Мир планеты без течений каким бы он был сообщение

Обновлено: 02.07.2024

22 апреля 1513 года испанский конкистадор Хуан Понсе де Леон записал в судовой журнал: недалеко от берегов полуострова Флорида его корабли попали в такое сильное течение, что не смогли продвинуться вперед даже несмотря на попутный ветер. Это первое письменное упоминание Гольфстрима, хотя он наверняка был известен местным жителям и до появления в этих краях белых мореходов. Через шесть лет штурман той же самой экспедиции Антон де Аламинос сознательно воспользовался силой течения Гольфстрима и вернулся в Испанию с золотом Кортеса за рекордно короткий срок. Так Гольфстрим превратился в трансатлантический мост, по которому европейцы вывозили золото из Америки.

Если посмотреть на карты поверхностных течений, особенно упрощенных, кажется, что вот же — Гольфстрим широкой рекой течет прямо к берегам Европы (при этом никого не смущает, что на этих картах он объединен с Североатлантическим и Норвежским течениями).

Схематическое изображение переноса тепла течением Гольфстрим, которое использует ВикипедияRedAndr / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Но в строгом смысле, конечно, никакой естественной теплопроводной магистрали через Атлантику не проложено. Гольфстрим действительно двигается вдоль американского побережья на север и у мыса Гаттерас поворачивает куда-то в сторону Европы. Но что с ним происходит в пути? И его ли тепло на самом деле получает Европа?

Вода или воздух

Солнце нагревает Землю неравномерно: экватор получает больше, полюса меньше. Этот температурный градиент является одной из главных сил, что приводит в движение океан и атмосферу. В тропиках климатическая система нашей планеты получает энергию, а в умеренных и полярных широтах — отдает.

В 2001 году, связав данные наблюдений за радиационным балансом на верхней границе атмосферы и данные по атмосферному переносу, ученые показали , что основной перенос тепла от экватора к полюсу осуществляется в атмосфере. Океан — медленный компонент климатической системы. Он не так резко откликается на внешнее воздействие, как атмосфера. В передаче тепла он выполняет роль аккумулятора: принимая тепло от Солнца и нагреваясь, океан затем делится им с воздухом (непосредственно для солнечной радиации воздух практически прозрачен).

Среднегодовой поток тепла к северу. Слева — общий (черная линия), в атмосфере (красная) и в океане (синяя). Справа — поток тепла в различных океанах (в петаваттах).Kevin E. Trenberth et al. / Geophysical Research Letters, 2017

Поток самого Гольфстрима в районе Флоридского пролива также составляет около 1,3 петаватта, так что сами по себе величины переноса однозначного ответа о роли этого течения в отеплении Европы не дают. Не дают они ответа и на вопрос, почему зимы в Европе гораздо мягче, чем в Северной Америке на этой же широте. Для этого надо понять, как устроен в умеренных широтах атмосферный перенос тепла.

Кто греет Европу

В умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный перенос воздушных масс. Это связано, во-первых, с градиентом температуры между субтропиками и приполярными районами (что определяет движение воздуха в сторону полюсов) — а во-вторых со вращением планеты, которое отклоняет этот поток направо в северном полушарии и налево в южном. Так в умеренных широтах поток теплого воздуха к полюсам становится западным ветром.

Западный ветер обуславливает преобладание морского климата в западных частях материков и континентального — в восточных. Глобальный поток тепла с океана на сушу в декабре и в январе достигает шести петаваттов (что сопоставимо с максимумом меридионального переноса тепла). Более того, теплый океан , горные хребты и остывание заснеженной поверхности зимой приводят к более частому образованию на одних и тех же местах циклонов и антициклонов. Если их осреднить за зиму, то может показаться, что циклоны над Атлантикой и Тихим океаном (Исландский и Алеутский минимумы) и антициклоны над материками (Канадский и Сибирский максимумы) стоят на месте. В итоге воздух движется уже не строго с запада на восток, а приобретает меридиональную составляющую: к западным побережьям материков он приходит с юго-запада, со стороны теплого океана, а к восточным побережьям — с северо-востока, из центральных холодных районов материков.

