Палитра океана

Красочен океан. Можно часами смотреть на него и не уставать от кажущегося однообразия. В штиль зеркальная гладь воды, залитая ярким солнечным светом, выглядит белесой, особенно близ горизонта, который воспринимается нечетким и размытым. Но стоит слабому ветерку подернуть океан легкой рябью, как сразу же проявится и заиграет на нем сочная синева. Набежит на солнце облако, и вода потемнеет. Закроют небосвод тяжелые дождевые тучи - океан станет под стать небу серым и мрачным. Вечером, когда начинает заходить солнце, вода загорается багряным пламенем.

На поверхность Мирового океана падает прямое и рассеянное в атмосфере солнечное излучение. В значительной мере оно отражается водой, а частью проникает во мрак глубин. Отраженный свет является причиной непостоянства окраски поверхности океана. Дело в том, что его спектр практически такой же, как у света, льющегося на водную поверхность. Именно поэтому в ясный день в океане видна голубизна небосвода, а в пасмурный - темень туч.

Однако цвет Мирового океана формируется не только отраженным световым потоком. Будь он единственным фактором, все океаны и моря выглядели бы на одно лицо, меняющее выражение с изменением погоды, времени суток, года. На самом же деле каждый уголок Мирового океана имеет собственный цвет, который нашел, даже проявление в названии ряда морей.

Собственный цвет океана связан с проникающим в глубь водной толщи световым излучением, которое на своем пути многократно рассеивается молекулами воды и находящимися в ней мельчайшими частицами, растительными и животными организмами. При этом определенное количество света отбрасывается назад и образует достигающий водной поверхности световой поток. В результате вода возвращает в атмосферу часть попавшего в нее света, который уже существенно отличается по спектру от падающего на океан солнечного излучения.

Чистая вода отдает преимущественно синюю составляющую светового потока. Присутствие в ней частиц и каких-либо организмов в зависимости от их природы и концентрации смещает в восходящем излучении спектральную составляющую в зеленую и Даже желтую область. Взять, к примеру, Желтое море. Его именуют так благодаря окраске вод смытыми с суши лёссовидными отложениями. Окраска Красного моря объясняется периодическими цветениями микроскопических синезеленых водорослей, которые в это время приобретают красноватый оттенок.

Итак, цвет океана складывается из отраженного водной поверхностью светового потока и излучения, возвращаемого глубинами, благодаря процессу рассеяния. Если бы не было рассеяния и океан целиком поглощал бы падающий на него свет, то он казался бы черным. На самом же деле цвет океана проходит через все оттенки от глубокого синего до почти красного. И чем меньше примесей в его воде, тем более синим становится собственный цвет океана. Интересно, что на суше цвет пустыни желтый, а в море желтый цвет - скорее признак бурной жизни, тогда как синий свидетельствует об ее отсутствии - пустынности моря.

Видимая окраска океана в немалой степени зависит от угла наблюдения. Например, при переносе взгляда вдаль в глаза попадает все меньше собственного цвета океана и больше отраженного поверхностью воды светового излучения. Поэтому к горизонту океан бледнеет. Волнение увеличивает сочность цветового восприятия, поскольку взгляд встречает поверхность воды в основном под крутыми углами и видит преимущественно выходящий из воды световой поток.

Цветовая палитра океана - это не только его праздничный наряд, она еще и природный источник информации о водной среде нашей планеты. Для того чтобы получить представление о распределении вод различного происхождения и состояния, а также о находящихся в них примесях, океанологи стремятся выделять собственный цвет воды из идущего от поверхности светового потока, не связанный с условиями его отражения. Однако это далеко не простая задача.

На цвет океана обращают внимание давно. Известный мореплаватель О. Е. Коцебу составил во время своего вояжа, предпринятого в 1815-1818 годах на корабле "Рюрик", одну из первых инструкций о наблюдении за цветом воды, где были указания о качественной оценке цвета воды. Первые инструментальные методы, дающие тоже преимущественно качественную цветовую картину, появились только в девяностых годах прошлого века. Тогда швейцарский географ Форель предложил использовать для определения цвета водоемов созданный им примитивный прибор: набор пробирок с жидкостями разного цвета. Это был необычайно простой метод определения. Каждая пробирка имела номер. Цвет воды зрительно сравнивался с цветом жидкости пробирок, и подбиралась подходящая пробирка, номер которой являлся цветовым показателем воды. Претерпев ряд изменений, набор пробирок дошел до наших дней и успешно применяется в океанографии. Хотя такой способ определения цвета несовершенный, все же благодаря простоте и доступности он позволил накопить и систематизировать огромную информацию, послужившую основой для разделения по цвету и цветового районирования Мирового океана.

