные обитатели островов уцелели до наших дней. Вследствие длительной изоляции время словно замедлило свой бег на этих островах; эволюция растительного и животного мира протекала здесь своим особым, вероятно, замедленным путем. И вот заброшенные в океане острова превратились с течением времени в естественные заповедники, где человеку представляется возможность заглянуть в глубь отдаленных геологических эпох.
Еще не так давно и на других океанских островах существовали животные и птицы, не встречающиеся в других местах. На острове Маврикия жила нелетающая птица додо; нелетающая птица моа водилась в Новой Зеландии, а крупные альбатросы на острове Лейзан совершенно не боялись человека. Те, кому приходилось посещать этот остров, наблюдали, как лейзанские альбатросы совершали церемонные групповые танцы и поклоном отвечали на поклон подошедшего к ним человека. Все эти птицы, как и многие другие диковинные животные тихоокеанских островов, вымерли с появлением на их родине белого человека. Их уничтожили ввезенные человеком свиньи, собаки и крысы. На многих островах завезенные человеком козы почти полностью погубили кустарники и деревья.
Но самая удивительная граница, созданная океанскими солеными водами, проходит по Ломбокскому проливу между двумя островами – Бали и Ломбок в Малайском архипелаге. Каждый из этих островов размером примерно с остров Корсику. Ширина разделяющего их пролива в самой узкой части – всего 15 миль. Максимальная глубина пролива, измеренная в 1950-1952 гг. шведской экспедицией на "Галатее", равняется 341 м. Несмотря на близкое соседство, на этих двух островах живут многие совершенно различные четвероногие животные, пресноводные рыбы и даже птицы. Без преувеличения можно сказать, что оба острова отличаются своей фауной больше, чем Англия от Японии.
Фаунистическая граница, проходящая между островами Бали и Ломбок, получила название линии Уоллеса, впервые обнаружившего ее в 1892 г. Эта граница отделяет животный мир Индийского океана и Азии от животного мира австралийской фаунистической области.
К западу от линии Уоллеса известно 100 видов первично пресноводных рыб, тогда как к востоку от нее – только 5 видов. Столь большая разница в видах рыб доказывает, что проливы, разделяющие острова, никогда не высыхали, и сами острова не соединялись в одно целое. А так как средняя глубина Ломбокского пролива составляет около 300 м, то из этого делают вывод, что уровень океана в ледниковые периоды не опускался ниже этой величины. В противном случае реки, протекающие на островах, должны были бы слиться и приобрести однообразную ихтиофауну.
На Гавайских островах до появления европейцев и японцев не было ни москитов, ни фруктовых мух. На Алеутских островах живут бескрылые насекомые, которые с течением времени расстались с крыльями, чтобы не быть унесенными в океан ураганными ветрами. Единственное место, где живут двухвостые лягушки, это заброшенные в Индийском океане Сейшельские острова. Только на этих островах растут пальмы с двойными кокосовыми орехами, о которых среди моряков сложилась легенда, будто эти "морские орехи" родятся на дне океана.
Нередко существует большая разница в фауне и флоре между материком и близлежащими островами, расположенными с ним на общем цоколе. Так, пять видов ирландских пресноводных рыб не встречаются в Англии, а некоторые британские речные рыбы неизвестны в Европе. Разница во флоре между Кубой и Флоридой, по выражению английского биолога Д. Дж. Скотта, больше, чем между Флоридой и Канадой. На о. Козумел, расположенном около Кинтана Ро на побережье Мексики, живут птицы, не встречающиеся больше нигде на свете, хотя им ничего не стоило бы перелететь на материк.
Для растений или животных, не встречающихся за пределами некоторой определенной географической области, установилось наименование – эндемичные растения и животные. Таких эндемиков среди морских животных в прибрежной зоне океанских островов довольно много. Например, у о. Св. Елены, месте ссылки Наполеона, их 27%, у островов Тристан д'Акунья – 23 %, у Гавайских островов - 34%, а у островов Южного океана еще больше: у Кергелена – 71%, у Макуори – 64%; количество эндемичных видов в глубоководных желобах колеблется в пределах от 30 до 60%.