Отклонения приповерхностной температуры воздуха (сверху, ºC) и атмосферного давления (снизу, гектопаскали) от среднезональных значений в зимние месяцы (декабрь–февраль)Yohai Kaspi et al. / Nature, 2011

Можно, конечно, сказать, что это всего лишь данные моделирований. А что говорят наблюдения? Ученые использовали метод обратных траекторий для исследования зимней погоды в четырех европейских городах — Дублине, Париже, Лиссабоне и Тулузе. Выяснилось, что турбулентные потоки тепла и влаги от океана действительно насыщают воздушные массы, проходящие над морской поверхностью. Однако погода в изучаемых городах в первую очередь реагировала не на температуру поверхности океана, а на температуру и влажность воздушных масс. Более того, в годы, когда западные ветра проходили над Гольфстримом и его продолжением, они не становились теплее и влажнее, чем обычно.

Январская температура воздуха в эксперименте с включенным (сверху) и выключенным (снизу) переносом тепла в океанеRichard Seager / The Plantsman, 2008

В других работах было показано , что резкие границы температуры воды в районе Гольфстрима приводят к возникновению здесь же мощных восходящих движений воздуха (конвекции), сильным осадкам и образованию высоких холодных облаков. Это в свою очередь запускает волнения в атмосфере, которые чувствуются в удаленных районах.

Например, положение Гольфстрима влияет на интенсивность антициклонов над Гренландией: чем севернее путь течения, тем интенсивнее антициклоны. Также сдвиг Гольфстрима влияет на температуру в Баренцевом море. Но и это не может объяснить теплые европейские зимы. Более того, ряд работ ( 1 , 2 , 3 ) на основе сдвиговой корреляции показал, что положение Гольфстрима само находится в зависимости — от циркуляции воздуха в Северном полушарии.

Впрочем, известно , что потоки между океаном и атмосферой на коротких временных интервалах (до десяти лет) регулируются изменениями в атмосфере, а вот на длинных — уже в океане. К тому же, если приглядеться к результатам моделирования Сигера и его коллег, можно увидеть, что на температуру севера Европы включение-выключение течений влияет существенно. То есть Норвегию и Мурманск Гольфстрим все же обогревает?

Здесь важна общая циркуляция в Атлантике. Гольфстрим является лишь ее частью — самой видимой и наиболее известной, но не определяющей. Более того, связь Гольфстрима со своими продолжениями не так очевидна.

Больше, чем Гольфстрим

Мировой океан закрывает 7/10 поверхности нашей планеты и содержит 97 процентов воды на Земле (если не учитывать воду, которая находится в недрах планеты). Неудивительно, что наши знания об этом гиганте не полны. Некоторые процессы в океане известны зачастую лишь в общих чертах, практически каждый год то или иное явление уточняется.

Первые наблюдения за океаном производились на морских судах — сначала как сопутствующие, с конца XIX века они стали уже специализированными (про историю судовых наблюдений можно, например, почитать здесь ). Сейчас наблюдательная система за океаном включает гораздо больше компонентов: помимо научных и коммерческих судов это мареографы, специализированные заякоренные и дрейфующие буи, глайдеры, трекеры на животных, высокочастотные радары, пассивное и активное спутниковое зондирование. Например, с помощью спутниковой альтиметрии было установлено , что уровень океана с конца XX века растет с ускорением до 0,1 миллиметра/год2.

Важны не только наблюдения, но и растущие мощности наших вычислительных машин, которые позволяют численно моделировать океан со все более высоким разрешением. Высокое разрешение для моделирования океана даже важнее, чем для работы с атмосферой. Тропические циклоны имеют характерное разрешение в несколько сотен километров, привычные нам циклоны до двух тысяч километров, а размеры вихрей в океане — лишь десятки километров, при этом они переносят существенную долю тепла (в первую очередь вблизи экватора).

