Во время плавания на «Фраме» нами был открыт глубокий Полярный бассейн, в котором глубины достигают 4000 метров.

Там всюду поверхностный слой, мощностью около 200 метров, состоял из холодной воды, которая вследствие своей малой солености покоится над нижележащими слоями, несмотря на то что последние теплее (см. верхние, обозначенные пунктиром слои тут и тут).

Малое содержание соли в поверхностном слое показывает, что последний образуется от смешения морской воды с большими массами пресной воды, доставляемой главным образом впадающими в Ледовитый океан большими сибирскими реками, а также реками Северной Европы и Северной Америки. Сказывается здесь отчасти и влияние осадков, выпадающих над Ледовитым океаном[129].

Эта легкая поверхностная вода, увлекающая с собой полярные льды, выносится из Полярного бассейна на юг – главным образом, через проход между Шпицбергеном и Гренландией, где образует Восточногренландское полярное течение, которое вследствие вращения Земли отклоняется вправо, прижимаясь к мелководью у гренландского побережья.

Этот опресненный поверхностный слой играет большую роль в образовании ледяного покрова Северного Ледовитого океана, так как мешает подстилающей более теплой, но более соленой, а потому и более тяжелой воде подниматься на поверхность и отдавать здесь свое тепло. Даже при самых сильных охлаждениях поверхностная вода никогда не становится настолько тяжелой, чтобы опуститься на сколько-нибудь значительную глубину. Она постоянно держится вблизи поверхности, образуя холодный слой, в котором формирование льда идет особенно легко, так что толщина ледяного покрова из года в год увеличивается.

При отсутствии этого поверхностного слоя или при незначительной его мощности образование льда сильно замедлялось бы и пространства открытой воды в Полярном бассейне и в Гренландском море (называемом также Северным Норвежским) были бы гораздо значительнее. Климат был бы тогда мягче, в особенности зимой, а атмосферное давление над этой областью, где циркуляция воздуха имеет такое важное значение, оказалось бы ниже. Изменилась бы сила, а также до известной степени направление господствующих в Северной Европе и Сибири ветров, в особенности же в Норвегии установился бы более теплый климат.

С другой стороны, увеличение объема этого опресненного поверхностного слоя вызвало бы увеличение площади его распространения в северных морях и, соответственно, площади льда, отчего понизилась бы температура воздуха, возросло бы атмосферное давление и климат в Северной Европе стал бы суровее.

Отсюда ясно, какое огромное значение имеют существующие в Ледовитом океане условия для атмосферных процессов в других областях, в том числе в Норвегии, где под их влиянием складывается вся наша повседневная жизнь. Этот слой полярной поверхностной воды зависит не только от вышеупомянутого притока пресной воды, но и от притока более соленой и теплой морской воды с юга, почему и желательно было подвергнуть этот приток более подробному исследованию. Это и являлось одной из главных задач моего плавания на «Веслемё» в 1912 году.

Исследования во время плавания на «Фраме» показали, что под относительно пресным и холодным поверхностным слоем весь глубокий Полярный бассейн выполнен гораздо более соленой водой. Последняя теплее на глубинах от 200 метров и ниже – обычно до 800 и 900 метров – повсюду имеет температуру выше 0 ℃, обнаруживая максимальную температуру (до +1 ℃ и даже немного больше) на глубине приблизительно 300 метров (рис.). Ниже этого наиболее теплого слоя температура по мере увеличения глубины постепенно падает до –0,8 ℃ на глубине около 2900 метров, чтобы затем, с приближением к дну, вновь медленно подниматься (рис.).

Норвежское море и Северный Ледовитый океан с гидрологическими разрезами А, В и С. Изобаты нанесены для 1000, 2000 и 3000 м

Разрез А от Шпицбергена через станции № 36–39 и к северу до станции № 26 «Фрама».

Тонкие цифры курсивом указывают температуру в ℃, прямые жирные – соленость в ‰. Горизонтальный масштаб 1:6 000 000. Вертикальный масштаб 1:20 000

Соленая вода теплого промежуточного слоя, очевидно, притекает из Норвежского моря и приносится в Ледовитый океан главным образом небольшим ответвлением теплого Атлантического шпицбергенского течения, направляющимся на север и северо-восток, через расположенный к северо-западу от Шпицбергена (карта) подводный хребет на глубине от 500 до 700 метров.

Выше я уже упомянул о теплом Норвежском атлантическом течении, которое разветвляется к северу от Норвегии, причем самая глубокая его ветвь направляется к северу, вдоль западного склона континентальной отмели между Норвегией и Шпицбергеном (карта). Эта самая ветвь и образует Атлантическое шпицбергенское течение.

Карта дает картину этого течения. Скорость течения обозначена длиной и толщиной стрелок, а также расстоянием между ними.

Вместе с водными массами Восточногренландского полярного течения эта сравнительно теплая и соленая вода Атлантического течения образует в море между Гренландией, Ян-Майеном, Медвежьим островом и Шпицбергеном большое циклоническое вращение вод с отдельными мелкими завихрениями; к западу от Шпицбергена в этот водный круговорот вовлекается довольно крупная ветвь теплого течения, отходящая на запад (карты тут и тут).

Лишь незначительная часть водных масс Атлантического шпицбергенского течения продолжает свой путь к северу и северо-востоку, образуя вышеупомянутое теплое течение, впадающее в Полярный бассейн.

Разрез В охватывает наши станции № 57, 17, 19 и станцию № 26 «Фрама» в Ледовитом океане. Курсивные тонкие цифры – температура в ℃, прямые жирные – соленость в ‰. Горизонтальный масштаб 1:12 000 000. Вертикальный масштаб 1:20 000

Вследствие относительно большой солености эта вода тяжелее воды полярного поверхностного слоя и поэтому опускается под последний, что обозначено на карте пунктирными стрелками (карта, разрез).

Это теплое течение, проходящее мимо Шпицбергена, было открыто и исследовано профессором X. Моном[130] во время Норвежской экспедиции в 1878 году. Позднее исследования в этой части моря производились главным образом Аррениусом, участником экспедиции Андрэ, в 1896 году; Акселем Хамбергом, членом экспедиции Натхорста, в 1898 году; Кофодом, участником экспедиции герцога Орлеанского, в 1905 году и капитанами А. Хермансеном и И. К. Иоргеном, членами экспедиции Исаксена, в 1910 году.

Хотя экспедиции и собрали много ценных данных, относящихся к этому течению, все же желательно было пополнить их и, между прочим, установить, существуют ли из года в год значительные колебания объема и температуры теплых водных масс, текущих в Полярный бассейн. Кроме того, мне очень хотелось попытаться определить на месте с помощью новейших методов среднюю скорость этого течения.

Но в связи с этим был еще один вопрос, разрешение которого я считаю особенно важным. А именно: что представляет собой холодная вода, заполняющая Полярный бассейн на больших глубинах и расположенная под теплым промежуточным слоем? Откуда эта вода берется?

На той большой глубине, где эта вода находится в настоящее время, она, конечно, не могла бы охладиться до столь низкой температуры; скорее внутреннее тепло Земли могло бы, передаваясь морскому дну, повысить температуру этого слоя воды.

Охлаждение должно проникать сюда со стороны поверхности моря. Но так как холодная глубинная вода повсюду, где мы ее наблюдали, отделяется от поверхностного холодного слоя более теплым промежуточным слоем, мощностью не менее 600 метров, то было трудно определить происхождение охлаждения. Если глубинная холодная вода вообще образуется в Ледовитом океане, то в еще неисследованных его частях, где эта сравнительно соленая вода поднимается до поверхности или, во всяком случае, приходит в соприкосновение с холодным поверхностным слоем.