Эндемизм, как мы видим, особенно развит в субполярных водах Южного океана, где климатические условия мало менялись на протяжении геологической истории Земли. Это наводит на мысль, что эндемизм – скорее признак консервации видов, чем их развития своим особым путем. Однако океан разделяет не только сушу. Неодолимые для животных барьеры существуют и в толще океанской воды.
Численность рыбного населения океанских глубин нам пока совершенно не известна. О глубоководных рыбах, по исследованиям Мэрион Грэй, можно сказать лишь одно, что они в значительной части являются эндемичными. Исследования американского биолога уточнил российский биолог Т. С. Расе. Он установил три группы глубоководных тихоокеанских рыб: азиатскую, не покидающую западной части Тихого океана, американскую, присущую только восточному бассейну океана, и третью, не признающую политических границ, азиатско-американскую, не спускающуюся ниже 35-40? с. ш. Какие незримые преграды мешают этим рыбам распространиться по всему океану, остается пока загадкой. Это тем более удивительно, что температура и соленость на больших глубинах во всех областях океана приблизительно одинакова. В Антарктике известно 7, в Арктике 5-7, а в Индонезии 19 видов рыб, которые не встречаются в других областях Мирового океана.
Мировой океан един. Вертикальное перемешивание воды, поверхностные, глубинные и придонные течения связывают самые отдаленные районы океана, самые большие его глубины в единое целое. И в то же время сложный рельеф дна, разная температура и соленость воды в отдельных его районах, огромные различия в давлении у поверхности и на глубине – все эти свойства океана создают местами трудно преодолимые барьеры для некоторых его обитателей.
Рыбы полярных морей большей частью отличаются от рыб тропических областей океана. Точно так же отличаются друг от друга холодолюбивые формы планктона северных морей от теплолюбивых форм, населяющих субтропические и тропические области океана. Распространение растительных организмов в океане ограничено в основном глубиной проникновения солнечного света в толщу воды. Рыбы, населяющие верхние слои океана, редко погружаются на большие глубины; глубоководные рыбы, привычные к темноте, к низкой температуре и огромному давлению, не поднимаются к поверхности. Впрочем, как у глубоководных рыб, так и у планктона, совершающего значительные вертикальные миграции, есть, по-видимому, определенный "потолок", выше которого они не поднимаются, и "пол", ниже которого они не опускаются. Любопытно отметить, что при вертикальных миграциях планктонные организмы легко переносят разницу в температуре, достигающую 18?, тогда как при горизонтальном переносе их течениями многие виды гибнут при изменении температуры всего на 5-6?.
Привычка жить на большой глубине сказывается даже на бактериях, населяющих грунты глубоководных впадин; они не в состоянии существовать на малых глубинах при небольших давлениях. В питательной среде в лабораторных условиях глубоководные бактерии, поднятые со дна океана, продолжали жить и развиваться только в том случае, если их помещали в камеру с давлением около тысячи атмосфер.
Непреодолимым барьером для многих организмов является слой температурного скачка. Те, кому случалось купаться в прудах, хорошо знают, что такое слой скачка. Иногда в начале лета туловище пловца находится в нагретой солнцем теплой воде, а ноги охватывает леденящий холод. Эти слои теплой и холодной воды разделяет небольшой слой температурного скачка.
В северных морях в разгар гидрологического лета слой температурного скачка находится на глубине 10-15 м в теплых областях океана он обычно встречается на глубине около 100 м и более. В слое скачка резко меняется плотность воды. Около него сверху и снизу скапливаются планктонные организмы. Слой скачка для многих из них – непреодолимая преграда.
Такой же неодолимой преградой для некоторых морских организмов, живущих в умеренных широтах северного и южного полушария, служат теплые воды экваториальной зоны океана. Однако несмотря на этот барьер и к северу и к югу от тропиков встречаются совершенно одинаковые организмы. Их называют биполярными. Относительно того, как они преодолели барьер тропических вод, существует несколько гипотез, предложенных российскими учеными Л. С. Бергом, К. М. Дерюгиным и некоторыми другими. Вероятнее всего, это произошло во время общего охлаждения океана в один из ледниковых периодов.
