Самое удивительное в мире полярное судно

День промозглый и сумрачный, бесцветный. У кромки воды теснятся двускатные островерхие здания, упирающиеся крутыми гребнями в белесое снежное небо. Я с облегчением вхожу внутрь – и мгновенно застываю в изумлении. Прямо передо мной вырастает необъятная деревянная громада с расходящимися вширь округлыми боками. Днище закреплено на полу, а мачты уходят под самый потолок – шхуна занимает весь свой конусообразный дом. Борта выкрашены в яркие цвета: кремовый, черный и красный, но все-таки самое интересное здесь – форма. Корпус имеет плавные, выпуклые обводы, а ширина его составляет одну треть длины. Не корабль, а какая-то овальная чаша – гладкая, полнотелая, обтекаемо-круглая. Никогда прежде мне не доводилось видеть такого фигуристого судна, и уж тем более я не догадывалась, что постройка из дерева может выглядеть настолько внушительно и надежно. Ничто из прочитанного не позволяло предвидеть такой эффект, а уж читала я об этом корабле немало. Для всякого, кто имеет опыт полярных исследований, приезд сюда – как паломничество. Это уникальное судно олицетворяет неимоверные трудности, связанные с познанием реальных законов природы, бескомпромиссную преданность научным идеям, колоссальную организационную работу, а еще – дух смирения, гуманизма и товарищества. Теперь шхуна отдыхает от многотрудных походов здесь, в музейных стенах, ради нее и сооруженных. На счету «Фрама» несколько величайших полярных экспедиций и рекордных достижений. Достаточно сказать, что это первое в истории судно, которое пересекло Северный Ледовитый океан, и единственный в мире корабль, построенный исходя из парадоксального принципа, что покорить льды можно, только полностью им покорившись.

В конце XIX века европейские и американские полярные исследователи были настоящими первопроходцами, космонавтами своего времени. Они бесстрашно отправлялись в неведомые края, где работали в нечеловечески суровых условиях и, рискуя жизнью, переносили тяжелейшие физические испытания. Благодаря развитию фотографии любопытствующая публика имела возможность визуально приобщиться к причудливым ландшафтам и смертельным опасностям, а стремительный научный прогресс не давал исследователям сидеть на месте. Разжигая азарт поиска, он побуждал делать наблюдения и совершать открытия, дающие ключ к неисследованной части земного шара. Особенно заманчиво в этом смысле выглядело несколько «звездных» направлений, еще только ожидавших своих пионеров: покорение Северного и Южного полюсов, освоение Северо-Западного прохода и изучение высоких широт Арктики и Антарктики, что позволило бы заполнить белые места на карте обоих полушарий. Норвежец Фритьоф Нансен изначально не готовил себя к такой карьере. Заядлый рыбак и энтузиаст лыжного спорта, в молодости он изучал в университете зоологию и защитил докторскую диссертацию о нервной системе морских беспозвоночных. В двадцать с небольшим лет это был уже опытный полярный путешественник. Как-то раз ему на глаза попалась статья, в которой высказывалась неожиданная догадка о существовании течения, пересекающего Северный Ледовитый океан. Имелось и убедительное доказательство: обломки исследовательского судна «Жаннетта» были найдены у берегов Гренландии, хотя затонуло оно на противоположной стороне Арктики. В то время как большинство экспедиций, пытавшихся достичь Северного полюса, начинались от Гренландии, у Нансена возникла идея поступить наоборот – стартовать с северного побережья Сибири, то есть воспользоваться предполагаемым трансполярным течением, а не идти против него. Впрочем, проблема была не в течении (если оно действительно существовало). Главной проблемой был собственно лед.

Молекула воды в том виде, как ее рисуют на школьной доске или в учебниках химии, – очень аккуратная и симметричная. Массивный шарообразный атом кислорода и два более мелких атома водорода, прилепившихся к нему наподобие ушей Микки-Мауса под углом 106°. Незамысловатая как будто конструкция. Но эта простота обманчива. Электронные облака атомов кислорода и водорода частично перекрываются, однако электроны оказываются распределены неравномерно, и разные части молекулы получают противоположные заряды: та часть, где находится кислород, заряжена отрицательно, а та часть, где водород, – положительно. Под действием сил притяжения «уши» как бы вжимаются внутрь: вот почему молекула воды меньше большинства других молекул. Вдобавок ко всему сами «уши» все время находятся в движении, блуждая и приноравливаясь к окружающей среде, так что угол этого равнобедренного треугольника в действительности не постоянен и только в среднем составляет 106°. Картина особенно усложняется, если поблизости присутствуют другие молекулы воды. Отрицательные заряды одних молекул притягивают положительные заряды соседей, в результате чего между всеми молекулами возникают сильнейшие связи. Как раз наличием этих связей и объясняется тот аномальный факт, что вода при комнатной температуре – жидкость. Другие молекулы подобного размера (метан, оксиды азота, диоксид углерода) при обычном атмосферном давлении и температуре разлетаются во все стороны, то есть пребывают в газообразном состоянии. И только молекулы воды, как заколдованные, продолжают свой хаотичный вальс. Они крутятся и вертятся, спонтанно меняют партнеров, но не в силах покинуть танцплощадку. Если нагреть воду, тем самым придав молекулам энергии, они начнут двигаться быстрее и кинутся врассыпную. Возможно, некоторые особо разгоряченные даже оторвутся от остальных и перейдут в пар. Если же воду, наоборот, охладить и отнять у молекул энергию, то движение замедлится. Жидкость уменьшится в объеме, так как молекулы плотнее прильнут друг к другу. При дальнейшем снижении температуры они потеряют еще больше энергии и в итоге должны бы, кажется, сомкнуться еще теснее, образовав твердое вещество – то, что мы называем льдом. И вот тут неистощимая на сюрпризы вода выкидывает еще одно коленце! Теряющие энергию молекулы начинают замерзать и компактно группироваться, но вдруг расступаются и формируют совершенно новую структуру – более разреженную. Соответственно, твердая вода занимает больший объем, чем жидкая. Так и выходит, что плотность льда примерно на 8 % меньше плотности самой холодной жидкой воды^[43]. Недаром льдинки у вас в бокале плавают на поверхности: жидкость, будучи по удельному весу тяжелее, уходит вниз, а менее плотные твердые кристаллы держатся наверху. Эта особенность поистине уникальна. В подавляющем большинстве случаев вещества при замерзании сжимаются, а не расширяются, и твердая фаза тонет в жидкой. Но вода, превратившись в лед, неизменно всплывает.

Именно благодаря этому удивительному свойству воды полюса нашей планеты белые. Морской лед имеет меньшую плотность по сравнению с остальной водой и поэтому не тонет – в результате мы наблюдаем замерзшие полярные океаны. Будь наши океаны «сделаны» из другого вещества, верхние слои при изменении состояния на твердое опускались бы вниз и там перемешивались с более теплой жидкостью. Промерзали бы в таком случае глубинные, а не верхние слои, а чтобы превратить в лед поверхность, пришлось бы заморозить всю океанскую толщу до самого дна. В реальности все происходит наоборот. При остывании поверхности вода схватывается, и лед остается наверху, покрывая нижележащие слои подобно защитному одеялу.

Любой, кто задумал покорить Северный полюс, сталкивается со специфической проблемой: океанская поверхность ведет себя капризно и не замерзает цельным аккуратным пластом. По мере того как, остывая, она теряет тепловую энергию, начинают формироваться кристаллы льда, которые постепенно растут в размерах и наконец превращаются в большие плавучие льдины. Но этого мало. Ветры, течения, приливы и отливы непрестанно делают свою работу. Они швыряют льдины из стороны в сторону, и те разламываются, наползают одна на другую, крутятся волчком, уступая напору безжалостных сил природы. Получается, что путешественник должен пройти через пространства открытой воды, лавируя между неровными льдинами, коварными полыньями и торосами. И если Нансен решил достичь Северного полюса на корабле, то и корабль ему был нужен соответствующий – способный выдержать давление дрейфующих льдов, этой непредсказуемо опасной полярной мозаики. Исследователь понимал, что с наступлением лета арктический панцирь немного подтает, а зимой в свои права вновь вступит мерзлота, но льдины никуда не денутся: по воле стихии они будут с треском и скрежетом сновать по океану. Главный риск заключался в том, что под влиянием ветров и течений (пусть даже зародившихся где-то за много миль) лед превратится в капкан с железной хваткой. Представьте, что судно попало в окружение замерзающего льда или сшибаемых ветром льдин. В таком случае лед работает наподобие тисков и сдавливает корабельный корпус с такой сокрушительной силой, противостоять которой не может никакое судно. Но у Нансена и привлеченного им судостроителя Колина Арчера^[44] был особый замысел, который и вылился в создание «Фрама».

Я вступаю на палубу, и первое мое впечатление – до чего же приятно находиться среди всего этого дерева. Мне вообще очень по душе древесина, ее богатая текстура, на которой запечатлена целая летопись, ее прочность, солидность, надежность. Открытая верхняя палуба «Фрама» сделана из темного мореного дуба и выглядит на удивление просторной, хотя само судно трудно назвать большим. Его длина 39 метров, ширина – 11, а глубина от верхней палубы до киля – около 5 метров. А ведь на борту помещался экипаж в количестве тринадцати человек плюс множество ездовых собак. Шхуна отплыла из Норвегии, будучи оснащена всем необходимым, чтобы провести в путешествии от трех до пяти лет. Под главной палубой располагались каюты членов команды, камбуз (бортовая кухня) и кают-компания. Имелись швейная машинка, кофемолка, столярная мастерская. Закрепленный на мачте небольшой ветряк позволял заряжать аккумуляторы, так что даже во мраке полярной ночи на судне работало электрическое освещение. До приезда сюда я думала, что корабль покажется мне тесным и не слишком уютным (притом что, разумеется, он предстал передо мной без провианта, полярного снаряжения, собак, научного оборудования и личного состава), но, увидев шхуну своими глазами, почувствовала себя как в добротном деревянном доме, теплом и безопасном. Потом я спустилась в трюм, устроенный в носовой части, и только тогда мне по-настоящему открылся характер «Фрама». Здесь, ближе к скругленному носу, пространство заполнено массивными диагональными подпорками из темного дуба (они такие толстые, что мне их даже не охватить), и чем больше сужаются стены, тем теснее смыкаются эти балки. «Фрам» – целая плавучая крепость. Достаточно сказать, что толщина обшивки достигает 70–80 сантиметров, а форштевень составлен из нескольких слоев дубовых брусьев, имеющих общую толщину 1,25 метра: всё для того, чтобы защитить экипаж и судно от напирающих льдов. Корабль сконструирован исключительно прочно, и все-таки главный фокус – в самой его форме, в этих гладких округлых боках и яйцевидных обводах. Благодаря этим особенностям «Фрам», когда его начинали сжимать торосы, выскальзывал из ледовых тисков словно семечко, которое тщетно пытаешься удержать между пальцами. Нансен решил не сопротивляться льду, а двигаться с его помощью. План состоял в том, чтобы пройти вдоль побережья Сибири на восток, а затем «вморозить» судно в лед и вместе со льдом дрейфовать на север, отдавшись на волю трансполярного течения (если оно существует). В таком случае можно было рассчитывать пуститься по Северному Ледовитому океану и, миновав Северный полюс, выйти к Гренландии – противоположной стороне Арктики. Предполагалось, что во время дрейфа команда сможет интенсивно заниматься научными наблюдениями: измерять новейшими методами различные параметры воды и льда, делая первые шаги к изучению последнего неизведанного океана планеты.

Удивительное впечатление производят черно-белые фотопортреты тринадцати членов экипажа, сделанные, видимо, незадолго до отплытия. Во взгляде каждого читается решимость и целеустремленность, но особенно запоминается взгляд Нансена, чьи светлые глаза с какой-то орлиной сосредоточенностью пронзают грядущие десятилетия. За то, чтобы испытать свою идею, этот человек был готов заплатить жизнью. В его распоряжении была отборная команда и лучшее полярное судно, какое только можно вообразить. Экспедиция стартовала летом 1893 года. К концу сентября «Фрам», преодолев окраинные арктические моря Сибири, добрался до 77° 44' северной широты, и Нансен, дав кораблю вмерзнуть во льды, отпустил его на волю стихий.

Когда в Арктике наступает зима, полярный день сменяется полярной ночью и солнце целыми сутками не восходит над горизонтом. Атмосфера вытягивает с океанской поверхности все тепло, отбирая у воды ее энергию. Но если пресная вода замерзает при температуре 0 °C, то в случае с морской водой этот порог сдвигается из-за солености, поэтому поверхностные арктические воды могут оставаться жидкими и при –1,8 °C (конкретная точка замерзания зависит от концентрации соли). Любое изменение температуры неизбежно сказывается на плотности воды, но термический фактор – не единственный: когда для Нансена и его товарищей началась первая зимовка на борту «Фрама», они смогли убедиться, что на изменение плотности влияет и кое-что другое. Пока их надежное деревянное убежище врастало в лед и готовилось к испытаниям на прочность, в Арктике полным ходом шел сложнейший физический процесс, благодаря которому обитатели «Фрама» всегда имели доступ к свежей питьевой воде. Что характерно, этот же процесс служит импульсом, приводящим в движение самые глубокие слои океанской толщи. Соль перераспределялась.

