Откуда берется тепло?

Началом всему служит одна-единственная звезда. Когда мы рассматриваем Солнечную систему во всей ее приятной наглядности, наше внимание может легко переключиться на другие планеты, с которыми мы делим наше светило. Эти космические странники в образе семи гигантских сфер – такие таинственные и разные, такие недоступные – пленяют наше воображение. Однако именно в центральной звезде сосредоточена основная часть (около 99,86 %) общей массы Солнечной системы. Кто-то скажет: зато на планеты приходится 99 % разнообразия. Пусть так, но главное, что вся наша система – это, по сути, один массивный ядерный реактор, для которого обращающиеся вокруг тела́ – не более чем приставшие пылинки. В недрах Солнца очень высокие температуры и давления, настолько высокие, что происходит превращение атомов водорода в атомы гелия. В результате каждую секунду в энергию преобразуется 4 миллиона тонн вещества. Вырабатываемая таким образом энергия «бродит» внутри Солнца и лишь через десятки тысяч лет достигает поверхности. Наконец, освободившись от оков солнечной плазмы, она изливается во вселенную. Излучение – инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое – идет от раскаленного золотого шара по всем направлениям. При этом Земли достигает лишь крохотная часть, составляющая менее одной миллиардной доли общего потока. Законы физики превращают эту энергию в важнейшую «валюту» нашей планеты, устанавливающую твердые «бюджетные ограничения» для всех протекающих на ней процессов^[10].

Как оно и бывает со всяким бюджетом, вся эта лучистая энергия – солнечная радиация – сообразно обстоятельствам разбивается на отдельные «статьи». Треть сразу же отражается назад в космическое пространство. Небольшая часть задерживается атмосферой. Приблизительно две трети доходит до поверхности нашей планеты и в тех местах, где эта поверхность покрыта морем, соприкасается наконец с Мировым океаном.

Достижение поверхности, правда, еще не гарантирует проникновения: законы физики, как зоркие привратники, производят сортировку лучей на основании строжайших критериев. Представьте, что вы пришли к океану полюбоваться восходом. В безветренную погоду водная гладь подобна зеркалу, и можно наблюдать почти идеальное отражение янтарного зарева. Дело в том, что когда свет падает на поверхность воды под небольшим углом, океан действительно работает как зеркало и весь свет отражается обратно в небо (ну, или в объектив фотокамеры, которую вы держите наготове в надежде на суперкадр). Когда же день вступает в свои права и угол между солнцем и водной поверхностью увеличивается, у света появляется шанс проскользнуть под воду. Идеальное место, чтобы оценить влияние солнечного света на океан, – тропики. В разгар дня небесные лучи около экватора падают почти отвесно, а значит, свет с максимальной вероятностью проникает в толщу воды. И если вы находитесь где-то у побережья, то можете рассчитывать на незабываемое зрелище: хорошо освещенный коралловый риф.

Здоровый коралловый риф – одна из самых удивительных и богатых по биоразнообразию экосистем на планете. Кораллы уже сами по себе образуют причудливый ландшафт: красочные гроздевидные напластования, массивные бугристые наросты, тоненькие веерные пластины, ветвящиеся «оленьи рожки»… И весь этот мир полнится жизнью. Снуют многоцветные рыбы-попугаи, не забывая время от времени отщипнуть кусочек коралла. В темных расщелинах прячутся рыжеватые рыбы-белки, с опаской выглядывая из своего убежища. Нарядные рыбы-бабочки патрулируют свой участок, готовые при малейшем посягательстве броситься на защиту территории^[11]. Водятся тут и голожаберные, а также черви, креветки, двустворчатые моллюски, губки и многие другие – таково пестрое население этого кипучего подводного мегаполиса. Вблизи поверхности кажется, что в океане бесконечно много солнца и оно щедро освещает все полоски, крапинки и переливы чешуи, все детали маскирующей окраски, все подробности донного рельефа. Но в действительности прозрачность воды далеко не так велика, как мы привыкли думать. С ростом глубины панорама все гуще наливается синевой, которая затем переходит в кромешную черноту: вода поглотила весь доступный свет. Поскольку у себя на суше мы воспринимаем мир в основном визуально, то и здесь обращаем внимание в первую очередь на «потерю картинки».

Однако с точки зрения законов физики ситуация выглядит иначе: исчезнуть может свет, но только не энергия. Видимый свет преобразуется в тепло: потеря зрительных впечатлений подводного туриста компенсируется ростом температуры океанских вод. Красавицы-рыбки принимают как бы двойную солнечную ванну: сначала они купаются в свете, а потом, когда вода соберет свою «энергетическую дань», – в тепле. Так происходит нагрев океана солнечными лучами.

На лучи видимого диапазона – те самые цвета радуги, которые воспринимаются человеческим глазом, – приходится лишь половина всего доходящего до Земли солнечного потока. Остальная часть представлена невидимым для нас инфракрасным излучением, лежащим за красным концом радужного спектра. Когда в темной комнате мы подносим руку к нагретому предмету, то ощущаем его тепло именно потому, что от него исходят инфракрасные лучи, которые несут энергию. Мы это чувствуем даже несмотря на то, что наш глаз ничего не различает. Испускаемый Солнцем инфракрасный свет хотя и достигает океана, но едва его касается: вода очень плохо пропускает длинноволновые лучи, так что они целиком поглощаются уже самым незначительным поверхностным слоем, а затем уходят обратно в атмосферу. Выходит, что – как ни парадоксально – за нагревание океана «отвечает» именно видимый свет, тогда как инфракрасные лучи, которые обычно ассоциируются у нас с переносом тепла, в этом процессе не участвуют.

Солнечные лучи нагревают океан всюду, где только достигают его поверхности, вливая энергию в огромный тепловой аккумулятор. Едва отделившись от Солнца, через каких-то десять минут они оказываются в укромном подводном хранилище, которое верно служит морским обитателям. Поскольку вода медленно нагревается и так же медленно остывает, температура в тропическом океане в течение суток почти неизменна. Юркие рыбы-бабочки и их соседи по рифу могут вволю нежиться в теплой, как парное молоко, влаге.

Итак, наиболее интенсивно наша планета нагревается в районе экватора, где и пролегает пояс ласковых океанских вод, в которых бурлит жизнь. По мере удаления от тропиков и приближения к средним широтам Северного и Южного полушария земная поверхность становится все более наклонной по отношению к солнечным лучам. Соответственно, количество тепла, получаемого водной оболочкой Земли от Солнца, убывает. Ну а в полярных зонах характер океана меняется уже кардинально.