Течения объединяют все части Мирового океана. Но материки, подводные горные хребты и пороги, океанские фронты на стыке холодных и теплых, соленых и опресненных водных масс, разница в давлении, слой температурного скачка и граница проникновения света создают разнообразные вертикальные и горизонтальные барьеры. Благодаря этим барьерам океан разделен на ряд географических областей. Ближайшая задача океанографов состоит в том, чтобы изучить особенности среды, влияние на жизнь противоречивых условий, которые связывают и разделяют отдельные области Мирового океана, и произвести его биографическое районирование как в горизонтальном направлении, так и по вертикали. Эти работы уже начаты российскими учеными. Такое районирование раскроет нам многие неразгаданные страницы истории Океана и всей Земли и позволит в будущем более рационально организовать эксплуатацию его пищевых ресурсов.
Приливы
Дважды в течение суток вздымается могучая грудь океана и дважды опускается. "Море дышит" – так образно и художественно описывал приливы еще в XIV в. новгородский архиепископ Василий Калика, рассказывая в письме епископу тверскому Федору о морских плаваниях новгородцев. Действительно, перемешивая воду, приливные течения, как гигантские легкие, способствуют снабжению кислородом морских глубин, хотя, конечно, знать об этом Василий Калика в то время не мог. Благодаря тому же перемешиванию приливо-отливные течения усиливают поглощение и отдачу тепла водой и местами таким путем сглаживают сезонные изменения температуры воздуха. Это, например, отчетливо заметно в Горле Белого моря, где приливные течения изменчивы и сильны.
Там, где берег отлогий, во время прилива над ним бушуют волны прибоя, а при отливе отступившее море обнажает широкую полосу гальки, песка или ила, населенную организмами, хорошо приспособившимися к таким превратностям судьбы.
Вот мы на Терском берегу Белого моря, у входа в сравнительно мелководный пролив, соединяющий его с Баренцевым морем. (Этот пролив называют Горлом Белого моря.) Время отлива или, как говорят моряки, "малая вода". На протяжении двух – трех километров тянется песчано-илистая отмель. В углублениях, оставленных морем, соленые лужи. На высоких шестах тут и там натянуты сетки. Что это? Неужели и сюда пробрались любители спорта, чтобы во время отлива сыграть партию в волейбол? Не сразу догадаешься, что это рыбачьи сети, предназначенные для лова семги. Рыбаки здесь выезжают на лов не на лодке, а на лошади, запряженной в телегу, и рыбу не вытаскивают из воды, а снимают с сетей, словно подарки с новогодней елки. Поистине необычайное зрелище представляют собой сети, стоящие на берегу с застрявшими в них метровыми серебристыми семгами.
А вот и другое проявление прилива. У пристани в Мурманске грузится большой океанский пароход. При полной воде человек, стоящий на пристани, смотрит на пароход снизу вверх, а судовые лебедки для того чтобы опустить груз в трюм парохода, поднимают его сначала высоко в воздух. Но вот наступил отлив. Палуба парохода теперь на уровне пристани, а иной раз и ниже. Человек смотрит на пароход сверху вниз, а лебедки плавно несут свои груз в трюмы парохода по горизонтали. В Лондонском порту, чтобы избежать этих неудобств при погрузке, суда для погрузочных и разгрузочных работ заходят на полной воде в доки, но зато, кончив погрузку, они должны терять время на ожидание прилива, чтобы выйти из дока.
Еще интереснее морские приливы в реках. Прилив сперва останавливает, а потом поворачивает течение реки вспять. Морская соленая вода клином внедряется в реку по дну и нередко очень высоко поднимается вверх по течению. Очень часто время прилива в реках бывает короче, чем время отлива, а полная вода держится намного дольше, чем малая. Такое длительное стояние полной воды в Северной Двине у Архангельска поморы называют "манихой".
В устьях некоторых рек приливная волна, распространяясь навстречу речному течению, принимает вид высокого крутого вала. Этот приливной рал называют "бор" или "маскарэ". Он разрушает берега и мешает плаванию судов. Бор сравнительно небольшой высоты наблюдается у нас в реках, впадающих в Мезенский залив. В реке Петикодиак, несущей свои воды в залив Фанди в Северной Америке, бор во время больших приливов достигает высоты 3 м и распространяется вверх по реке со скоростью 11-12 км в час. В китайской реке Цянь-танзян бор достигал в высоту 7-8 м; крутизна его переднего склона равнялась 70?. Эта страшная стена воды устремлялась вверх по реке со скоростью 15-16 км в час. На протяжении 800 лет ко дню праздника осени китайцы съезжались на берег моря для того, чтобы полюбоваться этим необычайным зрелищем. Но бор причинял много вреда.
Чтобы умилостивить грозное явление природы, китайские императоры выстроили на берегу "башню успокоения моря". Однако башня не помогла. Тогда для укрепления берегов реки была выстроена 80-километровая стена. Очень высокий бор известен в гигантской южноамериканской реке Амазонке; при высоте 5-6 м он распространяется вверх по реке на расстояние до 300 км. На наблюдателей он производит потрясающее впечатление. На многих реках – Сене и Шаранте во Франции, Северне в Англии, Хугли в Индии с помощью специальных гидротехнических сооружений опасные для судоходства боры почти совершенно устранены.
Приливы известны человеку с давних времен, вероятно, с тех пор, как ему пришлось поселиться на берегу необозримого, временами страшного своей яростью, временами спокойного и ласкового кормильца – океана. Сколько съедобных ракушек оставлял он на берегу во время отлива! На местах древних приморских стоянок первобытного человека до сих пор находят кучи раковин, наглядно говорящих о том, каким подспорьем в его трудной жизни был океан.
О приливах в Красном море уже в V в до н. э. упоминает в своих трудах древнегреческий историк Геродот. В закрытом Средиземном море приливы незначительны, поэтому они мало привлекали к себе внимание мореплавателей. Но как только обитатели Средиземноморья вышли в океан, уменье учитывать состояние прилива стало неотъемлемой частью искусства кораблевождения.
Первым подметил связь между высотой прилива и фазами Луны уроженец Массилии (ныне Марсель) географ Пифей, побывавший на берегах Англии, где приливы особенно велики. За сто лет до новой эры появился первый труд по океанографии – книга "Об океане". Автор книги Посидониус подробно описал приливы в Кадиксе, на атлантическом берегу Пиренейского полуострова, и не только с уверенностью указал на их связь с фазами Луны, но даже постарался выразить эту связь числом. Он первым заметил разницу между величинами приливов во время равноденствий в марте и сентябре и в период солнцестояний в июне и декабре.
Однако понять сущность явления приливов удалось только после открытия Ньютоном всем известного теперь закона всемирного тяготения.
Масса Солнца в 30 миллионов раз больше массы Луны, но Солнце в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. Поэтому притяжение маленькой Луны в конечном итоге в 2,17 раза больше притяжения гигантского по сравнению с ней Солнца.
Собственно же приливообразующая сила представляет собой, как это показано на рисунках, результат сложения силы притяжения Луны и центробежной силы, образующейся при вращении системы Земля – Луна. Именно поэтому вокруг земного шара за сутки обегают две волны. Гребень той, которая побольше, обращен к Луне, а гребень другой находится на противоположной стороне земного шара.
Если бы земной шар был сплошь покрыт водой, притяжение Луны создавало бы в нем прилив величиной в 0,54 м, а притяжение Солнца – прилив величиной в 0,25 м. Наибольший прилив равнялся бы сумме лунного и солнечного приливов. И повсюду было бы два прилива и два отлива в сутки. Такой вид приливов называют полусуточным. Полусуточные приливы хорошо известны у нас на Мурманском побережье, в Белом море и у берегов Сибири. Это преобладающий тип приливов. Однако свободному распространению приливной волны вокруг земного шара мешают материки, цепи островов. Они сильно искажают приливные волны, в результате чего есть места, где прилив и отлив повторяется только раз в сутки. Такие приливы носят название суточных. У наших тихоокеанских берегов приливы имеют промежуточный характер между суточными и полусуточными, их называют смешанными приливами.
