Сведения о морских течениях, которыми в настоящее время располагают океанографы, основаны отчасти на прямых выводах из наблюдений над дрейфом на поверхности моря плавучих льдов, айсбергов, плавника, обломков судов, бутылок с записками, брошенных в море, и разных других предметов, на дрейф которых влияют ветры и которые в лучшем случае дают понятие лишь о движении самых поверхностных водных слоев; отчасти же наши сведения о течениях основаны на косвенных выводах из наблюдений над температурой и соленостью морской воды на различных глубинах и в различных областях, а также на теоретических расчетах, основывающихся главным образом на распределении давления в море; это последнее в свою очередь зависит от температуры и солености, а также вращения Земли и т. д.

Были также попытки подкрепить выводы, сделанные на упомянутых основаниях, наблюдениями над распространением планктона.

Из всего этого, конечно, можно было составить общее представление о главных и наиболее важных чертах средних движений водных масс на разных глубинах Мирового океана. Но мало или почти ничего не было известно о том, как в действительности эти движения происходят, об их изменениях во времени и о причинах этих изменений. А знать это чрезвычайно важно, чтобы уразуметь всю сложную динамику моря во всей ее совокупности.

До сих пор мы должны были довольствоваться теоретическими предположениями, и это вело к тому, что мнения иногда довольно резко расходились по многим вопросам.

Общепринятым мнением было, что движение и круговорот воды происходят довольно правильно, по определенным путям и с более или менее постоянной скоростью на разных глубинах.

Между тем, однако, наблюдались случаи, указывавшие на крупные и совершенно неизвестные изменения движения на различных глубинах.

Так, например, во время плавания на «Фраме» в 1894 году я наблюдал, что граница между двумя различными по свойствам водными слоями может перемещаться в разные глубины в течение нескольких часов. Это можно было объяснить тем, что на границе этих слоев возникают большие волны от 20 до 30 метров высоты, а может быть, и выше.

Впоследствии мы наблюдали признаки подобных глубинных движений в Северном море, а другие, в особенности профессор Отто Петтерсон[136], полагали, что подобные же движения имеют место у шведских берегов.

В Северном море профессор Хелланд-Хансен и я наблюдали многочисленные своеобразные большие и малые вихревые движения на различных глубинах.

Хелланд-Хансену удалось также установить, что приливно-отливной волне на береговой отмели Норвегии свойственны на различных глубинах разные движения.

Чтобы получить представление о том, что в каждый данный момент фактически происходит в разных слоях моря, мы поставили себе целью непосредственные измерения скорости и направления течений на различных глубинах – измерения, проводимые регулярно в течение суток изо дня в день.

Для этого прежде всего необходимо было сконструировать вполне надежные точные приборы. Это удалось осуществить в Международной центральной лаборатории в Христиании; особенной похвалы заслуживал сконструированный старшим ассистентом лаборатории, а ныне лундским профессором В. Вольфридом Экманом[137] измеритель течения, вошедший во всеобщее употребление с 1904 года.

Профессор Отто Петтерсон также сконструировал несколько прекрасных измерителей течения, а И. П. Якобсен в Копенгагене – очень легкий и удобный измеритель течения для поверхностных слоев моря.

Следующим шагом было умелое применение этих измерителей на практике, для чего необходимо было подвешивать их таким образом, чтобы сама опорная точка как можно меньше испытывала горизонтальное движение. Но тут встретились большие затруднения.

Казалось, проще всего было опускать измеритель течения со стоявших на якоре кораблей или лодок. Однако судно, стоящее на одном якоре, постоянно рыскает в стороны; чем глубже море, а значит, и длиннее якорный канат, тем сильнее эти движения. При таких условиях опущенный в море измеритель течения будет качаться подобно маятнику, причем это движение может оказаться быстрее исследуемого течения, если последнее не сильно; полученные измерения окажутся никуда не годными, если невозможно будет точно определить движения судна и исключить их из показаний прибора.

Хелланд-Хансен пытался разрешить эти трудности следующим образом: он ставил обыкновенную гребную лодку на два якоря, которые забрасывались один с носовой части, другой с кормы и держались на двух тонких проволочных тросах, натянутых как можно туже. Это давало лодке достаточную неподвижность, обеспечивавшую верность показаний прибора, с помощью которого можно было измерять течения в продолжение 24 часов и дольше. Применяя этот способ при своих работах во фьордах и над береговой отмелью Норвегии, Хелланд-Хансен получил прекрасные результаты.

