100 великих загадок природы - Николай Непомнящий

Длина троса и место его установки выбираются заранее. Трос, с нанизанными на него приборами, сбрасывают в море… Вернутся к нему лишь через год: вытащат из глубины, снимут показания приборов, запишут на компьютер все, что запечатлелось в их памяти…

Подобная процедура кажется довольно простой, но простота ее обманчива. Прежде всего, среди бескрайнего океана, где от горизонта до горизонта тянется одинаково унылая гладь, надо найти то место, где вы когда-то опустили трос с приборами. Когда же наконец трос найден, остается только надеяться, что разъединяющий механизм, приводимый в действие звуковым сигналом, не испортился и балласт – эти массивные колеса – вовремя пойдет ко дну, а трос вместе с приборами можно спокойно будет поднять на борт судна. Впрочем, даже в лучшем случае фраза «спокойно поднять» – это, конечно, преувеличение, языковый штамп, который не дает ни малейшего представления о том, как трудно вытягивать непослушный, скользкий, бесконечный трос, унизанный приборами.

Приборы, закрепленные на якоре посреди океана, – это стационарный метод наблюдения за ним. Если же ученые намерены исследовать морские течения, они используют мобильную технику: плавучие буи.

Новейшие модели буев позволяют наблюдать даже за подводными течениями! Они погружаются на определенную глубину и дрейфуют, изо дня в день отмечая температуру моря и его соленость. Через каждые десять дней они всплывают и передают по спутниковой связи свои координаты и собранные ими данные. Сразу после этого сеанса они снова погружаются на заданную глубину и продолжают вести наблюдения. Сейчас в разных частях Мирового океана используют несколько тысяч подобных буев. Они помогли воссоздать детальную картину глубинных течений.

Еще обширнее информация, собранная метеоспутниками. За три-четыре месяца они успевают обследовать весь земной шар, наблюдая за движением волн и температурой воды. Многие из них определяют и средний уровень моря, фиксируя самые крохотные перепады высот, равные всего нескольким сантиметрам! Казалось бы, эта неровность очень мала, но она порождает морские течения.

Но вот все данные собраны. По ним составляется подробная карта Мирового океана. Только теперь ученые-океанографы узнали, почему их предшественникам было так трудно выяснить местонахождение Гольфстрима. Эта громадная океаническая «река» начинается в Мексиканском заливе, но, приближаясь к Европе, разветвляется на множество мелких потоков, образуя обширную дельту, напоминающую дельту таких крупных континентальных рек, как Волга, Амазонка или Нил. В Северной Атлантике и Северном Ледовитом океане воды Гольфстрима остывают и погружаются вглубь. Здесь, на средних глубинах, эта «безбрежная река» поворачивает на юг. Ее поток достигает окрестности Южного полюса. Здесь образуется самое мощное из всех известных нам морских течений. Оно огибает полюс. Затем часть водяных масс поворачивает на север и, миновав побережье Австралии, достигает южной оконечности Африканского континента. Далее этот поток пересекает Атлантику и впадает в Мексиканский океан, где его воды, совершив кругосветное путешествие, длившееся почти сто лет, вновь питают Гольфстрим.

Ученые уже подсчитали, что лишь один Гольфстрим переносит около 1,4 петаватт (десять в пятнадцатой степени) энергии, что в сотни раз больше всего потребляемого на нашей планете количества энергии. А еще выяснилось, что примерно такое же количество энергии переносят водовороты, образующиеся на всем протяжении Гольфстрима. На экваторе эти водяные вихри достигают нескольких сотен километров в поперечнике, в северных широтах – нескольких десятков.

Трудно выведать секреты Океана, но еще труднее ими воспользоваться. Без помощи компьютера не обработать собранные данные. Причина очевидна: Мировой океан так громаден, что наблюдениями охвачена лишь малая его часть. Обширные просторы Океана остались бы белым пятном на карте исследователей, если бы не компьютерная интерполяция. Только так можно устранить лакуны и пробелы: заполняя их какими-то усредненными показателями, воссоздавая по обрывочным сведениям целостную картину бытия Мирового океана. «Лишь подобные искусственные модели, тщательно выстроенные на компьютере, позволяют систематизировать наши сведения о мировом климате и прогнозировать его развитие», – говорит Моджиб Латиф, сотрудник Германского центра моделирования климата.

В компьютер стекается беспорядочный поток данных, собираемых разнообразными приборами. Машина превращает этот хаос в четкую, хорошо понятную схему. По ней можно судить о том, как живет Мировой океан, какие процессы в нем наблюдаются, к чему они могут привести. Работа компьютерщиков так же трудна, как и их коллег, занятых измерениями на палубе корабля. Сперва в компьютер вводят карту всех мировых морей с точной разметкой их глубин. Затем на нее наносят сетку, содержащую от 10 до 35 тысяч точек. Рядом с каждой из этих точек отмечают еще пятнадцать – тридцать точек, находящихся на разной глубине. В общей сложности получается как минимум 200 000 точек. Для каждой из них указывают температуру, содержание соли, скорость воды, а также координаты, описывающие направление морского течения, – всего пять цифр. Однако сама по себе эта подробная карта не так уж важна.

Весь этот титанический труд необходим для того, чтобы зафиксировать состояние Мирового океана в какой-то конкретный момент времени. Но, как известно, в любом процессе важны не сиюминутные показатели, а общая тенденция. Нужно оживить эту карту, чтобы понять, что будет через несколько месяцев, например, в тот загадочный день «пятого августа».

Итак, надо привести в движение тщательно выстроенную систему. Иначе нельзя исследовать океанические течения – эту тайную жизнь Океана. Нам известны пять цифр, характеризующих состояние той или иной точки Мирового океана, – и известны пять уравнений (для специалистов поясним, что речь идет о сложной системе дифференциальных уравнений), которые описывают, как и в какие моменты времени одни точки нашей пространственной сетки влияют на состояние соседних с ними точек. Однако эту систему уравнений надо еще постараться решить!

Здесь-то и начинаются настоящие трудности! Увы, эта система не имеет общего знаменателя. Можно получить лишь какие-то приближенные ответы, и вся мощь компьютера будет занята постепенным подбором наиболее точного из возможных приближенных решений. Наконец, они получены. Теперь машина, зная состояние моря в определенный момент времени, вычисляет, что произойдет через несколько часов, а для этого оценивает, каким образом каждая из наших десятков и сотен тысяч значимых точек повлияет на состояние соседних с ней участков Океана.

И разумеется, ученым приходится постоянно считаться с тем, что полученные решения не точны, а весьма приближенны. С каждой последующей операцией накапливается погрешность. Если дать волю компьютеру, если доверчиво положиться на его машинный разум, то он выстроит модель нарастающей энергии Океана, с волнами, которые будут вздыматься все выше, морские течения помчатся все неудержимее, а водовороты превратятся в какой-то ненасытный «мальстрем», куда низвергнется все, что ни плывет в Океане.

Сейчас самый большой модельный расчет, в котором имитируется целых сто лет из жизни океана, длится от шести до восьми месяцев. Ученые внимательно следят за тем, как протекает расчет, чтобы прервать его, если модель далеко отклонится от реальности. Как показывает опыт, даже самые удачные модели нужно «обкатывать» по части корректировки в течение двух лет, пока наконец они не станут давать стабильные прогнозы.