В 1939 году в нашей стране появился прибор - гидрофотометр, ставший родоначальником большого числа разнообразных конструкций, используемых для оценки как истинного, так и кажущегося цвета океана. В первом случае применяют приборы, погружаемые в воду, во втором - дистанционные измерители, устанавливаемые на самолеты, вертолеты, искусственные спутники Земли. Здесь открылись возможности выявления биопродуктивных районов Мирового океана из космоса. Правда, на этом пути лежат немалые трудности, обусловленные искажениями светового потока атмосферными процессами.

Большую роль для существующей в Мировом океане жизни играет распространение света в толще его вод. Океанские глубины обычно ассоциируются у нас с сумерками и ночью - временами суток, когда гаснет все великолепие красок дня. И тем не менее озаряющий Землю солнечный свет не обходит своим вниманием водную оболочку нашей планеты, хотя в отличие от суши и поверхности океана он не может заглянуть во все ее уголки.

Как уже упоминалось, закономерности распространения света в океанской среде определяют два физических процесса: поглощение и рассеяние. Первый есть не что иное, как превращение лучистой энергии в другие ее виды, второй - отклонение световых лучей от первоначального направления молекулами воды и находящимися в ней частицами. Причем рассеяние, совершаемое в воде многократно, намного интенсивнее поглощения. Благодаря рассеянию океанская вода пронизана бесчисленным множеством световых пучков самого разнообразного направления. Об этом эффекте очень образно рассказал Тур Хейердал, наблюдавший световые явления под водой во время своего путешествия на плоту "Кон-Тики". Он пишет, что под водой "царило своеобразное освещение, приглушенное, без теней. И не поймешь, откуда свет идет, не то что в надводном мире. Блики сверкают и вверху, и внизу; и солнце не где-то в определенной точке, а словно равномерно разлито повсюду... После яркого тропического солнца подводный свет казался нам удивительно мягким, чистым и приятным. Даже если смотреть вниз, где в пучине таится вечная ночь, глаз ласкает голубое сияние пронизанной солнцем толщи"^*.

^* (Хейердал Тур. Экспедиция "Кон-Тики". М., Мысль, 1977, с. 109.)

Поглощение и рассеяние порождают общее ослабление света в океанской воде. Его обычно оценивают с помощью показателя вертикального ослабления света, который характеризует ослабление всего нисходящего светового потока. Различные составляющие солнечного спектра ослабляются в океанской воде неодинаково, в результате меняется с глубиной спектральный состав света. Причем этот процесс в зависимости от особенностей водных масс имеет свою специфику. Вместе с тем всем водам океана присуща общая черта - сильное ослабление с глубиной красного участка спектра.

Исчезновение с глубиной красного цвета порождает удивительные подводные цветовые эффекты. По свидетельству Ж.-И. Кусто и его коллеги Ф. Дюма у раненной гарпуном рыбы течет под водой зеленая кровь. Это зрелище в первый раз ошеломило подводников. Они стали подниматься со своим трофеем к поверхности. На глубине пятьдесят пять футов кровь стала коричневой, на глубине двадцать футов - розовой, у поверхности - обычной, красной.

Известно, что цвет предметов зависит от того, какие лучи они интенсивнее всего отражают, а также от спектрального состава освещения. Следовательно, если, например, направить на красный предмет световой поток, в котором отсутствует этот цвет, то он не будет уже выглядеть красным.

Изменение спектрального состава проникающего в глубины света обедняет цветовое восприятие мира безмолвия. Но если осветить океанские глубины ярким белым светом, то можно увидеть сочность и многообразие красок царства Нептуна.

Ж.-И. Кусто и Ф. Дюма в книге "В мире безмолвия" рассказывают о том, что произошло, когда они направили на склон рифа рефлектор светильника. "Последовал настоящий взрыв красок! Луч света обнаружил ослепительную игру красок с преобладанием оттенков синего, красного и оранжевого; богатство цветов напоминало о картинах Матисса. Впервые со времени сотворения мира явилось на свет все великолепие палитры сумеречной зоны".

Проникновение солнечного света во мрак океанских глубин и оптические свойства вод Мирового океана играют решающую роль в развитии в нем жизни. Взять хотя бы процесс фотосинтеза. Энергия солнечного света обусловливает преобразование неорганических соединений в органические. Глубина, на которой может происходить фотосинтез, зависит главным образом от количества падающего на поверхность океана солнечного света и прозрачности воды. В связи с этим надо рассказать о том, на какие глубины попадает в океане дневной свет.

По свидетельству американского биолога Биба, опустившегося на километровую глубину в батисфере, тьма там казалась чернее черного. Для определения глубины, куда проникает дневной свет, провели опыты с фотографическими пластинками, которые намного чувствительнее человеческого глаза и улавливают ультрафиолетовую часть излучения. Согласно этим опытам считается, что пределом проникновения света в океане является отметка тысяча пятьсот метров ниже его уровня. Поднятая оттуда пластинка не имела засветки.