При работах же в более глубоких водах (на глубинах нескольких сотен метров) способ этот не годится, так как в этом случае нельзя укрепить лодку достаточно неподвижно. На больших глубинах вообще необходимо пользоваться более крупными судами, но они рыскают сильнее, чем небольшая лодка, и держать их в неподвижном состоянии гораздо труднее. Ценные серии наблюдений над течениями удавалось получить с плавучих маяков, стоящих на мертвом якоре на банках.

Все эти измерения производились, однако, в сравнительно неглубоких водах, вблизи побережий, и как бы ценны ни были сами по себе, они все-таки не давали понятия о больших течениях в открытом глубоководном море.

Измерения последних я в свое время, в 1905 году, рекомендовал проводить в полярных морях с плавучих льдин. Большие тяжелые льдины обнаруживают сравнительно ровное движение, скорость и направление которого, между прочим, можно определить, опустив измеритель течения в почти неподвижные придонные водные массы. Учитывая таким способом скорость движения льда и производя одновременно измерения движения расположенных выше водных слоев, можно из последних измерений исключить движение льда и получить таким образом действительное течение на исследуемой глубине.

Такие исследования мы и намеревались провести теперь непрерывными сериями в течение возможно более продолжительного времени. До этих пор у нас не было случая – да и времени – применить этот метод в плавучих льдах.

Во время атлантической экспедиции Меррея и Йорта[138] на судне «Микаэль Сарс» в 1910 году Хелланд-Хансен произвел таким способом несколько измерений течения в Атлантическом океане, в то время как судно медленно дрейфовало, удерживаемое большими траловыми сетями. Эти впервые проведенные в глубоких водах измерения течения дали в высшей степени любопытные результаты, которые, казалось, должны были сразу перевернуть все имеющиеся представления.

В 1911 году я проделал несколько подобных экспериментов, плавая на «Веслемё». Судно медленно и равномерно дрейфовало, сдерживаемое большим плавучим якорем из парусины, а я производил наблюдения над течениями на различных глубинах. Этот метод вполне оправдал себя при данных обстоятельствах.

Однако, когда ветер усилился, трос лопнул, плавучий якорь унесло, и измерения были прекращены.

Ясно, что можно добиться еще более медленного и равномерного дрейфа, пришвартовав судно к массивной плавучей льдине.

Для достижения вполне удовлетворительных результатов необходимо, однако, чтобы наблюдения продолжались без сколько-нибудь значительных перерывов как можно дольше. Это удалось нам всего лучше при наших исследованиях 18 и 19 августа на станции № 41, где мы на каждой исследуемой глубине провели наиболее многочисленные серии непрерывных измерений. Результаты получились поразительные. Но и они недостаточно полны и могут считаться только предварительными.

Глубина моря колебалась во время этих наблюдений между 520 и 340 метрами, в соответствии с тем, дрейфовал ли лед по направлению к берегу или от берега. Измерения показали, что направление и скорость движения воды на всех глубинах непрерывно изменялись, причем эти изменения происходили с периодом около 12 часов, соответственно периоду приливов и отливов.

На каждой глубине, где измерения производились достаточно часто, в особенности на глубинах 20, 50 и 100 метров (за исключением поверхностного слоя), оказалось, что направление течения всегда изменялось вправо, т. е. в направлении часовой стрелки, и что за вышеупомянутые 12 часов течение обходило весь круг компаса.

Мы не станем вдаваться в подробности, каким образом можно, на основании наблюдений, вычислить истинное движение воды на различных глубинах; повторим лишь, что это движение получается путем исключения дрейфа льда или судна из отмечаемых прибором относительных течений (относительных в смысле отношения к движению судна).

Дрейф льда определялся измерением течения в придонном слое, причем делалось допущение, что в этом слое скорость течения настолько незначительна, что ее можно принять равной нулю. Это согласуется с нашими наблюдениями, которые показывают, что истинные движения водных масс уменьшаются по мере увеличения глубины и уже на глубине 200 метров становятся совсем ничтожными.

Центральные векториальные диаграммы движения воды на поверхности и на глубинах 20, 50, 100 и 200 м.

Цифры вдоль кривых указывают время от 2 ч. ночи 18 августа до 6 ч. вечера 19 августа 1912 г. N – полдень, М – полночь. Черными точками показаны полные измерения течения, кружками – измерения, не проконтролированные одновременными измерениями у дна. На глубине 200 м наблюдения имеются только за время с 6 ч. вечера 18 августа до 2 ч. 30 мин. ночи 19 августа 1912 г. Приведенный масштаб дает скорость в сантиметрах в секунду. Оси координат указывают истинное направление, стрелки – магнитное

Если же в придонных слоях происходят движения несколько более значительные, то это, разумеется, должно немного понизить точность наших вычислений. Если бы, например, вода около дна медленно двигалась на ENE вдоль склона береговой отмели, то это обстоятельство уменьшило бы средние величины скорости дрейфа поверхностного слоя на WSW, но во всяком случае не на много.

В системе координат, где ось SN является истинным меридианом с юга (S) на север (N), а другая ось WE указывает направление с запада (W) на восток (E), мы обозначаем с помощью точки движения течения, определенные на данной глубине для каждого часа, пока продолжались наблюдения (приблизительно 36 часов). Направление точек от точки пересечения координат показывает направление движения воды, а расстояние между точками и основанием координат соответствует скорости (мы приняли, что 1 миллиметр соответствует 1 сантиметру в секунду).

Соединив все эти точки непрерывной линией, получим кривую, выражающую все изменения течения на данной глубине за весь период наблюдений.

С помощью этой так называемой центральной векториальной диаграммы можно определить направление и скорость течения для любого момента времени наблюдения, отыскав на кривой соответствующую точку и соединив ее прямой линией с точкой пересечения координат. Эта линия дает направление течения, а ее длина показывает скорость течения в сантиметрах в секунду, причем одному миллиметру на чертеже соответствует один сантиметр в секунду. Пять чертежей изображают такие центральные векториальные диаграммы для течений, измеренных на поверхности и на глубинах в 20, 50, 100 и 200 метров. Числа и поперечные черточки на кривых обозначают точное время наблюдения, причем N означает полдень, а М – полночь.

Кривые на верхнем чертеже дают направление (магнитное), на нижней – скорость течения на поверхности и на глубинах 20, 50 и 100 м за то же время, что указано на предыдущем чертеже. На верхнем чертеже для поверхностного слоя (кривая O) дано направление, откуда течение идет; для глубин 20, 50 и 100 м дано направление, куда идет течение

Как видно, эти кривые имеют известную склонность образовывать неправильные эллипсы, которые временами приближаются к форме круга, причем на каждый прилив-отлив (то есть приблизительно на каждые 12 часов) приходится по одному эллипсу. Далее можно заметить, что центры эллипсов не совпадают с точками пересечения координат, но смещены в сторону. В диаграмме для поверхностного слоя эллипс смещен на WSW, на глубине 20 метров – на N, и т. д. Происходит это оттого, что кроме движений, зависящих от приливов и отливов, здесь имеют место постоянные течения, которые переносят всю водную массу с ее системой течений: у поверхности на WSW, на глубине 20 метров – на N, и т. д.

Можно представить величины направления и скорости течения также другим способом, как это сделано на чертежах.

На обоих чертежах время наблюдения (с 2 часов утра 18 августа до 6 часов пополудни 19 августа) отложено на горизонтальных осях, тогда как на вертикальной оси верхнего чертежа нанесено магнитное направление, куда[139] идет течение (S – юг, W – запад, N – север, Е – восток, причем каждому мелкому делению соответствует 10°), а на нижнем чертеже – скорость течения от 0 до 40 сантиметров в секунду.

Кривые обозначены: 0 – для поверхности, 20 – для глубины 20 метров, 50 – для 50 метров и 100 – для 100 метров.

Многочисленные неправильности в ходе кривых на обоих чертежах, как и на векториальных диаграммах, могут быть вызваны отчасти действительными отклонениями, отчасти же несовершенством наблюдений.

Тем не менее приливно-отливный период отражается на этих кривых в общем весьма отчетливо.

Кривая скорости для поверхности (кривая 0 на нижнем чертеже), а отчасти и кривая направления обнаруживают тенденцию к образованию вторичного периода путем деления основного периода на два. Это, возможно, происходит по той причине, что здесь, на Севере, имеются по крайней мере две приливные волны.

Кроме большой волны, вызываемой мощной приливной волной южного Ледовитого океана и катящейся к северу через Атлантический океан, существует еще местная приливная волна Полярного бассейна. Как в этой волне, так и в большой атлантической волне несомненно могут возникнуть отклонения вследствие притяжения Солнца, вызывающего образование более мелких волн. Наши измерения были произведены в течение первой четверти Луны, так что приливно-отливные волны Луны и Солнца далеко отстояли друг от друга.

Измерения температуры и солености показали, что верхний поверхностный слой в этом районе (исследованном 18 и 19 августа) мощностью около 10 метров образует воды с температурой от –0,7 ℃ до +0,5 ℃ и соленостью от 31,9 до 32,3 ‰, что соответствует плотности от 1,0257 до 1,0259.

Под этим холодным поверхностным слоем наблюдался резкий переход к нижележащей более теплой и соленой воде. Уже на глубине 20 метров температура составляла +1,1 ℃ и +1,5 ℃, соленость – 34,0 и 34,1 ‰, а плотность – 1,0272 и 1,0273. Плотность с увеличением солености постепенно возрастала, доходя до 1,0278 на глубине 50 метров и до 1,0279 на глубине 100 метров; ниже этой глубины плотность увеличивалась уже очень мало. На глубине 400 метров она равнялась 1,02797.

Наши наблюдения над течениями показывают, что лед и вода верхнего поверхностного слоя в общем движутся в одном и том же направлении, совершенно отличном от среднего направления движения более глубоких и тяжелых водных масс, а частью даже в противоположном.

Если обозначить направление и скорость течения в каждый час суток стрелками так, чтобы одна стрелка составляла продолжение предшествующей, то получаем так называемую прогрессивную векториальную диаграмму (чертеж).

Эти кривые дают картину последовательных движений воды на поверхности (кривая 0) и на глубине 50 метров за время с 2 часов утра 18 августа (точка пересечения координат) до 6 часов вечера 19 августа. Кривые показывают направление, куда вода движется.

Измеряя расстояние и направление между любыми двумя точками на этих кривых, мы легко можем определить среднее направление и среднюю скорость течения (в том же направлении) в пределах времени наблюдения на данных глубинах.

Таким образом мы находим, что между 18 августа и 19 августа среднее направление и средняя скорость течения были следующими (табл. 6).

Таблица 6. Направления и средние скорости течения

(1 ч. 30 мин. утра 18 августа – 0 ч. 30 мин. пополудни 19 августа 1912 года)

На глубине 10 метров мы также произвели ряд измерений, но в недостаточном количестве, чтобы получить полную картину движений, которые были здесь очень неправильны. Оказалось, что на этой глубине течение большей частью шло в направлении, более или менее противоположном движению поверхностного слоя воды – вернее, льда, несмотря на то что, как уже сказано, вода на глубине 10 метров принадлежит к однородному поверхностному слою.

Мы можем предположить, что среднее направление дрейфа льда (то есть запад-юго-запад) хотя бы отчасти было вызвано ветром. Лед увлекает с собой поверхностные водные массы однородного поверхностного слоя во всяком случае в пределах глубины, соответствующей средней толщине льдин, которую можно определить в 3–4 метра для толстых льдин.

Течение с направлением, противоположным среднему направлению дрейфа льда, наблюдавшееся на глубине 10 метров и принадлежащее в сущности к однородному поверхностному слою, можно рассматривать как компенсационное течение, переносящее воду, которую лед увлек за собой обратно.

Прогрессивная векториальная диаграмма движения воды на поверхности (0 м) и на глубинах 20, 50 и 100 м. Кривые указывают направление движения для каждого часа с 2 ч. ночи 18 августа до 2 ч. дня или 6 ч. вечера 19 августа 1912 г. Оси координат указывают истинное направление, стрелки – магнитное

Однако более вероятно, что это направление течения на глубине 10 метров вызывается движением нижележащих более тяжелых водных масс, которое наблюдалось на глубине 20 метров.

Эти нижележащие слои состоят из воды, принесенной с юга, более или менее смешанной с атлантической водой и направляющейся здесь к северу под холодным однородным поверхностным слоем полярного происхождения. На глубине 20 метров это течение имеет в среднем северное направление.

Вследствие трения это глубинное течение способно увлекать за собой воду нижней поверхности покрывающего однородного слоя.

Поскольку мощность поверхностного слоя подвержена частым колебаниям, вследствие чего мы иногда находили более тяжелой воду нижележащего слоя уже на глубине 10 метров, следует ожидать, что исследование течений на глубине, близкой к границе между двумя слоями, может, по-видимому, дать весьма разноречивые результаты, так как приборы могли находиться то в поверхностном слое, то в нижележащем.

Причиной неправильностей в движениях водных масс на глубине 10 метров является, по-видимому, еще то, что торосистые льдины иногда сидят в воде очень глубоко. Там, где, например, высота их над водой равняется 2 метрам, следует ожидать, что подводная часть этого пористого морского льда может достичь глубины 200 метров.

Когда многочисленные и столь глубоко сидящие в воде ледяные глыбы находятся в движении, они могут быть причиной возникновения различных неправильных движений в окружающих водных массах.

Тем не менее можно рассчитывать, что достаточно продолжительные измерения течений все же выявят в общих чертах картину водных масс на различных глубинах.

За время от 3 часов пополудни 18 августа до 12 часов дня 19 августа нам удалось произвести на глубинах от 10 метров и ниже достаточное число измерений, чтобы получить общую картину движений (табл. 7, чертеж).

Таблица 7. Направления и средние скорости течения

(3 ч. пополудни 18 августа – 12 ч. дня 19 августа 1912 года)

Видно, что течение на глубине 10 метров обладает скоростью вдвое меньшей, нежели течение на глубине 20 метров, причем направление первого отклоняется от направления второго вправо приблизительно на 42°. На глубине 50 метров течение также обладает меньшей скоростью, чем на глубине 20 метров, и отклоняется вправо приблизительно на 40°. На глубине 100 метров скорость течения приблизительно вдвое меньше скорости на глубине 50 метров, однако с отклонением всего лишь в 11° вправо от направления, наблюдаемого на 50-метровой глубине.

Это, по-видимому, до известной степени является любопытным фактическим подтверждением правильности наших теоретических выводов относительно движений воды в глубоких слоях моря.

Еще несколько лет тому назад (1902) я предположил, что если под влиянием вращения Земли направление течения в северном полушарии отклоняется вправо от направления возбудившей течение силы, то и течения, являющиеся результатом трения, подчиняются тому же закону одинаково и в воздухе, и в море.

Если, например, ветер вследствие трения воздуха о поверхность моря вызовет на последней течение, то направление этого течения должно в северном полушарии отклоняться вправо от направления ветра, в южном полушарии – влево.

Если же, в свою очередь, это поверхностное течение трением своих вод о нижележащие водные слои вызовет в них течение, то направление последнего будет отклоняться вправо от направления течения на поверхности.

Далее трение вод второго слоя о воды расположенного под ним слоя вызовет течение в этом последнем, и оно будет еще сильнее отклоняться вправо от направления течения на самой поверхности. Таким образом течение понемногу захватывает все более глубокие слои. Однако упомянутые отклонения от первоначального направления являются одной из причин, в силу которой скорость нижнего течения, вызванного трением вод верхнего слоя, никогда не достигает скорости этого верхнего течения.

Таким образом, по мере того как с возрастанием глубины направление течения отклоняется все сильнее, будет уменьшаться и скорость течения. Поэтому мы должны ожидать, что на известной глубине течение примет направление, противоположное направлению первоначального фактора, возбудившего движение водных слоев, то есть ветра, но скорость этого течения будет, конечно, сравнительно невелика. На еще больших глубинах мы даже можем ожидать, что направление течения обойдет весь компас, вернувшись к первоначальному направлению; в этом случае скорость течения будет уже совсем ничтожной.

Если на известной глубине морское течение обладает большей скоростью, чем течения в вышележащем и нижележащем слоях, то оно вследствие трения между водными слоями будет иметь тенденцию увлекать с собой последние. Вызванное таким образом движение в расположенных сверху и снизу слоях будет отклоняться вправо от направления движения слоя с наиболее быстрым течением.

Вследствие этого мы вправе ожидать, что направление движения водного слоя, текущего медленнее, чем подстилающий его слой, отклоняется вправо от направления движения последнего, при условии, что этому не будут противодействовать иные силы. Величина отклонения должна до известной степени зависеть от разницы в скоростях.

Указанному отклонению могут, между прочим, препятствовать берега, мели и движущиеся по другим направлениям водные массы.

Средние течения: на верхнем чертеже – за время с 2 ч. 30 мин. дня 18 августа до 12 ч. 30 мин. дня 19 августа, на нижнем – с 1 ч. 30 мин. ночи 18 августа до 12 ч. 30 мин. дня 19 августа 1912 г. на поверхности (0 м) и на глубинах 10, 20, 50 и 100 м. Длина стрелки и направление ее указывают скорость течения (см/с) и угол с истинной северо-южной осью (NS). Пунктирные кривые указывают теоретические скорости течения, соответствующие различным углам отклонения от самого сильного течения на глубине 20 м, согласно вычислениям Экмана

Приведенные здесь представления о движении водных масс были подвергнуты профессором В. Вольфридом Экманом математической обработке, которая, по-видимому, вполне подтвердила их правильность. Экман, между прочим, вычислил соотношение между убывающей в различных водных слоях скоростью течения и его отклонением, причем он также принял во внимание влияние других факторов, упомянутых выше. Его вычисления дали в высшей степени любопытные и важные результаты.

Вся эта теория, между прочим, приобретает значение еще потому, что доказывает возможность передачи вызванного ветром течения лишь до известной глубины, причем скорость этого течения не может превышать известных предельных величин. Распространенное раньше мнение, что ветровые морские течения могут передаваться в море на любые глубины и бесконечно возрастать в скорости, пока не достигнут скорости самого ветра, оказалось совершенно ошибочным.

Наши идеи неоднократно подвергались сильным нападкам с разных сторон; их пытались опровергнуть и доказать, что такие отклонения течений в различных морских слоях не могут вообще иметь места. Эти опровержения, однако, оказались несостоятельными, как, между прочим, доказал и профессор Экман.

Результаты описанных здесь измерений течений частично самым удивительным образом совпадают с нашими идеями.

Течение на глубине 10 метров, вызванное, очевидно, более сильным движением нижележащих водных масс, отклоняется на целых 42° вправо от направления течения на глубине 20 метров. Измеренная средняя скорость течения на глубине 10 метров приблизительно равна скорости, какой, согласно вычислениям Экмана, должно было бы обладать течение при данной величине угла отклонения.

Следует, однако, иметь в виду, что число наших измерений на глубине 10 метров далеко не достаточно даже для данного промежутка времени, чтобы можно было на основании их точно установить средние элементы течения.

Затем мы не исследовали промежуточных горизонтов между 10 и 20 метрами, а потому нам неизвестно, на какой глубине нижнее течение обладало наибольшей скоростью и какое имело там направление. Наконец, движение на глубине 10 метров обусловливается не только более сильными движениями нижележащего водного слоя, но в весьма заметной степени зависит также от поверхностного течения, которое, согласно нашим измерениям, приблизительно с учетверенной скоростью шло почти в противоположном направлении.

Ясно, что течения в довольно однородном слое между поверхностью и глубиной в 10 метров являются равнодействующими поверхностного и нижнего течений.

Поэтому мы должны ожидать, что в однородном поверхностном слое и в верхнем горизонте нижележащего более тяжелого слоя имела место собственная маленькая система течений. Если глубоко сидящие в воде льдины оказывали свое влияние, то оно предположительно сказалось в том, что направление течения с возрастанием глубины постоянно отклонялось вправо от поверхностного течения, причем скорость одновременно уменьшалась, пока не приблизилась к нулю на известной глубине между поверхностью и 10 метрами. Ниже этой глубины скорость течения опять возрастала, но направление движения с увеличением глубины теперь отклонялось влево, пока не достигло слоя максимальной скорости, который мы обнаружили на глубине 20 метров.

Под этим последним скорость снова начнет уменьшаться, а направление, по мере увеличения глубины, – отклоняться вправо.

Между поверхностью и глубиной 10 метров мы не производим регулярных измерений, так как я думал, что мощный плавучий лед будет препятствовать там свободным и сколько-нибудь правильным движениям водных масс. Между тем мы обнаружили, что движение воды обычно даже на самой небольшой глубине уже сильно отличается от движения, господствующего на поверхности. Единичное измерение на глубине 5 метров дало, например, скорость движения воды относительно корабля и льда 19 сантиметров в секунду (на S 34° W).

На глубинах, превышающих 20 метров, мы видим, что скорость течения убывает с увеличением глубины, а направление отклоняется вправо: на глубине 50 метров на 40° относительно направления на глубине 20 метров, а на глубине 100 метров – на 49°. Скорость на глубине 50 метров может быть несколько больше, а на глубине 100 метров – несколько меньше, чем при данных отклонениях следовало бы по расчетам Экмана. Но не надо забывать, что, во-первых, измерения наши недостаточны, а во-вторых, что течения на этих глубинах вызываются не только трением вышележащих водных слоев, но в значительной степени и распределением давления в самих слоях.

Наблюдения за более продолжительный промежуток времени с 7 часов 30 минут утра 18 августа до 12 часов 30 минут пополудни 19 августа дали в общем весьма схожие результаты. Но скорость на глубине 50 метров (3,5 сантиметра в секунду) в данном случае почти вдвое меньше скорости на 20-метровой глубине (7,6 сантиметра в секунду), в то время как отклонение направления соответственно велико, достигая 59° (нижний чертеж).

Направление течения на глубине 100 метров отклоняется, наоборот, влево от направления на глубине 50 метров, тогда как скорости остаются приблизительно те же.

Если это так и есть в действительности, а не является только результатом случайных колебаний, то объясняется тем, что направления течений с увеличением глубины все больше и больше отклонялись вправо, а скорости одновременно убывали до известной глубины, расположенной между горизонтами 50 и 100 метров. Но ниже этой глубины направления течений отклонялись влево, а скорости все возрастали, пока не достигли своего максимума на известной глубине, ниже которой условия снова становились обратными.

Можно предположить, что за более долгий период наблюдений в 35 часов (так как средняя скорость равнодействующей течения на глубине 100 метров была приблизительно та же, что и на глубине 50 метров) направление равнодействующей течения в более глубоких слоях, на глубине около 100 метров, отклонялось влево от течения в вышележащих слоях, где скорость течения была меньше, тогда как за более короткий период наблюдений в 22 часа, когда средняя скорость равнодействующей течения была на глубине 100 метров гораздо меньше, чем на 50-метровой, – направление ее на глубине 100 метров отклонялось вправо относительно направления на глубине 50 метров.

Карта распределения средней плотности морской воды к северу от Шпицбергена для слоя от 0 до 200 м в августе 1912 г. Пунктирная линия – изобата 200 м. Масштаб 1:2 500 000

Карта распределения средней плотности морской воды к северу от Шпицбергена для слоя от 20 до 200 м в августе 1912 г. Пунктирная линия – изобата 200 м. Масштаб 1:2 500 000

Однако эти выводы должны считаться недостаточно обоснованными вследствие непродолжительности наблюдений.

С помощью наших наблюдений над температурой и соленостью воды на различных глубинах на всех наших станциях в море к северу и западу от Шпицбергена мы можем вычислить распределение плотности в различных водных слоях этих районов. Этим путем мы получаем распределение давления на различных глубинах и, следовательно, можем вычислить среднее направление и скорость течений, если принять, что полученное распределение давления выражает средние постоянные условия.

Этот метод страдает неизбежными недостатками. Между прочим, наблюдения на разных станциях производились не в одно и то же время, причем иногда были перерывы в несколько дней. Тем не менее можно полагать, что указанный метод дает в некотором приближении истинные результаты.

Карты представляют собой попытку наглядно представить распределение плотности, вычисленной для поверхности и для глубин 20, 50 и 100 метров; эти карты дают для разных станций средние плотности столбов воды между поверхностью и 200 метрами глубины (карта для 0 метров), между 20 и 200 метрами (карта для 20 метров), между 50 и 200 метрами (карта для 50 метров) и между 100 и 200 метрами (карта для 100 метров).

Кривые (изопикны) соединяют точки с одинаковыми средними плотностями. Последние повсюду обозначены лишь четвертыми – шестыми десятичными знаками, например, плотность 1,0276686 выражена так: 686, а четыре первых цифры опускаются, так как они везде здесь одинаковы.

Направления течения всюду приблизительно совпадают с направлением кривых, а скорость течения может быть определена измерением расстояния между кривыми; чем меньше расстояние, тем сильнее течение. На карте расстояние в 1 миллиметр между кривыми соответствует:

– для поверхности – 26 см/с;

– для глубины 20 м – 23,2 см/с;

– для глубины 50 м – 20,2 см/с;

– для глубины 100 м – 13 см/с.

Карта распределения средней плотности воды к северу от Шпицбергена для слоя от 50 до 200 м в августе 1912 г.

Масштаб 1:2 500 000

Карта распределения средней плотности воды к северу от Шпицбергена для слоя от 100 до 200 м в августе 1912 г.

Масштаб 1: 2 500 000

Если разделить эти скорости на измеренные расстояния между кривыми, то получаем истинную скорость. Если, например, в известном месте на карте для поверхности расстояние между кривыми равно 3 миллиметрам, то скорость составляет 26: 3 = 8,7 сантиметра в секунду.

Стрелки на картах указывают направление течения и вычисленную таким способом скорость течения в различных местах. Длина стрелок обозначает скорость, причем 1 миллиметр соответствует скорости в 1 сантиметр в секунду.

Крестики обозначают различные станции.

Направления и скорости течения, полученные таким методом для различных глубин в районе, где мы производили наши наблюдения, в целом хорошо совпадают с равнодействующими течениями, полученными нами путем непосредственных измерений.

Самый северный крестик на меридиане 12° в. д. находится на месте нашей станции № 41, где мы производили измерения течения 18 и 19 августа.

Эта станция лежит на северной окраине области, для которой мы вычислили плотности, и к северу от нее распределение плотности нам неизвестно. Поэтому, если мы хотим вычислить скорость течений именно для района этой станции, нам приходится исходить из условий, наблюдающихся к югу.

В таком случае мы имеем приблизительно следующие скорости и направления течений (табл. 8).

Таблица 8. Направления и средние скорости течения в районе станции № 41

(18–19 августа 1912 года)

Принимая во внимание недостаточность материала наблюдений, надо признать, что эти величины хорошо совпадают с теми, которые приведены в таблицах 6 и 7 и вычислены на основании непосредственных наблюдений над течениями.

Наконец следует вкратце коснуться измерений течения, предпринятых нами с 4 по 6 августа на наших станциях № 19 и 20 приблизительно на 80°18′ с. ш. и 10°43′ в. д. на расстоянии около 14 морских миль[140] от нашей станции № 41, где мы работали 18 и 19 августа.

Здесь не было однородного поверхностного слоя, какой мы наблюдали на станции № 41, но наблюдался постепенный переход от поверхностной воды (с немалым содержанием соли) к более глубоководным слоям.