Впрочем, сами по себе новые наблюдательные системы и возросшие вычислительные мощности к открытиям не приводят. Важнейшим звеном остаются ученые и их догадки. Так, на основе всего лишь одного измерения вертикального профиля температуры воды в Атлантике, произведенного в 1750 году капитаном работоргового судна и показавшего, что под слоем теплых поверхностных вод на глубине находятся гораздо более холодные водные массы, выросла идея глобальной циркуляции океана. Циркуляции, которая не ограничивается поверхностными течениями.

Все живое продержалось бы недолго, какие бы усилия люди не прилагали.

Без воды, как известно, нет жизни. Группа ученых решила разобраться, как бы вела себя планета без Мирового океана. Считается, что у океанов, как правило, две роли поддержки жизни.

Первая – распределение солнечного излучения, океаны поглощают и верно распределяют энергию. Без воды жаркие солнечные лучи быстро поджарили бы экватор, а полюса не получили бы почти никакого тепла. Течения отводят теплые тропические воды на север и юг, а холодная вода стекает обратно к экватору, распределяя тепло так, что на планете нет мест, в которых для жизни было бы слишком горячо или холодно.

Вторая, знакомая нам еще со школы – круговорот воды в природе. Когда вода нагревается на экваторе, она испаряется и становится облаками. По мере подъема теплого воздуха, на его место приходит холодный воздух.

Так что же было бы, если бы океаны испарились, и две эти функции было бы некому выполнять? Допустим, они превратились в пыль. Но чтобы оставить нам небольшой шанс на выживание, допустим, эта пыль оказалась достаточно влажной (грязью), чтобы не поднять на планете гигантскую пылевую бурю.

Океаны, которые составляют около 96,5% водоснабжения, исчезли, но вода ведь существует не только там. Ледяные шапки, озера и реки (которые теперь текут на широких просторах земли), подземные воды по-прежнему доступны. В сумме они составляют около 3,5% от нашего современного водоснабжения. Этого недостаточно, чтобы запустить полноценный круговорот воды в природе, даже если расплавить ледяные шапки на полюсах.

68,7% пресных вод Земли сосредоточены в ледниках, ледяных шапках и вечной мерзлоте, преимущественно в Антарктиде. Без облаков, образующихся над океаном, дождь станет редкостью, а планета превратится в пустыню. Мы будем наблюдать, как наши озера и запасы воды понемногу сокращаются с каждым годом, пока не иссякнут совершенно.

Люди смогут жить и в таких суровых условиях, но недолго. Мы по-прежнему будем иметь доступ к подземным водам и сможем запустить гидропонные фермы. Но на поверхности животные и растения будут засыхать. Поскольку деревья недолго протянут без воды, в конечном итоге все станет настолько сухим, что континенты будут охвачены пожарами. Пламя выпустит тонны диоксида углерода, атмосфера постепенно станет душной.

Солнце будет продолжать поджаривать экватор, превращая его в раскаленную сковороду. Парниковые газы, выпущенные вследствие мировых пожаров, будут удерживать энергию Солнца близко к земле. Перепады в температурах вследствие смены дня и ночи будут создавать небольшой ветерок, но средняя температура на Земле станет близкой к 67 градусам по Цельсию. Разумеется, при такой температуре не могут существовать даже самые стойкие пустынные виды.

Людям придется бежать. Единственной надеждой человечества станут антарктические льды, что приведет к массовым миграциям в южное полушарие. По мере роста температуры по всему земному шару, поверхность Земли перестанет быть пригодной для жизни, и вся наша энергия пойдет на сбор подземного антарктического льда, где он не будет испаряться.

Возможно, мы построим стабильную биосферу под землей, но удаленность Антарктиды существенно усложнит это. Просто добраться туда уже будет сложно. Выжившие обнаружат затопленные пустоши и отсутствие инфраструктуры и ресурсов — ни шахт, ни дорог, ни пищи. Вряд ли люди доживут до окончания проекта. Немногие выжившие смогут осесть в подземных бункерах.

Но лучше не будет. На поверхности планеты исчезнет растительная жизнь. Пока мир будет гореть, атмосфера будет все меньше и меньше насыщенной кислородом, а значит, и непригодной для дыхания, если люди невероятным образом переживут температуру поверхности.

Если предположить, что люди смогут жить достаточно долго в антарктических бункерах, не будет никакого способа перезапустить здоровый углеродный цикл или вернуть температуру до приемлемого уровня. Все живое вымрет. Останутся лишь небольшие колонии хемосинтетических бактерий, скрытых под землей у горячих источников. В отсутствие океанов все остальное умрет.

Без инерции наш мир был бы как мир микробов. Это мир с очень большой вязкостью и малым числом Рейнольдса. У Эдвина Пёрселла есть замечательный доклад, оформленный в статью, где описывается мир с эффективным отсутствием инерции и малым числом Рейнольдса. Читать там можно без бэкграунда, он всё объясняет.

Если коротко, то закон Ньютона был бы не F=ma, где F - сила, a - ускорение, а был бы F = kv, где k - некий коэффициент, а v - скорость. Иначе говоря, если у вас есть инерция, то, чтобы двигаться, вам достаточно единожды оттолкнуться. Однако если инерции нет, то по сути отталкиваться вам нужно постоянно.

И, что мне больше понравилось, однопараметрические движения были бы бесполезными. Иначе говоря, если бы у вас была только одна рука, которой вы бы махали из стороны в сторону, то никуда бы вы не передвигались, потому что каждый раз при взмахе назад возвращались бы обратно. Для движения всего тела нужно как минимум двухпараметрическое махание, например две руки или винтовой хвостик, как у многих бактерий.

Море всегда поражало воображение и притягивало взгляд. Серебристая гладь, а там, где она смыкается с небом, — сизая, почти призрачная полоска горизонта. А за горизонтом… Что за ним? Неведомые земли? Граница мира, с которой можно увидеть хобот одного из слонов и, быть может, краешек панциря космогонической черепахи? А что, если там нет ничего, только море, и море, и снова море — бесконечность чуждой человеку среды?

Насколько это реально?

Воды на Земле достаточно, чтобы покрыть всю поверхность планеты слоем толщиной 2,7 километра. Могло ли её быть вдесятеро больше или вдесятеро меньше? Судя по тому, что известно науке, простор для произвола здесь не так уж велик.

С одной стороны, основная масса воды (от 94 до 99 процентов по разным подсчётам) в связанном состоянии заключена в раскалённой мантии планеты. Оттуда она поступает на поверхность в виде пара при извержениях. Благодаря вулканам за 4 миллиарда лет её запасы в океанах возросли в 700 раз. И будут увеличиваться дальше, до тех пор, пока недра сохраняют активность. С другой стороны, слишком интенсивный вулканизм приведёт к тому, что планета перегреется и быстро растеряет воду.

Мир без суши. Царство волн, бег которых ничем не ограничен. Утонувшая земля. Разумеется, человек не может быть аборигеном такого мира. Забросить сюда его способна только магия, космический корабль или авторский произвол. Никогда не появятся здесь и дельфины. Но в остальном это вполне дружелюбный мир. Солнце светит, водоросли перерабатывают углекислый газ в кислород, рыбы осуществляют обратную трансформацию. Гармония и благодать.

Тем не менее, безбрежное море не будет точной копией земного. Ведь условия хоть и близки, но не идентичны. Различие заключается в том, что здесь нет береговой линии. Дна, в определённом смысле, тоже. Во всяком случае, оно недосягаемо для существ, обитающих у поверхности.

Архипелаг атоллов Баа (фото: Frédéric Ducarme (CC BY-SA 4.0)

В водном мире не будет препятствий для развития плейстона. Выгода же такого образа жизни очевидна: растения максимально приближаются к Солнцу, а животным нет необходимости тратить силы, чтобы удержаться на нужной глубине. Поверхность моря покроют сплетения дрейфующих водорослей. Множество моллюсков и кишечнополостных вместо того, чтобы цепляться за камни, предпочтут обзавестись поплавками.

Образ жизни населения на плавучих атоллах окажется фактически земноводным. Плавать их жители будут не хуже и не реже, чем ходить

Плавучие атоллы могут быть довольно густо населены. Добравшись в XVII–XVIII веках до Полинезии, европейцы даже нашли условия коралловых островов идиллическими: именно так в их представлениях выглядел рай. Нет ядовитых змей, хищников, докучливых насекомых, зато есть солнце и пальмы. Куда ни глянь — море, куда ни плюнь — пляж да симпатичные туземки.

На самом деле не всё на атоллах столь радужно. Например, там трудно развивать технологии. Даже в каменном веке без камня как-то тоскливо, а его на коралловых островах нет в наличии. Как, между прочим, и глины, чтобы изготовить посуду. А уж металлов — и вовсе не сыскать. В качестве ёмкостей приходится использовать раковины и скорлупу орехов. Для изготовления режущего инструмента необходимы акульи зубы, правда, акулы отдают их очень неохотно.

Но куда хуже другое: в водном мире плохо с водой — вот такой каламбур. Её вроде бы вокруг полно, да вся солёная. Не только на плавучих, но и на обычных коралловых островах не бывает родников и не получится выкопать колодец. Лишь изредка здесь можно встретить озерцо с пресной водой, наполняемое дождями.

Филиппинский тримаран — парау (фото: Göran Höglund, CC BY-SA 2.0)

Другая опасность в том, что небольшие атоллы часто возвышаются над морем всего на метр или два. Во время урагана волны идут через остров накатом, снося хижины, а люди привязывают себя к пальмам, чтобы переждать буйство стихии. Плавучий атолл и вовсе может не выдержать шторма и развалиться на части. Также он может затонуть, если болезнь или размножившиеся хищники уничтожат полипов, или по воле ветров и течений сдрейфовать к полюсу.

Слагающие риф существа наверняка будут готовы к такому повороту событий. Даже если остров вмёрзнет в лёд, через несколько лет или веков льдина отколется, поплывёт на юг и растает. Нужно лишь впасть в анабиоз и подождать. Людям в этом случае придётся труднее: ведь на атолле почти нет топлива, да и одежду шить не из чего.

Жители мира островов могли бы стать искуснейшими мореходами. На первый взгляд, условия к этому располагают. Но на второй… куда им, собственно, плавать? Расположение атоллов непостоянно, как и направление движения каждого из них. Тут не только чужой остров трудно найти, но и родной легко потерять. Можно предположить, что с целью торговли или колонизации будут посещать только атоллы в радиусе прямой видимости.

Хоть и говорят, что дом моряку — море, человеку необходима твёрдая почва под ногами. Назвать своим домом океан, владеть им, как сушей, может лишь раса, предпочитающая плавать, а не ходить. Поэтому наша фантазия всегда населяла лазурные волны гибридными народами, сочетающими человеческие и рыбьи черты.

Русалочий хвост жителю вод пригодился бы — это точно. Впрочем, ласты также могли бы принести пользу. Обычно водных гуманоидов украшают ещё и жабрами, но это уже несколько странно: лёгкие эффективнее, потому даже рыбы иногда обзаводятся ими, а рептилии и млекопитающие, возвращаясь в море, и не думают от них отказываться.

Легка ли подводная жизнь? Добыча пищи, во всяком случае, не должна составить большой проблемы: прибрежные воды тёплых морей буквально кишат живностью. Другой вопрос, что есть пойманную рыбу придется сырой — огонь под водой не разведёшь. Но японцам, например, это даже нравится.

Сложнее всего в море организовать производство: множество технологий здесь недоступно. Причём не только те, в которых используется огонь. Высокое сопротивление среды под водой делает, например, неэффективными резкие размашистые удары — камень придётся обрабатывать пилением, сверлением и шлифовкой.

Русалкам вроде бы полагается строить дворцы. Действительно, если они дышат лёгкими, то крыша над головой и герметичное пространство им не повредят. Хотя на самом дне непогоды и не случается, всплывать для вдоха в шторм — удовольствия мало. Поэтому подобные водолазному колоколу купола (инженерного или магического происхождения) окажутся очень кстати.

Колонизация

Колонизация водного мира технологически развитой цивилизацией едва ли целесообразна, но, конечно, возможна. Море даст пищу, а на дне найдётся много минеральных ресурсов. Правда, уголь там искать бессмысленно: его залежи образуются только на суше. Зато на нефть и газ это не распространяется.