Современные приемники света, построенные на основе фотоэлектронных умножителей, позволили сделать более точную оценку распространения света по глубине. Такие светоприемники в благоприятных условиях освещения и прозрачности воды улавливали на глубине тысяча метров примерно один фотон в секунду, на тысяча двухстах метрах - один фотон в сутки. Согласно расчетам, сделанным по результатам измерений, глубины тысяча пятьсот метров достигает один фотон в триста лет! Проникновение солнечного света в самую глубокую впадину Мирового океана, лежащую на одиннадцати тысячах двадцати двух метрах ниже его уровня, настолько маловероятно, что вряд ли такое событие было в истории человечества.

Процесс фотосинтеза происходит только в верхнем, примерно стометровом слое океанских вод, который называют эвфотической (освещенной) зоной. Этот удивительный и совершенный природный процесс преобразования неорганических соединений в органические осуществляют водоросли, используя в качестве энергии солнечный свет. В Мировом океане существуют многочисленные водоросли, способные к фотосинтезу. Они дают около семидесяти пяти процентов синтезированного органического вещества земного шара.

Процесс фотосинтеза зависит не только от интенсивности света. Для образования органического вещества водорослям необходимы еще и питательные соли, которые восполняются и сохраняются в пределах эвфотической зоны в результате деятельности бактерий и регенерации морскими животными, а также за счет перемешивания и подъема к поверхности глубинных богатых питательными веществами холодных вод.

Поглощение солнечной энергии растениями происходит с помощью пигментов, которые представляют собой каталитически активные соединения, поглощающие свет в определенных, характерных для каждого из пигментов областях спектра. Таким пигментом является хлорофилл. Он выполняет роль своеобразной "ловушки" света, поглощающей его в двух узких участках спектра. Интересно, что океанская вода тоже поглощает свет такого же спектрального состава, как бы отнимая его у хлорофилла. Природа, словно желая устранить последствия этой вопиющей несправедливости, снабдила водоросли сложной пигментной системой, восприимчивой к излучению в других областях спектра. В результате дополнительные пигменты поглощают энергию в недоступных хлорофиллу спектральных областях и передают ее ему.

В процессе фотосинтеза водоросли реализуют лишь небольшую часть попадающей в океан солнечной энергии. Остальная часть теряется в его водах. В процессе воздействия лучистой энергии на водоросли много неясностей. Проблема "свет и фотосинтез" в современной науке об океане занимает место в первом ряду теоретических и практических задач, стоящих перед биологами.

В Мировом океане есть свои источники света, украшающие его не хуже солнечного излучения. Ночью океан часто озаряют таинственные всполохи, создающие причудливые фосфорические картины, которые вдохновляли не раз писателей маринистов на поэтическое их представление.

"Казалось, вода была охвачена пожаром... Синеватые полосы на воде лежали складками савана. Широко разлившееся бледное сияние трепетало на водной поверхности. Но то был не пожар, а его призрак... Рыбачьи сети под водой - словно огненная вязь. Половина весла из черного дерева, другая же, что под водой, - из серебра. Капли, срываясь с весла в воду, осыпают море звездами... Опустишь руку в воду и вынимаешь ее в огненной перчатке; пламя это мертво, его не чувствуешь". Так рассказал В. Гюго в "Тружениках моря" об удивительном явлении природы - свечении в Мировом океане, которое порождают чаще всего бактерии, мельчайшие организмы - ночесветки, планктонные рачки, многощетинковые черви. Светятся также креветки, моллюски, морские звезды, медузы, кораллы и многие другие обитатели вод. Любопытно, что отдельные жители больших глубин имеют светоизлучающие органы, которые часто представляют собой сложнейшие природные оптические устройства.

Светящихся организмов в океане множество. Могут светиться и рыбы. В одних случаях причиной свечения крупных особей являются бактерии, поселившиеся на них, в других - светящаяся слизь, которую вырабатывают железы рыб, обволакивая тело, в результате чего оно делается источником света. Некоторые животные выбрасывают огненное облако. Английский зоолог Алькок, наблюдая рака, обладающего светящимся секретом, поднятого с глубин тысячи метров в Бенгальском заливе, видел, как он, очутившись на палубе, выделил вещество, вспыхнувшее голубым светом.

Многие исследователи и мореплаватели сталкиваются со свечением океана. В 1880-1883 годах работала в Саргассовом море французская экспедиция на кораблях "Травайер" и "Талисман". Вот что писал участник экспедиции маркиз де Фолин:

"Каково было удивление, когда сеть принесла нам большое количество горгонид, похожих на маленькие кустики, и тогда они стали излучать световые молнии, такие яркие, что двадцать факелов, освещавших палубу, померкли. