Необратимые изменения океанов

автоматические сейсмические станции во многих пунктах на Курильских островах, Камчатке и острове Сахалин;

автоматические донные измерители уровня, которые будут установлены на расстоянии 20 -- 50 километров от берега вдоль Тихоокеанского побережья Камчатки и Курильских островов и по кабельным каналам или радиоканалам связи передавать в береговые центры информацию о колебаниях уровня в открытом море;

береговые центры сбора информации, которые с помощью электронно-вычислительных машин будут анализировать данные сейсмических станций и мареографов, определять вероятность наступления цунами в месте своего базирования, давать оповещения о цунами в этом месте и с помощью спутников связи передавать все данные в Южно-Сахалинск в Центр цунами;

Центр цунами, оценивающий опасность цунами для всего Дальнего Востока и оповещающий заинтересованные организации и население.

Для оснащения Единой автоматизированной системы оповещения о цунами учеными созданы новые приемники и передатчики информации, разработаны программы для электронно-вычислительных машин, с помощью которых эта информация обрабатывается, из нее выделяется сигнал, несущий информацию о цунами, автоматически дается команда оповещения. Создано главное первичное звено системы -- уникальный измерительный прибор, который, будучи установлен на дне моря на глубине 5 -- 6 километров, позволяет регистрировать колебания уровня до 50 -- 100 миллиметров и отфильтровывать из всех изменений уровня те, которые возникают при прохождении цунами. На первом этапе создания НАС отдано предпочтение наиболее апробированному кабельному каналу связи донных уровнемеров с берегом. Для радиоканалов нужно установить в море заякоренные буи с антеннами. Установить же их у восточных берегов Курильских островов, где часты жестокие штормы и ветер и волны не только срывают с якорей буи и рыболовные снасти, но и сдирают краску с металлической арматуры буев, -- очень сложная техническая задача.

Для увеличения надежности и исключения случаев прохождения непредсказанного цунами зоны действия сейсмических станций, донных мареографов, каналы связи будут иметь троекратные перекрытия. Создание автоматизированной системы позволит впервые в Советском Союзе установить надежное наблюдение за этим грозным явлением природы, уменьшить материальный ущерб от затоплений, исключить случаи гибели людей.

Но и после создания ЕАС «Цунами» многое будет зависеть от оперативности действий людей. Способами защиты от цунами были и остаются эвакуация населения и материальных ценностей в возвышенные районы, затопление которых исключается, и вывод судов в открытое море навстречу волне.

При невозможности вывода судов принимают меры к усилению швартовов, закрепляют судовые и портовые механизмы. Это достаточно общие рекомендации, но в каждом порту существуют правила, разработанные для него на случай возникновения цунами. При получении судном предупреждения о цунами экипаж должен действовать в соответствии с этими правилами.

СВЕТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В ОКЕАНЕ

...А океан, вы думаете, заснул? Нет, он кипит и сверкает пуще звезд. Под кораблем разверзается пучина пламени, с шумом вырываются потоки золота, серебра, раскаленных углей... Наступает за знойным днем душ-носладкая ночь с мерцанием в небесах, с огненным потоком под ногами, с трепетом неги в воздухе.

И.А. ГОНЧАРОВ. ФРЕГАТ «ПАЛЛАДА»

Еще в эпоху плаваний древних греков и финикийцев, арабов и индусов отмечалось свечение моря. Его красочные описания можно найти и в «Одиссее», и в арабских сказках «Книги тысячи и одной ночи». Со времени Великих географических открытий известно оно и европейцам.

Путешественники отмечали, что зачастую, особенно в тропических широтах, в темное время суток хорошо заметно свечение воды, набегающей на форштевень судна: светится бурлящая вода у бортов, обтекая корпус, за кормой образуется клубящаяся постепенно суживающаяся и затухающая светлая полоса. Свечение воды не только повышает общую яркость в открытом море, но и выделяет на фоне моря берег, скалы, рифы, отмели, молы, буи и суда.

Почему же море светится?

Еще в первом русском кругосветном путешествии, предпринятом И. Ф. Крузенштерном, его участники -- естествоиспытатели изыскивали «причину светящихся явлении в воде морской» и пришли к выводу, что «морская вода светится не от движения и трения частиц оной» и что «действительной виною того суть органические вещества».

