Незримая десница Нептуна
Две тысячи лет назад соленые и теплые воды Средиземного моря изобиловали жизнью. У берегов резвились дельфины, приплывали в поисках укромного нерестилища гигантские тунцы, а серые в яблоках катраны с аппетитом соскребали с подводных скал гроздья моллюсков. Средиземное море зажато между континентами и едва соприкасается с Атлантикой: единственным его каналом сообщения с Мировым океаном служит узкий Гибралтарский пролив. Интенсивное испарение с нагретой солнцем поверхности не компенсируется притоком пресной воды из рек, впадающих в бассейн. Отсюда – высокая концентрация соли[100]. На этих берегах одна за другой рождались и гибли высокоразвитые цивилизации финикийцев, греков, римлян[101], и тихой океанской заводи выпало стать ареной ряда самых драматических событий западноевропейской истории. Средиземноморские народности верили, что успех и неудача многих человеческих предприятий зависят от воли морских божеств: Яма, Посейдона, Нептуна, – и, учитывая огромную роль природных сил, нельзя сказать, что они заблуждались. Но никакое преклонение перед стихией не способно изменить фундаментальных законов природы. Океаническая машина невозмутимо продолжала свой ход, пока прямо над ней шумели битвы и раздавались крики крошечных существ, ничего не подозревавших о внутреннем устройстве бездонных глубин у них под ногами.
И вот решающий день: 2 сентября 31 года до н. э. по недавно введенному юлианскому календарю. Первые лучи солнца легли на поверхность моря, осветив непривычную толчею у входа в Амвракийский залив. Потревоженные рыбы носятся вокруг сотен продолговатых деревянных пузырей длиной 50–70 метров, уходящих на 2–3 метра под воду. В передней части каждого такого плавучего гиганта – массивное бронзовое жало изогнутой формы, зловещее и острое. Так выглядит боевой флот знаменитого римского политика и военачальника Марка Антония и его возлюбленной Клеопатры, царицы эллинистического Египта. Эскадры выстроились широкой дугой в устье Амвракийского залива, и каждый корабль оснащен грозным металлическим тараном, способным проломить борт любого вражеского судна. Неприятельские корабли, более легкие и превосходящие по численности, держатся на расстоянии примерно полутора километров, ближе к открытому морю. Это отряды Октавиана, объявившего себя наследником убитого Юлия Цезаря. Такова расстановка сил перед сражением, которое стало кульминацией борьбы за власть, продолжавшейся более десяти лет, – и решило в итоге судьбу Римской республики.
Год начался для Антония и Клеопатры неудачно. Несколько месяцев Антоний стоял лагерем на берегу залива на мысе Акциум, дожидаясь подкрепления, в то время как болезни и дезертирство продолжали опустошать ряды его армии. Октавиану это было только на руку. Антоний в итоге принял решение ретироваться со своими войсками в Александрию, но оппонент не собирался так просто его отпускать. Накануне сражения оба флота выстроились в боевом порядке, готовые померяться силами. Обыкновенно битвы начинались на рассвете. Но вот уже солнце поднялось высоко, укоротились тени, а эскадры Антония не тронулись с места. Корабли стояли неподвижно, точно прикованные к морскому дну. Наконец они подались вперед и начали сближение с противником, но при этом только стреляли метательными снарядами, не идя на прямую атаку: гребцы не могли набрать достаточного разгона, чтобы налететь на неприятельские суда и сокрушить их мощным тараном. Некоторое время бой шел в таком «бесконтактном» режиме. В какой-то момент находившиеся в тылу корабли Клеопатры прорвались сквозь гущу сражения и ушли в открытое море. Антоний ринулся следом и тоже сумел спастись, бросив основную часть флота на произвол судьбы. Октавиан торжествовал. В память о победе он приказал установить на возвышенности, недалеко от основанного им нового города, величественный памятник, украшенный трофеями – бронзовыми таранами захваченных кораблей. Этим символическим жестом он недвусмысленно заявил всему миру о своем владычестве над Средиземноморьем. Антоний и Клеопатра, понимая, что их положение безнадежно, вскоре покончили с собой, а Октавиан принял имя Август и сделался единоличным правителем огромной державы как первый римский император. Демократические идеалы Римской республики оказались раздавлены сапогом нового диктатора.
Дошедшие до нас исторические свидетельства противоречивы, а на появление новых убедительных данных по прошествии двух тысячелетий рассчитывать особо не приходится. Но есть основания полагать, что при выходе из Амвракийского залива суда Антония застряли не просто так. Видимо, что-то мешало их продвижению, поэтому и пришлось отказаться от наиболее эффективного плана атаки. По мнению древнеримского писателя и военачальника Плиния Старшего, всему виной были прилипалы[102] – рыбы с узким вытянутым телом, которые присасываются к днищам кораблей, замедляя их ход. Современные исследователи такую возможность исключают. Но есть гипотеза, что на исход битвы могло повлиять явление, связанное с анатомией самого моря, – так называемая мертвая вода. Как вода может остановить корабль
В 1893 году Фритьоф Нансен составил первое научное описание курьезного эффекта, с которым столкнулся во время своей знаменитой полярной экспедиции на «Фраме». В одном арктическом фьорде корабль внезапно потерял ход, словно его удерживала какая-то таинственная сила, и перестал слушаться руля. Обычно при тихой погоде и небольшой нагрузке «Фрам» развивал скорость в 6–7 узлов, но тут, попав в «мертвую воду», не мог сделать и 1,5 узла. Хотя винты работали с нормальной мощью и толкали судно вперед, эта энергия как будто уходила в пустоту, и «Фрам» почти не двигался с места. Раньше считалось, что явление «мертвой воды» – не более чем суеверная выдумка мореплавателей, но вот теперь один из лучших исследователей своего времени наблюдал его собственными глазами. Проницательный Нансен догадался, что ключ к разгадке кроется в наличии двух слоев жидкости с разными характеристиками. Арктические фьорды часто окружены кольцом заснеженных гор, и в процессе таяния снега над тяжелыми солеными морскими водами образуется сравнительно тонкий – в несколько метров – слой пресной воды. Будучи менее плотным, он держится на поверхности. Такие участки океана, где соседствуют два резко различающихся по плотности слоя, океанологи называют стратифицированными. Чем больше разность характеристик, тем ярче выражена стратификация. Этот принцип знаком, в сущности, каждому, кто любит побаловаться домашними коктейлями. Если очень медленно и аккуратно, с помощью барной ложки, наливать в бокал какой-нибудь легкий ликер так, чтобы он тонкой струйкой стекал по стенке, получится отдельный четкий слой поверх более тяжелого. Если же у вас случайно дрогнет рука или вам просто вздумается взболтать напиток, то ваш шедевр банальным образом перемешается. А значит, жидкости разной плотности вовсе не обязательно должны располагаться слоями. Но для перемешивания требуется дополнительная энергия, а при ее отсутствии ингредиенты так и останутся разделенными на слои. То же самое происходит и в океане: при определенных условиях в нем возникают слои разнородных водных масс. И если толщина поверхностного слоя достаточно мала, то судно рискует потерять скорость и почти остановиться.
Посмотрите, как скользит по спокойной глади лодка или, скажем, утка, и вы увидите тянущийся сзади волновой шлейф: характерный V-образный кильватерный след. Волны, как мы уже выяснили раньше, фактически представляют собой движущуюся энергию: утка должна отдать волнам некоторое количество энергии, чтобы вода пропустила ее дальше. Такого рода волны образуются на границе между разными слоями текучей среды, в случае с уткой – между жидкой средой (океаном) и газообразной (атмосферой). Когда уже знакомый нам океанолог Экман стал анализировать материалы наблюдений Нансена, то быстро сообразил: необъяснимый на первый взгляд эффект застревания корабля связан с тем, что волны образуются не только на поверхности моря, но и между соприкасающимися слоями внутри водной толщи. Такие волны в науке называются внутренними. Они существуют в стратифицированной жидкости, распространяются намного медленнее поверхностных и могут иметь значительно бо́льшую амплитуду. Попробуйте сами проделать такой эксперимент: налейте в банку в равных частях воду и растительное масло и потрясите. На границе контакта масла с воздухом вы увидите ожидаемые возмущения. Но присмотритесь к области раздела между водой и маслом, и вы заметите в этой переходной зоне другие колебания, которые проявляются иначе, чем поверхностные. Так выглядят внутренние волны.
Для того чтобы возникло явление «мертвой воды», требуется не только стратификация океана по плотности, но и строго определенное сочетание трех параметров: глубины́ верхнего слоя, осадки судна и его скорости. Если все совпало как надо (вернее, как не надо тем, кто пытается куда-то добраться на таком корабле), то невидимая внутренняя волна, формирующаяся на границе между разнородными массами вод, создает прямо под килем устойчивую зону сопротивления. Львиная доля энергии движения судна тратится в итоге на то, чтобы увлекать за собой эту волну. На поверхности моря феномен практически незаметен, вода остается спокойной, просто ход вдруг резко замедляется: на создание и поддержание внутренних волн уходит масса энергии. Корабль словно бы тащит за собой какой-то внезапно приросший к нему лишний груз. Поскольку эффект «мертвой воды» проявляется только при известной комбинации факторов (толщины верхнего пресного слоя, осадки судна и скорости следования), то в большинстве случаев разность плотностей между слоями большой роли не играет. Но если вам не повезло, корабль может почти замереть на месте, и никакие маневры тут не помогут. Именно это и произошло тогда с «Фрамом» в арктическом фьорде.
Явление «мертвой воды»: на границе двух слоев воды образуются внутренние волны, из-за чего судно может резко потерять ход
Но какое отношение все это имеет к великому морскому сражению глубокой древности? Вспомним, что разворачивалось оно в западной части Греции, у входа в Амвракийский залив, в месте встречи пресной и морской воды. Залив этот представляет собой замкнутое пространство приблизительно 40 километров в длину. Лишь через узенькое горлышко сообщается он с остальным Средиземным морем, напоминая маленькую чашу классического трехъярусного фонтана: струи из нее льются в чашу побольше, а оттуда вода стекает в емкость еще более широкого диаметра. Залив питается двумя реками, так что теплые пресные воды с суши разливаются по более холодной и соленой морской воде. Ничто не побуждает разнородные пласты перемешиваться. Менее плотный распресненный слой спокойно лежит на более тяжелом соленом, и если не возникнет какого-то дополнительного импульса, толкающего его вниз, он так и останется наверху. Таким образом, внутри Амвракийского залива формируется, захлестывая и его устье, поверхностный слой относительно пресной и теплой воды толщиной в несколько метров. Для рыб и дельфинов тут раздолье: морские обитатели резво порхают внутри этого слоеного пирога, питаются, выводят потомство, ведут насыщенную жизнь. Человек структуру водной толщи увидеть не в состоянии. Но при определенных условиях она заметно сказывается на скорости кораблей.
Так почему же флот Марка Антония при выходе Амвракийского залива вдруг словно бы завяз? Можно ли объяснить это описанной разностью плотностей? Насколько вероятно, что корабли попали в зону «мертвой воды», которая и помешала им набрать скорость для нанесения таранных ударов? Исключать такого сценария нельзя. Что касается эскадр Октавиана, то все они состояли из легких судов с малой осадкой и не должны были испытывать подобных трудностей (ведь критической комбинации факторов не возникало, и преодолевать дополнительное волновое сопротивление не приходилось). Вообще для этой части Средиземного моря характерна именно такая переслоенность, которая чревата эффектом «мертвой воды». А значит, причиной поражения Антония вполне могли стать внутренние волны: увидеть их не под силу са́мому зоркому командующему. Так оно было или нет, нам уже никогда доподлинно не узнать, хотя историки и специалисты по гидродинамике продолжают биться над разгадкой этого ребуса. Сам по себе пример в любом случае поучителен. Он ярко показывает влияние динамики океана на судьбы людей, которые снуют по его поверхности, наивно полагая, что сами контролируют свою жизнь.
Вообще говоря, стратифицирован в той или иной степени весь океан, но такой резкий скачок плотностей, который приводит к феномену «мертвой воды», наблюдается редко. Наиболее выражен обычно тот самый «перемешанный слой»: теплый поверхностный пласт толщиной от 50 до 500 метров, играющий роль своеобразного одеяла. Распределение плотностей – принципиально важный фактор, от которого зависит, останется ли конкретная водная масса на своем месте или начнет движение в вертикальной плоскости, в результате чего произойдет перетасовка слоев. В этом и состоит первая причина сложной анатомии океана. В условиях большого градиента плотности перемешивание затруднено и формируются устойчивые слои, как бывает в коктейле: более плотная жидкость располагается на дне, а менее плотная всплывает на поверхность. Как только искомая стабильность достигнута, всякие перемещения прекращаются. Можно сказать, что стратификация позволяет отдельным частям океана без помех сохранять собственную «физиономию» и известную обособленность. А вот волны могут распространяться в самых разных направлениях, и если порядок слоев в вертикальном разрезе более-менее строго предписан, то вбок вода может перемещаться гораздо более свободно.