Наши измерения также показали, что заметной разницы в направлении и скорости равнодействующих течений на поверхности и на глубинах 10 и 20 метров здесь не имелось.

Наблюдения на этих станциях были весьма несовершенны, так как мы еще не успели приобрести необходимый опыт. Поэтому мы располагаем наблюдениями, достаточными лишь для попытки построить прогрессивные векториальные диаграммы и вычислить равнодействующие течения за время с полудня до полуночи 5 августа. Получаются следующие величины (табл. 9).

Таблица 9. Направления и средние скорости течения

(с полудня до полуночи 5 августа 1912 года)

Так как в верхних слоях (0, 10 и 20 метров) незначительные разницы между средними скоростями не превышают возможной ошибки несовершенных наблюдений, то, следовательно, и нельзя ожидать встретить здесь отклонений направления течения, вызванных вращением Земли, и вполне естественно, что направления эти приблизительно одинаковы.

На 50-метровой глубине, наоборот, имеется отклонение в 60° влево от направления на 20-метровой глубине. Но, не располагая наблюдениями над течениями на больших глубинах, трудно судить, чем это отклонение обусловлено.

Замечательно, что измерения во всех этих слоях дали равнодействующие течения с южными направлениями и ни одного течения, идущего к северу. Это последнее, вероятно, проходило тогда на большой глубине.

Это не согласуется с нашими динамическими картами для глубин 20 и 50 метров (нижняя карта и верхняя карта), но зато до известной степени соответствует карте для поверхности (верхняя карта).

Однако подчеркиваю еще раз, что наши измерения на станциях № 19 и 20 с 4 по 6 августа были настолько неполны, что на их основании нельзя сделать сколько-нибудь твердых выводов.

Относительные (по отношению к кораблю) движения воды в различных слоях обнаруживали в общем те же самые последовательные отклонения вправо вокруг компаса в течение 12 часов, как это наблюдалось на станции № 41.

В общем итоге наши измерения течений показали, что движения водных масс на различных глубинах моря гораздо сложнее и подвержены гораздо большим колебаниям, чем обычно считалось до сих пор.

Движения в различных, даже вплотную соприкасающихся водных слоях могут в разные моменты суток обнаруживать поразительно большие отличия. Мы, например, имели возможность наблюдать в некоторые часы, что движение на поверхности и в глубоких слоях равнялось нулю, в то время как на глубине 10 метров скорость течения составляла 20 сантиметров в секунду (в направлении N 34° N), а на глубине 20 метров – 30 сантиметров в секунду (в направлении на север).

Движение на поверхности и на глубине 100 и 200 метров могло быть совсем незначительным (3,5 сантиметра в секунду), и в то же время на глубине 10 метров скорость движения равнялась 14 сантиметрам в секунду (в направлении N 55° Е), а на глубине 20 метров – 16 сантиметрам в секунду (в направлении N 90° W).

Наши наблюдения окончательно опровергают целый ряд положений, на которых старая океанография главным образом строила учение о морских течениях. Так, например, совершенно несостоятельным оказалось положение, что течения, вызываемые на поверхности моря господствующими ветрами, могут постепенно путем трения водных слоев просто передаваться в глубину всем подстилающим слоям, которые в конце концов все будут двигаться в одном направлении с поверхностным слоем.

В действительности мы видели, что дело обстоит совершенно иначе; причем влияние оказывают и другие факторы, играющие решающую роль, например вращение Земли, коренным образом изменяющие направление течений на различных глубинах.

Все же, как уже сказано, наши измерения течений не могут претендовать на окончательное решение поставленных вопросов. Для этого они слишком неполны и несовершенны, охватывая притом лишь ограниченные участки моря и слишком небольшой промежуток времени.

Вместе с наблюдениями Хелланд-Хансена в Атлантическом океане они являются первыми попытками, доказывающими пригодность нового метода, и открывают, надеюсь, новые пути для подробного изучения морских течений на всех глубинах океана.

Надо также надеяться, что во время дрейфа, который экспедиция Руала Амундсена предполагает совершить на корабле «Мод» в Северном Ледовитом океане, доктор Свердруп[141], океанограф экспедиции, найдет богатое поле и самые благоприятные условия для подобного изучения и привезет с собой на родину единственный в своем роде научный материал, который поможет положить основу нашим будущим познаниям о морских течениях и всей динамике океана[142].

Следует отметить, что этот метод исследования движений водных масс на больших глубинах даст возможность изучить распространение приливно-отливной волны и вызываемых ею движений в открытом море. Это совершенно необходимо сделать, чтобы удовлетворительным образом разрешить связанные с данным вопросом важные проблемы.