Время подтвердило догадку путешественников. Как выяснили гидробиологи, свечение моря вызывается в основном биолюминесценцией морских организмов. Чаще всего встречается «искрящееся» или «мерцающее» свечение разнообразных одно- и многоклеточных существ планктона размерами от десятков микронов до нескольких миллиметров Когда таких светящихся существ много, отдельные точки света сливаются в неравномерное сияние.

Это свечение возникает при механическом раздражении организмов, например при движении животных и рыб, при ударе веслом по воде, а также при химическом воздействии выделений из желез морских беспозвоночных организмов. Особенность свечения этого типа состоит в том, что оно вызывается у испускающих свет мелких организмов механическими или химическими раздражителями на более или менее короткое время непосредственного воздействия и последствий раздражителя на организм.

Даже при большом количестве способных к свечению организмов вода не светится, если она ничем механически не возмущена. Поэтому такое свечение наблюдается чаще и бывает интенсивнее в прибрежных водах, особенно в заливах, бухтах и гаванях, то есть там, где распространены местные возмущения воды от прибоя и колебаний уровня вблизи молов, берегов, причалов.

Движущееся по воде судно создает значительное местное механическое возмущение, которое проявляется на поверхности в виде судовых волн, а при определенных гидрологических условиях -- в виде внутренних волн на некоторой глубине. К тому же вокруг подводной части плывущего судна возникает более или менее заметное облако пузырьков воздуха, густое у ватерлинии и более мощное в зоне действия винта. Поэтому кильватерный след судна еще долго сохраняется в море: интенсивность его свечения тем больше, чем больше скорость и осадка судна.

Вторым типом свечения является «разлитое», или «молочное», свечение. Его создают бактерии. Оно, как выяснилось, не усиливается при механических или химических воздействиях. Такое свечение создает как бы общий светлый фон. Оно отличается от свечения первого типа большим распространением в пространстве. Зачастую при свечении такого типа молочным светом залито все видимое вокруг судна пространство. Если светящиеся бактерии находятся в некотором слое на глубине, то кажется, что море подсвечено снизу. При этом при прохождении внутренних волн, гребни которых находятся ближе к поверхности, чем их подошвы, светящиеся бактерии создают впечатление пульсации света при приближении данного слоя к поверхности.

Молочное свечение моря встречается гораздо реже, чем искрящееся. Еще реже встречается свечение третьего типа -- вспышковое, или свечение крупных животных.

Известно, что некоторые глубоководные беспозвоночные и даже рыбы светятся целиком или имеют светящиеся части тела: это рыба-удильщик с приманкой -- фонарем впереди головы, это неглубоководная бразильская акула, у которой нижняя часть тела испускает яркий зеленый свет. Обычная в Баренцевом море гренландская акула обладает светящимися органами над задней жаберной частью, на затылке, в передней части туловища и над боковой линией в виде продольных полос. Гидробиологами обнаружено также много видов светящихся медуз, иглокожих, моллюсков. Этот тип свечения определяется видом организмов, испускающих свет. Зачастую организмы светятся постоянно, но для свечения некоторых требуется механическое или химическое возбуждение.

В реальных морских условиях трудно различить указанные три типа свечения. Зачастую невозможно отличить искрящееся свечение, вызванное движением несветящихся рыб и медуз в спокойной воде, от собственного свечения этих организмов, так как светящийся планктон окон-туривает эти крупные организмы облаком искорок. При таких условиях несветящиеся медузы могут быть приняты за светящиеся, а искрящееся свечение за свечение медуз. Трудно выделить типы свечения еще и потому, что они люгут встречаться в море не только по отдельности, но и в сочетании.

Своеобразным феноменом является свечение морского льда. Как известно, морской лед, особенно молодой, имеет своеобразную решетчатую структуру, перекладинами которой служат игольчатые кристаллы льда, а «просветы» заполнены морской водой, концентрация солей в которой повышена вследствие вымораживания. В этих «просветах» часто сохраняют жизнеспособность и способность к свечению планктонные организмы. Поэтому при разломах льда может появляться свечение, которое достигает наибольшей яркости при движении ледоколов. Тогда лед, разламываемый корпусом судна, светится, освещая все трещины, грани и разломы «горящими» точками и искрами. Из-под скул ледокола по временам вырываются «горящими брызгами» куски раскрошенного льда.

Такие случаи иногда наблюдаются в Охотском море. Установлено, что молодой лед толщиной до 5 сантиметров не светится вовсе. Отчетливо светится лед толщиной 5 -- 10 сантиметров, но сильнее всего -- лед толщиной 10 -- 30 сантиметров. Еще более толстый лед светится слабее; при одинаковой толщине с гладким льдом торосистый лед светится сильнее. Иногда во льду светятся крупные пятна диаметром от 5 до 30 сантиметров.

Снег на льду, пропитанный морской водой, при механическом воздействии также светится. Светятся, например, в течение нескольких минут отпечатки шагов или полозьев саней.

Наряду с биолюминесценцией в морской воде обнаружено явление фотолюминесценции или флуоресценции. Этот тип свечения возбуждается в морской воде оптическим излучением. Он обусловлен наличием в морской воде стойких растворенных органических веществ, которые образуются из остатков растений на суше и в воде.

Интенсивность фотолюминесценции зависит преимущественно от концентрации растворенных органических веществ, главным образом хлорофилла. Поэтому в местах большого содержания хлорофилла -- в устьевых областях рек, высокопродуктивных районах морей и океанов -- этот тип люминесценции встречается чаще. Поскольку, с одной стороны, фотолюминесценция возбуждается световым излучением, а с другой, -- концентрация хлорофилла зависит от интенсивности солнечного освещения, интенсивность люминесценции имеет суточный ритм. Эта закономерность проявляется во всех районах Мирового океана.

Многообразие и изменчивость картин свечения моря огромны. Трудность анализа и объяснения этого многообразия и изменчивости во времени и в пространстве объясняются не только тем, что обычно не известно, какие организмы светятся в данный момент, но и тем, что не известны причины, возбуждающие свечение моря. Поэтому все объяснения явлений био- или фотолюминесценции можно дать лишь в качестве предположения. Особый интерес вызывают случаи фигурного свечения моря.

Вот запись, сделанная в вахтенном журнале английского парохода «Арракан» 19 декабря 1927 года в Андаманском море:

«В два часа ночи судно прошло мимо нескольких мерцающих пятен света на поверхности моря. От этих пятен постепенно вытягивались светлые полосы, и все явление, постепенно приобретая форму колеса со спицами, начало вращаться против часовой стрелки в 200 ярдах к западу от судна. Через 5 минут фосфоресцирующий свет ослабел, но затем снова стал ярче, при этом «спицы колеса» вращались в противоположном направлении, то есть по часовой стрелке. Через 15 минут это явление исчезло».

В 1973 году моряки теплохода «Антон Макаренко» наблюдали в Малаккском проливе светящиеся пятна, которые внезапно стали вытягиваться в полосы, радиально расходящиеся от судна. Затем концы полос загнулись в одну сторону, образовав огромное колесо, которое стало все быстрее и быстрее вращаться против часовой стрелки.

С давних пор моряки, возвратившиеся из тропических морей Юго-Восточной Азии, рассказывали о встречавшихся там гигантских, диаметром по нескольку миль, светящихся колесах, вращавшихся с большой скоростью на поверхности моря. Западно-европейские моряки окрестили их «дьявольской каруселью», в Азии их называют «колеса Будды». Эти светящиеся колеса имеют частоту вращения до 100 оборотов в минуту, диаметр от нескольких десятков метров до нескольких километров, а из центра круга исходят прямые или изогнутые «спицы».

В Охотском море часто наблюдается в различных его местах и в разное время года сложное и очень подвижное фигурное свечение. Русский военно-морской врач Ф. Д. Дернбек так описывал этот эффект:

«С наступлением темноты замечалось сильное свечение обычного характера... Но внезапно в 11 часов вечера за кормой вспыхнул интенсивный зеленовато-белый свет: световое пятно быстро увеличилось и, продвигаясь вперед, окружило судно. Имея корабль в центре, эта ярко освещенная поверхность некоторое время двигалась вместе с ним, а затем быстро удалилась от судна, в 2 -- 3 минуты достигла горизонта и светилась там в виде яркой светлой полосы, давая отблеск на облаках. Световые пятна возникали за кормой одно за другим и, обгоняя корабль, исчезали за горизонтом. Были такие моменты, когда зарождение пятен, их отделение от корабля и дальнейшее самостоятельное движение можно было наблюдать одновременно: одно пятно появлялось за кормой, другое уже отделялось от судна, третье плыло в некотором отдалении от него, а четвертое уже освещало горизонт».