Если существо, подобно акуле, дышит жабрами, но лишено плавательного пузыря, то давление не будет иметь для него принципиального значения. Вотчиной рыболюдей сможет стать всё морское дно — колоссальная, хотя и пустынная страна. Здесь они построят свои города, украсив и осветив их клетками с фосфоресцирующими осьминогами. Поскольку, хоть глаза Глубинных и велики, как плошки, но и они бесполезны в полной темноте.

Как почему-то считается, представители этой расы обязательно будут строить козни против жителей поверхности. Причём просто так, не преследуя никакой выгоды. Ведь и сами Глубинные, поднявшись к Солнцу, наверняка погибнут от декомпрессии, и на их территорию не смогут претендовать ни русалки, ни тем более люди. Но, возможно, истинное зло и должно быть выше мелочной корысти.

Море белого сна

Лёд — одновременно и вода, и суша. Океан, скованный многокилометровым кристаллическим панцирем, как на спутниках планет-гигантов, малоинтересен. Ведь какие бы тайны ни скрывались в его глубинах, до них не добраться. Другое дело — мир плавучего льда, где пронизанные извилистыми пещерами айсберги соседствуют с промоинами и трещинами.

Самый очевидный вариант, при котором люди могут оказаться в водном мире, — это катастрофа. К примеру, наводнение планетарного масштаба. Но потоп, каким его представляли древние, невозможен: на него просто не хватит воды.

Другое дело, если на волю вырвется безмерная мощь земных недр. Высота цунами при взрыве острова Санторин достигала по разным подсчётам от 30 до 100 метров. В 1958 году во время вызванного землетрясением оползня в заливе Литуя на Аляске вода ринулась на противоположный берег 600-метровой стеной. Это было зрелище, не предназначенное для глаз смертных! Собственно, никто из очевидцев и не выжил.

Зато какой фантастический вид открывался бы с прибрежных рифов… Придавленное тяжёлым серым небом неглубокое море, усеянное клыками чёрных скал, похожих на башни злых волшебников… и острыми башнями, похожими на скалы. Шпили, выступающие над серой гладью воды, поражают, давят. Ибо они инородны, враждебны своему окружению. Они пронзают море, и волны в ярости гложут их.

Мелкий океан по-своему интереснее, чем бездонный. Редкие скалы скрасят однообразие морского пейзажа. Каменные рифы, при высокой воде едва видимые с поверхности, но при отливах обнажающиеся, подобно всплывающим чудовищам, могут быть использованы как источник материалов для строительства.

Судд, одно из крупнейших в мире болот, Южный Судан. Даже тут люди как-то живут! (фото: Yann Arthus Bertrand, WikiCommons, CC BY-SA 4.0)

Конечно, мир, сплошь покрытый трясиной, — это перебор. Сколько-то вразумительного объяснения такие условия иметь не могут. Даже исполинское Васюганское болото, распростёршееся между Обью и Иртышом, имеет площадь всего 55 тысяч квадратных километров. В масштабе планеты — не так много.

Допустим, что при определённом стечении обстоятельств могла бы существовать топь в десять раз больше. Но и она была бы всего лишь размером с Францию — любителю фантастики этого, пожалуй, покажется мало.

А вот путешественнику — мало не покажется. Ведь по болоту нельзя ни идти, ни плыть. Вернее, передвигаться на лодках возможно лишь по извилистым протокам, а пешком только по островкам суши. Да и попробуй ещё найти дорогу через зыбкую и зловонную трясину, над которой парят призрачные огни и вьются тучи комаров, заглушающие своим писком урчание подкрадывающихся монстров.

Чудовища — необходимый элемент экологии болота. Они создают кормовую базу для комаров

Море всегда считалось воплощением хаоса. Оно ни секунды не остаётся в неподвижности, оно переменчиво: вода то сияет, как серебро, то черна, как сама ночь. Море порождает жизнь, оно же и убивает. И всегда скрывает тайны в своих глубинах. Но всё-таки океан не может быть чем-то целостным без берега на горизонте, ведь даже самый далёкий берег — это надежда.

Читайте также: