Какого цвета морская вода?

Люди негласно условились, что цвет воды – голубой, хотя в большинстве случаев это не так. Если дать ребенку (или даже взрослому) набор цветных карандашей и попросить нарисовать воду – льющуюся из крана, наполняющую аквариум или падающую с неба в виде дождя, – то изображенная жидкость почти наверняка будет голубой или синей. Но ведь в реальности мы так не видим. Достаточно посмотреть на воду в любой из перечисленных ситуаций, чтобы убедиться, что она бесцветна (в противном случае мы не стали бы ее пить и не сочли бы подходящей средой обитания для любимых рыбок). Когда воды мало, она кажется прозрачной: свет прошел слишком короткий путь, чтобы вещественная среда успела оказать на него влияние. Вышедший поток не отличается от падающего. И все-таки пресловутый «цвет морской волны» не выдумка и не оптический обман. Вода действительно голубая; вот только, чтобы мы могли это заметить, ее должно быть по-настоящему много.

Необъятные просторы Тихого океана имеют насыщенную синюю окраску, чего не объяснить одним только поглощением красной части спектра. Если бы поступающие на поверхность океана солнечные лучи прямолинейно проходили сквозь толщу воды, все больше ослабевая за счет поглощения, океан казался бы черным: никакой свет не отражался и не попадал бы в наш глаз. Так почему же этого не происходит и откуда берется впечатление синевы? Дело в том, что, проникая в океан, световой поток встречает на своем пути более или менее густые скопления молекул воды, и эти хаотические неоднородности вызывают отклонение фотонов от исходной траектории. Речь идет о частном случае процесса, именуемого в физике рассеянием. Суть (как ясно из названия) в том, что беспокойные частицы среды как бы «задевают» и «толкают» проходящий через них луч, отчего тот претерпевает различные отклонения. Цвет воды в открытом океане – в основном результат двух процессов^[151]: во-первых, лучи красной части спектра «гасятся» уже в поверхностном слое, а во-вторых, уцелевшие синие и фиолетовые лучи следуют не по неизменной прямой траектории, а случайным образом рассеиваются в разные стороны, так что некоторые из них в итоге достигают нашего глаза. Именно этими двумя процессами определяется оптика того мира, в котором живут киты.

Горбатые киты – великие океанские путешественники. У них укороченное сигарообразное тело, оканчивающееся узкой бородавчатой мордой, и пара длинных грудных плавников (на что указывает латинское название Megaptera, «огромное крыло»). Наблюдение за этими гигантами – популярнейшее туристическое развлечение, ведь горбачи часто отдыхают и резвятся у самой поверхности, устраивая настоящие спектакли. Они энергично хлопают грудными плавниками и хвостовыми лопастями, а случается, и целиком выпрыгивают из волн, с оглушительным всплеском падая затем вниз. Популяция, обитающая в восточной части Тихого океана, регулярно мигрирует от берегов Мексики до Берингова моря и обратно: холодные полярные воды привлекают китов обилием пищи, но растить детенышей они возвращаются в тропики. Время от времени горбач, в каком бы месте планеты он ни находился, выныривает, чтобы подышать, а набрав в легкие достаточно воздуха, вновь погружается на глубину – то есть неизбежно уходит от калейдоскопа солнечных лучей в подводный сумрак.

Уже в паре десятков метров от поверхности все цвета, кроме голубого и фиолетового, пропадают, и кита окутывает синеватая дымка. Где-то наверху осталось солнце, и оттуда доходит расплывчатое свечение, но разобрать, что там, над толщей воды, невозможно. Краски мало-помалу блекнут и, пройдя все оттенки чернильного, уступают место кромешной темноте. Мглистая завеса съедает последний намек на контуры. А между тем обступающая кита бездна незримо пульсирует жизнью: в разных отсеках океанской толщи движутся косяки мелких рыб, рыщут крупные хищники вроде косаток, блуждают жирные тунцы, качаются стайки медуз… Но ничего этого не видно. Все как будто растворилось в пустоте. Таков эффект рассеяния света в океане: сама вода прячет морских обитателей друг от друга. Она мешает свету сосредоточиться, постоянно сбивает его с курса, и луч в итоге не в состоянии пробиться напрямую от одного живого существа к другому, если они немного разнесены в пространстве. Кит будто погружается в мягкое туманное облако, с глубиной меняющее цвет по принципу градиентной заливки – от светлого аквамарина к полной черноте. Самые острые глаза были бы бессильны в этой вечной ночи. Насколько быстро убывает прозрачность? В чистых водах открытого океана радиус видимости может составлять до 100 метров, позволяя киту с грехом пополам различать собратьев. Но в мутных прибрежных водах, содержащих много взвесей и планктона, рассеяние света происходит более интенсивно: невнятная пелена быстро скрадывает все очертания, и силуэт – хоть сородича, хоть врага – возникает перед китом неожиданно, словно из ниоткуда.

Впрочем, киты неплохо приспособлены к такому оптическому режиму. Эволюция, этот бесстрастный природный селекционер, неустанно шлифует и подправляет физиологию каждого очередного поколения, тщательно следя за тем, чтобы такая «отладка» ни в коем случае не ухудшила репродуктивные шансы вида. В данном случае требовалось, чтобы кит мог существовать в условиях ослабленного освещения. У наземных предков этих морских млекопитающих глаза были устроены наподобие наших: с большим количеством светочувствительных палочек, отвечавших за «сумеречное» зрение, и двумя видами колбочек, позволявших различать цвета (у человека их три вида). Начав порядка 50 миллионов лет назад адаптироваться к жизни в воде, киты и дельфины утратили как минимум один, а то и оба типа колбочек. Теперь горбачи наряду с другими видами усатых китов (такими как синий кит, финвал и сейвал), равно как и некоторые зубатые киты (например, кашалоты), используют для зрения только палочки. Другими словами, эти животные способны ориентироваться при тусклом освещении^[152], однако из-за дефицита колбочек являются дальтониками. Синий свет они формально видят (поскольку другого под водой нет), но как таковой не различают. Если бы океан внезапно окрасился розовым, они бы этого даже не заметили. Таким образом, киты и дельфины не способны воспринять ту самую синеву, которая их все время окружает. Остротой зрения они тоже не отличаются – да и к чему им орлиная дальнозоркость, когда предметы уже на минимальном расстоянии теряются во мгле^[153].

Во время кормежки горбатый кит, как правило, держится в пределах верхних 200 метров. Освещенность здесь неодинакова. В какой-то момент вода поглощает даже синие и фиолетовые лучи, и нижней границы «обеденной зоны» достигают лишь слабые-слабые отблески солнечного света. А ведь это всего 5 % от средней глубины океана. Нижележащие уровни водной толщи погружены во тьму даже в самые ясные летние дни. Этим и объясняется, почему верхние слои океана получают вдоволь солнца и хорошо прогреваются, а в остальных царствует мрак и холод. Поверхностным водам достается вся лучистая энергия, и они преобразуют ее либо в строительный материал для синтеза новой жизни, либо в тепло. Что касается глубинных вод, то они изолированы от света (по тем же причинам, которые ограничивают радиус видимости китов), а следовательно, лишены и тепла.

В результате между водной средой и светом складываются довольно странные отношения. Свет крайне важен для океанической машины, поскольку служит главным источником энергии для ее работы. Но эта энергия может поступить в океан только тогда, когда сам свет погаснет. Прекрасно было бы иметь возможность обозревать широкую панораму океанских глубин. Загвоздка, однако, в том, что такой океан не представлял бы ровным счетом никакого интереса для зрителя: он не имел бы механизмов поглощения лучистой энергии, а значит, не получал бы «топлива» для развития организмов. Таков удивительный парадокс океана: чтобы беспрепятственно любоваться его красотой и разнообразием, потребовалось бы «отключить» поглощение света. Но если бы мы могли это сделать и дали свету свободно распространяться в водной среде, система осталась бы без энергии, то есть без источника той самой красоты и разнообразия. Красота покупается ценой отказа от ее созерцания.

Итак, нормальный оптический режим океанских глубин – кромешная тьма. Но ретивые океанологи умудрились даже полное отсутствие света разделить на несколько категорий. Представьте себе крупную песчинку, которая падает в Марианский желоб – глубочайшую в мире впадину, расположенную на дне Тихого океана. Если подобрать песчинку нужного размера, то она будет лететь сквозь водную толщу со скоростью 1 метр в секунду (примерно так, как падает в воздухе перышко). Лишь первые несколько секунд путешественницу будут сопровождать яркие лучи. Затем солнце начнет меркнуть, и вот уже вокруг сплошной синий туман, а свет становится все более тусклым, приобретая чернильный оттенок. Через три с небольшим минуты песчинка окажется на глубине 200 метров. Сюда проникает не более 1 % солнечного света: для человеческого глаза это уже непроглядная ночь. Океан здесь переходит в так называемую афотическую зону^[154], освещаемую лишь самыми слабыми проблесками. Тринадцать минут спустя песчинка достигает глубины 1000 метров, где густой сумрак сменяется абсолютной, непроницаемой темнотой. Порхая и кружась, крошка еще 50 минут проваливается сквозь черноту. И только теперь она на середине пути. В большинстве районов океана ее маршрут был бы уже окончен, но мы находимся над самой глубокой точкой Марианского желоба – бездной Челленджера, – а потому песчинка продолжает падение. Минуя абиссальную зону, она попадает в ультраабиссаль^[155], пока наконец, спустя 3 часа после старта, не приземлится в глубочайшей точке океанского дна. Окружающий ее океан все это время погружен во мрак – за редкими исключениями.