Биологическая основа свечения моря не вызывает сомнений. И все же наибольшую трудность представляет объяснение быстрого передвижения пятен света и феномена светящихся колес. В случаях «вращающихся колес» свечение, по-видимому, возникает на гребнях внутренних волн, возбужденных действием судна.

Другим объяснением этих явлений можно считать образование мелкомасштабных вихрей с вертикальной составляющей, достигающей силы и масштаба водоворота. Такие вихри и водовороты возникают по краям течений, в местах стыка различно направленных течений любого происхождения, где глубина невелика и где сильны при-ливно-отливные течения.

Наконец, механическое воздействие может совпадать с химическим (или биологическим?) взаимодействием самих светящихся организмов: раздражение, вызванное движением воды, передается от организма к организму. При этом вспыхнувшие вначале организмы успокаиваются, и в этом месте свет «гаснет». Возмущение передается по цепочке в виде своего рода волны.

Возможно, подобная картина имела место и в Охотском море. Сам Ф. Д. Дернбек пытается объяснить это следующим образом:

«В районе хода судна шли полосой массы организмов, способных при раздражении издавать яркий свет. Попадая в такую полосу, пароход движением винта вызывал раздражение этих организмов, передававшееся от одного к другому, и тем самым -- свечение. Чем больше организмов втягивалось в это раздражение, тем больше становилась светящаяся область. Область эта, достигнув известного предела, уже более не увеличивалась (момент появления вокруг судна большого светящегося пятна). Затем пароход выходил из полосы этих организмов, а выз-званное им раздражение сохранялось (момент отхода пятна от парохода). Дальнейшее движение светящегося пятна можно объяснить, по-видимому, тем, что вызванное пароходом раздражение передавалось соседним организмам и свечение направлялось по пути их хода. Благодаря этому величина удалявшегося светящегося пятна оставалась приблизительно одинаковой. В пользу такого объяснения говорит быстрота движения световых пятен, проходивших за 2 -- 3 минуты от судна до горизонта. С такой быстротой сами организмы продвигаться, конечно, не могли. Затем пароход пересекал полосу организмов в другом месте или другую полосу, и тогда появлялось второе светящееся пятно, которое в свою очередь удалялось, и т. д.» Фигурное свечение моря представляет собой, конечно, весьма своеобразное и грандиозное зрелище. Но не меньшее впечатление может произвести и молочное свечение. Вот что писал в 1977 году в журнале «Морской флот» первый помощник капитана теплохода «Николай Кремлян-ский» Н. Урс:

«Теплоход «Николай Кремлянский» вышел из Аденского залива и, следуя вдоль восточного побережья Африки, направился на о. Реюньон (Франция).

14 августа в 02 часа 00 мин судно находилось на траверзе мыса Хафун. Ночь была безлунная, дул обычный для этого времени года юго-западный муссон.

Вдруг море засветилось бело-матовым светом, образовав вокруг судна огромный, почти доходящий до горизонта светящийся круг. «Такое впечатление, что как будто гигантский фонарь подсвечивал воду снизу», -- говорит по этому поводу вахтенный -- второй помощник капитана В. В. Шило. Вокруг стало совсем светло. Забеспокоился вахтенный механик В. Т. Рудь. Позвонив на мостик, он доложил, что без видимой причины упали обороты главного двигателя с 107 до 104 об/мин, изменилась температура забортной воды с +26 до +19°.

Спустя минут 25 -- 30 свечение воды стало уменьшаться, а пройдя около 8 миль, судно вышло из светящегося круга вообще, оставив его угасающим за кормой. Прежними стали обороты главного двигателя, поднялась температура забортной воды».

Этот случай, вероятно, связан с апвеллингом глубинных холодных вод вблизи Сомалийских берегов. В этом районе возникшее под действием летнего юго-западного муссона Сомалийское течение поворачивает и удаляется от берега. На место теплых поверхностных вод поднимается глубинная вода, богатая планктоном и фосфоресцирующими бактериями, и в темное время суток наблюдается молочное свечение моря.

Если в центре ядра апвеллинга глубинная вода обычно выходит на поверхность, то на периферии этой зоны выше тяжелой глубинной водной массы может оставаться тонкий, толщиной 5 -- 10 метров, слой легкой и теплой поверхностной воды. Такое «поднятие» холодных и более плотных вод к поверхности привело к переслоению ее по вертикали и к возникновению «мертвой воды», что в свою очередь явилось причиной снижения частоты вращения вала двигателя, поскольку винт и устройства для забора воды оказались ниже границы, разделяющей поверхностные теплые воды и глубинные холодные.

Очень часто подобное явление наблюдается в Андаманском море, где речные воды, распространяясь поверх плотной морской воды, одновременно являются возбудителем свечения морских организмов и причиной возникновения «мертвой воды».

Особое место занимают световые явления при землетрясениях, подводных оползнях, обвалах и вызываемых ими цунами. Необычайно интенсивным, относительно длинным и нередко повторяющимся механическим импульсам во время землетрясений соответствуют и исключительно яркие и сравнительно продолжительные явления свечения моря.

Так, во время грандиозного землетрясения 1 сентября 1923 года, известного в Японии под названием Кван-то, рыбаки видели несколько огненных столбов в заливе Сагами перед входом в токийскую бухту. Рельеф дна в заливе Сагами изменился тогда очень резко -- на десятки и сотни метров. Можно представить себе, какие мощные импульсы передавались светящимся организмам через воду.

В 1792 году в одной из бухт острова Кюсю ночью произошел оползень. Скалы рухнули в воду, вызвав огромные волны, которые излучали пылающий свет.

Рис. 42. Районы с наибольшей повторяемостью свечения воды (заштрихованы)

Пятнадцатого июня 1896 года в области Санрику в северной части Тихоокеанского берега острова Хонсю цунами до 25 метров высотой смыли несколько деревень и городов. Море отступило на треть мили, обнажившееся дно стало испускать голубовато-белый свет, такой яркий, что в безлунную ночь были хорошо видны деревья. Находившиеся в море ощутили сильные толчки, море засветилось так ярко, что можно было различить узоры на одежде.

Наконец, наиболее часто встречающееся искрящееся свечение появляется тогда, когда вода, содержащая планктонные организмы, способные светиться, встречается с препятствием на пути движения. Появляются вспышки, которые очерчивают линии соприкосновения предметов с водой. Эти вспышки помогают судоводителям в темное время суток обнаружить препятствия и принять меры к предупреждению столкновения с ними. Но они могут быть и причиной недоразумений. Судоводители должны помнить о том, что подобные вспышки появляются также при движении косяков рыб, дельфинов, акул, китов, прохождении внутренних волн, ветровом волнении.

Интенсивность и повторяемость свечения зависят от видового и количественного состава светящихся организмов и их сезонной изменчивости. К настоящему времени выявлено и описано более 50 видов светящихся одноклеточных водорослей фитопланктона, многие виды медуз, донных организмов: гребневиков, гидроидов, червей, а также ракообразных, моллюсков, иглокожих и рыб. В тех районах океанов и морей, где биогенные элементы выносятся к поверхности, наблюдается интенсивная жизнедеятельность и высокая биологическая продуктивность.

Свечение моря наблюдается во многих морях, но наибольшую повторяемость это явление имеет в Бискайском заливе, на подходе к Буэнос-Айресу, около южной оконечности полуострова Индостан, у островов Зеленого Мыса, в южной части Красного моря (рис. 42). Важно то, что области океана с частым свечением характеризуются большими годовыми изменениями температуры, вызванными чаще всего сгонно-нагонными явлениями муссонного происхождения; это области взаимодействия холодных и теплых течений, районы впадения крупных рек.

КАКОВО ЖЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СВЕЧЕНИЯ МОРЯ?