Разрез С (карта) от Фарерских островов через Норвежское море и Северный Ледовитый океан показывает образование холодных глубинных водных слоев и распространение вод верхних слоев, согласно нашим исследованиям во время плавания на «Фраме» в 1894–1896 гг., на «Микаэле Сарсе» в 1900 г., на «Йоа» (Р. Амундсен) в 1901 г. и на «Веслемё» в 1912 г. Тонкие курсивные цифры – температура в ℃, жирные прямые – соленость в ‰. Горизонтальный масштаб 1:24 000 000. Вертикальный масштаб 1:40 000.

Цифрами обозначены: 1 – соленость свыше 35,00 ‰; 2 – вода полярного течения с температурой ниже 0 ℃ и содержанием соли ниже 34,60 ‰; 3 – вода глубоких слоев с температурой от 0 ℃ до –0,5 ℃ и содержанием соли около 34,91 ‰; 4 – вода глубоких слоев с температурой ниже –0,5 ℃ и содержанием соли около 34,90 ‰

Но даже если принять такое предположение, все же остается непонятным, почему эта глубинная соленая вода, смешиваясь с опресненной поверхностной водой, не утрачивает своей относительно большой солености?

Или, может быть, она образуется в северо-восточной части мелкого Баренцева моря, где вода зимой сильно охлаждается до самого дна и где соленость холодного придонного слоя увеличивается вследствие того, что сравнительно большая часть пресной воды превращается в лед.

Эта холодная придонная вода могла бы попасть из Баренцева моря в Полярный бассейн. Однако и это объяснение, предложенное мною за неимением лучшего, я считаю неудовлетворительным во многих отношениях.

Многим может показаться удивительным, что водные массы в холодном море близ полюса не так легко охлаждаются. Но этого как раз не происходит.

Дело в том, что поверхностный слой опресненной и поэтому более легкой воды защищает подстилающие слои от охлаждения, не давая им подниматься на поверхность и отдавать здесь свое тепло, излучая его в атмосферу, что является первой причиной всякого охлаждения морской воды.

Зато тем сильнее охлаждается, конечно, сам поверхностный слой. Если море покрывается льдом, то последний служит еще более надежной защитой, в особенности когда лед в свою очередь покрыт слоем снега, который защищает лед от охлаждения, но сам охлаждается тем сильнее.

Здесь можно провести сравнение с ролью одежды на человеке. Поверхность одежды охлаждается тем сильнее, чем хуже она проводит тепло наружу с поверхности человеческого тела.

Наиболее простым объяснением происхождения холодного глубинного слоя воды в Полярном бассейне является предположение, что она проникает туда из Норвежского моря.

Исследования, произведенные после нашего плавания на «Фраме» (в особенности Руалем Амундсеном на «Йое» в 1901 году), дали мне возможность установить, что очень холодная глубинная вода во всем этом водоеме образуется вследствие охлаждения морской поверхности зимой в холодных районах, расположенных вне области Восточногренландского полярного течения, там, где море не покрыто опресненными поверхностными водами этого течения.

Охлаждение, по-видимому, имеет место главным образом в центральных частях циклонического круговорота воды в море, между Ян-Майеном и Шпицбергеном (карты тут и тут).

Здесь зимой поверхностный слой образован охлажденными водами Атлантического шпицбергенского течения; смешиваясь частично с полярной водой, этот слой приобретает соленость около 34,9 ‰.

Из-за сильного излучения тепла открытой водной поверхностью в течение продолжительной полярной ночи на этой широте (приблизительно 75° с. ш.) поверхностный слой воды охлаждается здесь почти до точки замерзания. Вследствие этого вода становится тяжелее и должна опуститься, уступая место более теплой и легкой воде, поднимающейся снизу. Но и вода вскоре охлаждается и тоже опускается, чтобы снова уступить место теплой воде с больших глубин.

Таким образом, охлаждение проникает все глубже и глубже, пока холодная вода не достигнет самого дна, в то время как более теплая и вместе с тем более легкая вода располагается на средних глубинах (разрез).

Следовательно, весь бассейн Норвежского моря заполнен глубинной холодной водой, повсюду подстилающей более теплый слой воды из Атлантического океана. Вся эта холодная глубинная вода имеет в сущности одинаковую соленость (34,9 ‰) и весьма равномерную температуру, медленно и постепенно понижающуюся – по мере увеличения глубин – приблизительно до –1,2 ℃ и –1,3 ℃ в придонном слое.

Первым условием образования этой глубинной холодной воды является, таким образом, наличие морской поверхности, которая сильно охлаждается в течение зимы и тем не менее большую часть зимы остается открытой, – мы ведь знаем уже, что если море покрыто льдом, то это в сильной степени препятствует охлаждению нижележащей воды.

Следующее условие то, что поверхностный слой морской воды должен обладать определенной соленостью, достаточно высокой, чтобы слой этот при охлаждении становился тяжелее подстилающих слоев. Далее, эти подстилающие слои не должны быть настолько теплыми или настолько мощными, чтобы помешать всей водной массе охладиться в течение зимы до низкой температуры глубинной воды. Кроме того, в промежуточных слоях не должна существовать слишком сильная горизонтальная циркуляция, способствующая постоянному притоку новых масс теплой воды и мешающая охлаждению.

Все эти условия вместе имеются налицо в центре вышеупомянутого циклонического круговорота поверхностных вод между Ян-Майеном, Шпицбергеном и Гренландией, приблизительно на 75° с. ш. и около Гринвичского меридиана. Здесь в промежуточных слоях происходит только незначительная горизонтальная циркуляция, и, вследствие давления в таких циклонических круговоротах, глубинная вода в центре вихревого движения выступает на поверхность; в результате мы имеем здесь сравнительно низкие температуры на всех глубинах, притом во все времена года. В конце зимы же температура от поверхности до дна держится почти на одинаковом уровне, ниже –1 ℃.

Следует принять, что отпускающаяся холодная вода, растекаясь – под верхним более теплым слоем – из расположенной на 75° с. ш. области во все стороны (разрез), получает антициклоническое движение, как это указано на карте.

После того как мы постепенно проследили весь процесс возникновения холодной глубинной воды, естественно сделать вывод, что и глубинная вода Полярного бассейна проникает туда из Норвежского моря, располагаясь под более теплым промежуточным слоем, подобно тому, как этот последний заходит под холодный поверхностный слой.

Норвежское море и Северный Ледовитый океан. Изобаты нанесены для 1000, 2000 и 3000 м. Стрелками показано антициклоническое движение холодных глубинных вод около места их образования приблизительно на 75° с. ш.

Однако непреодолимым препятствием для такого вывода, по-видимому, служит то обстоятельство, что, согласно нашим многочисленным наблюдениям во время плавания на «Фраме», соленость глубинной воды Полярного бассейна значительно выше, чем в Норвежском море, и, кроме того, вода теплее на полградуса. В то время как самая низкая температура в глубоких слоях Полярного бассейна равнялась –0,8 ℃, может быть, – 0,9 ℃, самые низкие температуры глубинных вод Норвежского моря доходили до –1,3 ℃ и –1,4 ℃.

На этих основаниях я сначала предполагал, что глубинные воды Полярного бассейна не имеют ничего общего с водами Норвежского моря. Значит, оба водоема разделены подводным хребтом, то есть тянущимся до самой Гренландии продолжением уже известного нам хребта, отходящего от северо-западной оконечности Шпицбергена. Позднейшее открытие Мюлиусом-Эриксеном полуострова, далеко выдающегося в море и образующего северо-восточную оконечность Гренландии (карта), как будто подтверждало правильность этих предположений.