В открытом океане и сейчас величина прилива около метра. Но у берегов она достигает местами 10-18 м. Там, где в полную воду свободно пройдет большой океанский пароход, в малую воду сядет на мель даже небольшая рыбачья лодка. Происходит это потому, что достигая мелководной береговой отмели и проникая в заливы и бухты, приливная волна растет. При сложении первичной приливной волны с волной, отраженной берегами, и образуются такие большие приливы.
Перемещая огромные массы воды, приливообразующая сила должна, казалось бы, обладать большой величиной. На самом деле она очень мала и равна всего одной девятимиллионной доле силы тяжести. Таким образом, благодаря притяжению Луны каждая частичка воды в океане, если Луна находится над ней в зените, теряет 1/9000000 часть своего веса, а если Луна по отношению к ней находится на горизонте, увеличивает свой вес на 1/18000000.
Взаимное положение Земли, Луны и Солнца непрерывно меняется, поэтому и величина прилива также меняется каждый день. Когда относительное положение Земли, Луны и Солнца возвращается к первоначальному, цикл прилива повторяется. Главная роль в образовании приливов принадлежит Луне. Поэтому основной цикл прилива тесно связан с ее фазами и равен, как мы уже знаем, двум неделям (точнее 13 5/6 суток).
Когда Луна и Солнце во время полнолуния и новолуния находятся на одной линии, приливообразующие силы обоих светил складываются. Приливы в это время достигают наибольших величин и называются сизигийными. Когда же Солнце и Луна находятся по отношению к Земле под углом 90? (четверть прибывающей или убывающей Луны), величина приливов наименьшая. Такие приливы носят название квадратурных. Сизигийные и квадратурные приливы наступают через каждые две недели. В промежутках между ними величина прилива либо убывает, либо увеличивается, в зависимости от изменения фазы Луны.
Итак, суточный цикл прилива равен лунным суткам, а не солнечным, по которым мы живем. Лунные сутки, т. е. время видимого суточного оборота Луны вокруг Земли, длиннее солнечных суток на 50 минут. Поэтому момент наступления прилива и отлива в каждые следующие сутки наступает на 50 минут позднее, чем в предыдущие. Прилив в океане движется в форме поступательной волны. Представление о такой волне нетрудно получить, ударив рукой по воде, заполняющей ванну. От места удара во все стороны побегут волны – это и есть поступательные волны. Поверхностные поступательные волны, возбуждаемые ветром, охватывают только небольшой верхний слой океана. Поступательная приливная волна охватывает всю толщу океанской воды. В Атлантическом океане приливная волна распространяется со скоростью 300 миль в час; в Ламанше, где сужаются берега и уменьшаются глубины, благодаря трению приливной волны о дно скорость ее уменьшается до 70 миль в час.
В некоторых заливах и бухтах образуется стоячая приливная волна. Если поднять, а потом опустить один конец корыта с водой, вода в нем будет колебаться – при подъеме уровня воды в одном конце корыта уровень воды в другом его конце будет опускаться и наоборот. Это и есть стоячая волна. В середине корыта уровень воды не будет меняться, здесь образуется, как говорят, узловая линия.
Стоячая приливная волна образуется, например, в Красном море, по своей форме напоминающем корыто. В то время, когда в Суэцком канале уровень поднимается, в восточной части моря, у Адена, он опускается, а посередине моря уровень все время остается почти без изменения.
Капитану и штурману корабля очень важно знать величину прилива и время наступления полной и малой воды. В настоящее время предвычисление приливов производится на год вперед. Из "Таблиц приливов", издаваемых в России, величину прилива можно выбрать для любого места и на любой день и час.
Благодаря местным особенностям распространения приливной волны и отражению ее берегами, в некоторых районах океанов и морей существуют пункты, в которых уровень совершенно не меняется. Такие пункты хорошо известны, например, в Северном море и других районах океана. Они называются амфидромическими.
Долгое время были загадкой приливы у островов Таити в Тихом океане. Еще недавно некоторые географы, описывая эти острова, утверждали, что у берегов Таити приливы наступают всегда в один и тот же час – полная вода в полдень и полночь, малая вода в 6 часов утра и 6 часов вечера. Некоторые при этом весьма образно добавляли: на Таити океан не повинуется Луне, он признает только Солнце. Но наука постепенно срывает одну за другой завесы тайны с непонятных явлений природы. Так произошло и с приливами у Таити.
В 1924 г. на одном из островов для непрерывного наблюдения за уровнем моря установили мареограф, а в 30-х годах был раскрыт секрет приливов у Таити. Обработка наблюдений показала, что действительно прилив у островов не запаздывает каждые сутки на 50 минут, как это происходит во всех других частях океана. Но все же момент его наступления несколько изменяется. Дневная полная вода приходится на время между 10 и 15 часами, ночная – на время между 22 и 3 часами, но ни та, ни другая никогда не выходят за эти пределы.
Одновременно было установлено, что под влиянием формы тихоокеанского бассейна резко изменилось соотношение между лунным и солнечным приливом. Теоретически лунный прилив в два с лишним раза больше солнечного. У Таити он составляет всего лишь 20% солнечного. Таким образом, географы в какой-то мере были правы, утверждая, что океан у островов Таити повинуется Солнцу, а не Луне. Но причина этого явления оказалась чисто земной, а не космической.
Благодаря отражению волн у берегов Англии между Уэймутом и островом Уайт, иногда случаются не два, а четыре прилива в день. Это так называемые двойные приливы, у каждого из которых по два максимума.
В некоторых районах океана приливы попеременно заливают и обнажают очень широкую береговую полосу. В некоторых местах, как например у бретонских берегов Франции, эта полоса достигает 10-20 км. Эту береговую полосу называют приливной зоной. В ней развилась особая фауна, успешно приспособившаяся к превратностям судьбы – к перемене солености и температуры и к периодическим осушкам. Моллюски, оставленные морем при отливе на сухом берегу, крепко сжимают створки своих раковин до наступления прилива. Морской червь Chaetopterus, который вместе со своим постояльцем – небольшим крабом – живет в V-образной известковой трубке, прячется при отливе в нижнюю ее часть, оставляя место для запаса воды в верхней части трубки.
Плоский червь Convoluta roscoffensis живет на песчаных пляжах Англии в симбиозе с зелеными водорослями; пищеварительный органы у него почти атрофированы, так как он питается за счет растительных клеток водорослей. Чтобы дать возможность своей кормилице – водоросли – лучше пользоваться солнечным светом, этот червь, когда отступает море, вылезает на поверхность пляжа. Тысячи таких червей покрывают приливную зону во время отлива. С наступлением прилива черви зарываются в песок. Если их поместить в аквариум с песчаным дном, они продолжают привычные миграции в толщу песка и обратно на его поверхность два раза в сутки, несмотря на то, что никаких приливов в аквариуме нет.
Еще более интересно приспособилась к приливам небольшая, размером с ладонь, люминесцирующая тихоокеанская рыбка грюньон (Laurestes). Она появляется в огромных количествах у берегов Калифорнии весной и держится здесь все лето. Для икрометания эта рыбка выбирает день и час, когда сизигийный прилив достигает наибольшей высоты. При самом начале отлива, выбрав большую прибойную волну, самка и самец вместе выбрасываются на песок. Самка роет хвостом ямку и откладывает в нее икру, которую самец сейчас же оплодотворяет. Весь процесс икрометания продолжается не больше одной минуты. Извиваясь, рыбка хвостом зарывает икру в песок, а со следующей набежавшей волной возвращается в море. Теперь икра в сохранности. Так как идет отлив, вновь набегающие волны не достигнут места, где зарыта икра, а следующий прилив будет ниже сизигийного, во время которого рыбка отложила икру. Новый сизигийный прилив наступит через две недели. Он размоет песок и освободит из плена созревшие за это время икринки. Холодная вода, коснувшись оболочки икринки, заставляет ее лопнуть, и вот готовая личинка рыбы вступает в жизнь.
В период икрометания сотни тысяч, миллионы этих серебристых рыбок выбрасываются на калифорнийские пляжи. О начале нереста сообщают по радио. Сотни людей в спортивном азарте ловят грюньонов прямо руками, так как применение каких бы то ни было орудий лова в этом случае строго запрещено.
Не менее удивительно размножение червя палоло, тесно связанное с приливами и фазами Луны. Этот червь живет в Тихом океане у островов Самоа на дне моря среди скал и кораллов. Один раз в году – в октябре-ноябре – он делится пополам; одна половина червя остается на дне, другая, начиненная яйцами, всплывает на поверхность моря, где и происходит размножение. Всплывают половинки палоло всегда на рассвете того дня, когда Луна достигает последней четверти. В эти дни поверхность моря буквально кишит червями. От обилия светящихся червей и яиц море приобретает молочный цвет.
К ритму приливов отлично приспособилась также австралийская птица негоп. Она живет не ближе 50 км от берега, но регулярно появляется у моря ко времени отлива, чтобы кормиться на отмели мелкими морскими животными. При этом птица безошибочно учитывает ежесуточное запаздывание прилива и отлива на 50 минут.
Говоря о приливах, нельзя не упомянуть о приливных течениях. Направление их меняется вместе со сменой прилива отливом и наоборот. Путь частицы воды, переносимой приливо-отливным течением, в общем невелик. Он зависит от скорости течения и времени, которое занимают прилив, а затем отлив. В узких проливах, между островами, приливные течения достигают очень больших скоростей.
У полуострова Котантен, на оконечности которого расположен французский порт Шербур, скорость приливных течений достигает 6-9 миль в час; в проливах среди Японских, Филиппинских и Алеутских островов наблюдается скорость течений от 8 до 10 миль в час; среди Фольклендских островов и островов Британской Колумбии она еще больше – от 11 до 14 миль в час. Самые сильные приливные течения известны в Скиерстад-фиорде около Бодэ в Норвегии. Здесь скорость отливного течения, особенно весной, когда его усиливают талые снеговые воды, достигает 16 миль, т. е. 27 км в час. Бурный отливной поток устремляется в море с такой яростью и шумом, что дрожат стены домов, стоящих на берегу фиорда.
С развитием приборостроения океанологи получили возможность измерять скорости течений на самых больших глубинах океана. И вот, там, где предполагались застойные зоны либо очень слабые течения, были обнаружены сильные, притом переменные течения. Вероятнее всего, их возбуждают приливные волны, которые по-разному распространяются в слоях океана, различающихся по своей плотности. Однако далеко не всегда удается обнаружить прямую связь между этими двумя явлениями.
В начале 30-х годов автор занимался изучением течений в Белом море. Наблюдения велись с помощью вертушек Экмана. Оказалось, что в сильно расслоенной толще беломорской воды приливные течения на разных глубинах, измеренные в одно и то же время, различались по скорости и по направлению. Глубина в пунктах наблюдений была порядка 300 м. Можно, однако, предполагать, что даже при глубине в несколько тысяч метров в условиях бароклинного (расслоенного) моря приливные течения могут вести себя совершенно так же.
Приливы непрерывно перемещают огромные массы воды. Возникающее при этом трение постепенно замедляет вращение Земли. Впрочем Н. Н. Парийский считает, что главная роль в замедлении вращения Земли принадлежит приливным колебаниям земной коры. Размах этих колебаний на территории Москвы достигает 40 см. Замедление вращения Земли равно 0,0014 сек за 1000 лет.
Огромная энергия океанской приливной волны, превышающая миллиард киловатт, погашается в течение суток. Большая часть энергии приливов расходуется на мелководье материковой отмели и в мелководных морях. Но какая-то часть растрачивается на образование течений и перемешивание водных масс в глубоководных бассейнах Мирового океана. Для полного понимания процессов перемешивания, имеющих огромное значение для жизни океана и для решения спорных вопросов, касающихся захоронения радиоактивных отходов, очень важно знать степень участия в этих процессах приливных явлений. Есть основание, однако, предполагать, что роль их в жизни океана весьма значительна и, может быть, мы вправе сказать, что приливы – это подлинный пульс океана.