Свечение не только дает подсветку ночному морскому пейзажу, но и выделяет наиболее существенные для штурмана предметы и места: мели, рифы, льдины, айсберги, оголовки молов. При свечении моря можно легко определить дрейф по отклонению кильватерной струи от курса судна. Ночью при свечении моря легче идти в кильватерном строю. Во время второй мировой войны свечение моря позволяло увидеть место торпедного выстрела, а также след торпеды и вовремя уклониться от встречи с ней. Свечение моря позволяет визуально находить косяки рыбы и отдельных морских животных, поскольку стаи рыб и единичные крупные объекты заметны ночью, если в воде достаточно светящегося планктона. Волнообразные движения рыбы, расталкивание ею воды, дрейф и рыскание вызывают в воде далеко за контурами рыбы вихревые явления, а тем самым и свечение. Опытные рыбаки различают «мертвое» свечение, представляющее собой обычное искрящееся свечение, и «рыбное» свечение -- интенсивные вспышки, вызванные стремительными движениями рыб. Изучение поведения рыбы при свечении моря дает возможность проводить лов на свет, выбирая интенсивность света, цвет лампы, время лова.

Наконец, определение интенсивности люминесценции в морской воде позволяет обнаружить присутствие антропогенных загрязнений, в первую очередь нефтепродуктов. С помощью этого метода проводят изучение динамики вод океана. Оказалось, что растворенное органическое вещество довольно стойко в морской воде. Это помогает получать быструю информацию о перемещениях зон ап-веллингов, распространении в море речных струй, меандрировании течений.

Но известны и отрицательные эффекты свечения моря, касающиеся в первую очередь судоводителей. Первое отрицательное последствие свечения моря, хотя и не самое распространенное, -- это снижение остроты ночного зрения судоводителей при большой яркости свечения моря или при сильном контрасте светящегося моря с окружающей тьмой. Вторая помеха от свечения моря заключается в ослаблении внимания судоводителей, вызванном трудностью сосредоточения среди переливов искрящегося свечения или неожиданных вспышек отдельных, но нередко крупных организмов. Третий отрицательный эффект состоит в том, что отдельные участки поверхности моря светятся по тем или другим причинам ярче и напоминают своим видом мели или буруны прибоя, реально не существующие. Недаром, например, в лоции Красного моря обращается внимание судоводителей на тот факт, что при часто бывающем здесь свечении его вспышки на гребнях волн выглядят, как буруны мелководья.

Вот что пишет В. Конецкий в книге «Вчерашние заботы» о переходе через тропические воды Атлантики: «Идем на Касабланку. Все-таки к северу идти, в домашнем направлении. В ночь под Новый год мой рулевой матрос так перепугался, что убежал с мостика! Честно говоря, я тоже перепугался: вдруг появилась в дожде и теплом тумане с левого борта белесая и чуть светящаяся в ночном мраке полоса, уперлась нам в правый борт в безмолвии и бескачании. Если бы не множество попутных и встречных судов, то я бы решил, что мы нормально вылезаем на береговой накатик и сейчас загремим брюхом по камням. А это, вероятно, были фосфоресцирующие полосы пены, взбитые пролетевшим узким дождевым шквалом на штилевой ночной гладкой воде...»

А когда рулевой убегает от штурвала, это уже не шутки, а предпосылка к аварийной ситуации.

Таким образом, свечение морской воды -- своеобразное явление природы. Хотя оно прямо и не воздействует на суда, однако косвенно (влияя на органы чувств и психику человека) влияет на условия плавания в отдельных районах. Поэтому факты свечения моря описаны в книгах путешественников, научных публикациях ученых-мореве-дов, зарегистрированы в лоциях. Да и моряки долго хранят в памяти фантастические картины искрящегося «живого» океана и учитывают фактор свечения воды при повторном плавании в этих местах.

Многие выводы о свечении моря сделаны океанологами не по данным собственных наблюдений, а по описаниям мореплавателей. Световые эффекты -- явление довольно редкое, поэтому такие описания еще долго будут служить фундаментом научных исследований. Следовательно, морякам нужно четко фиксировать замеченные явления, а также окружающую обстановку, и пытаться дать собственный ответ на поставленные океаном вопросы.