Морской лед – одно из самых грандиозных и пугающих явлений на планете. Эти глыбы как своенравные чудовища, покорные лишь титаническим силам атмосферы и океана. В то же время образование такого льда представляет собой процесс в высшей степени чувствительный и тонкий – и куда более сложный, чем тот, что происходит у вас в морозилке. Все начинается с крохотных продолговатых кристаллов льда, так называемых ледяных игл, которые возникают, когда молекулы воды, потеряв много энергии, вынуждены оставить свое блуждание и соединиться с ближайшими соседями в правильный жесткий каркас. Постепенно к кристаллу прирастают все новые молекулы, и раскованная дискотека уступает место упорядоченной дисциплинированной структуре. Но встраиваться в эту систему позволительно лишь молекулам воды. Соль остается вне игры. Со временем, когда ледяные иглы начинают слипаться, образуя более густые скопления, они могут захватывать некоторое количество рассола в прослойках, однако полностью эти солевые карманы никогда не замерзают. Что же получается? Все больше молекул переходят в кристаллический «лагерь». Соответственно, та часть воды, что остается жидкой, приобретает все бо́льшую соленость. Постепенно лед становится толще и спрессовывается в хрупкую корку, при этом солевые карманы, как правило, выпадают обратно в океан. Описанный процесс важен не только потому, что океан в итоге получает плавучее ледяное покрывало. Не менее важно и другое: формирование льда фильтрует океанскую толщу. Растущий морской лед почти не содержит примесей соли. Будучи менее плотным по сравнению с остальным океаном, он обладает отличной плавучестью и поэтому держится на поверхности. А непосредственно под слоем этого молодого льда образуются струйки чрезвычайно соленой воды, которые постепенно стекают вниз из-за большой плотности (обусловленной сильным охлаждением вкупе с соленостью). Словом, в период льдообразования в некоторых полярных регионах ко дну идет целый воз соли.

Итак, «Фрам» дрейфовал все дальше на север, а Нансен и его команда, не теряя времени, проводили наблюдения. С помощью пробоотборников они измеряли температуру и соленость глубинных слоев Арктики. Они бурили во льду отверстия и бросали лот – и были весьма удивлены, обнаружив, что глубина местами достигает 4 километров: раньше считалось, что Северный Ледовитый океан мелководный. На разных глубинах ярко проявляются особенности поведения воды в зависимости от плотности. Как вы уже поняли, плотность океана определяется температурой и соленостью. Соответственно, помимо температурных изменений, особое значение приобретают, с одной стороны, приток пресной воды из рек и таяние льдов (что способствует уменьшению солености), а с другой – потери воды за счет испарения и выпадение рассола в ходе льдообразования (что действует в обратном направлении). Температура и соленость не какие-то абстрактные понятия, а важнейшие факторы, влияющие на динамику разных слоев океанических вод. В целом океан является жидкой средой, и для перемещения водных масс нет никаких барьеров. Все упирается в плотность. Как правило, совместное влияние температуры и солености меняет плотность океанской воды менее чем на 1 %, в диапазоне от 1020 до 1028 кг/м³. Незначительная как будто разница, но принципиальная. Экипаж «Фрама» не испытывал недостатка в питьевой воде именно потому, что всегда мог растопить любое количество морского льда и снега: свойство тел с малой плотностью всплывать на поверхность пришлось как нельзя кстати. Водные массы в верхнем слое Северного Ледовитого океана – сильно охлажденные и по большей части сравнительно пресные (рассол образуется лишь в некоторых географических точках и в строго определенные периоды). Малая соленость «перевешивает» низкую температуру, и эти массы уходят наверх. Глубже залегают промежуточные слои, которые представляют собой довольно плотную соленую воду, чуть более теплую, чем поверхностный слой^[45] (порядка 1 °C против –1,7 °C). В данном случае повышенная плотность, связанная с соленостью, «перевешивает» плавучесть, связанную с более высокой температурой, и относительно теплые водные массы, как ни парадоксально, оказываются ниже поверхностных. Наконец, воды глубинных слоев имеют плотность, какой не встретишь во всем Мировом океане. Причина – в сезонных процессах льдообразования, в результате которых ежегодно формируется слой не менее соленых, но еще более холодных вод. Зародившись в Северном Ледовитом океане, эти сверхплотные воды не обязательно там же и останутся. Сама плотность может заставить их сменить место дислокации.

История освоения водных просторов Севера скандинавскими народами уходит в глубь веков. В нескольких минутах ходьбы от Музея «Фрама» в Осло находится Музей кораблей викингов, повествующий о славных предках Нансена, – тех, что в VIII–XI веках совершали смелые морские походы, привозили диковинные товары и сокровища и слагали легенды о фантастических приключениях и далеких землях. Пожалуй, самый известный норманнский первооткрыватель – Эрик Рыжий. И тем не менее, проплывая над одним из самых поразительных природных явлений планеты, он его попросту не заметил. Ладья Эрика уверенно держалась на поверхности, а прямо под ней, всего в паре сотен метров, происходило грандиозное перераспределение океанских масс – феномен, обязанный своим происхождением различиям в плотности.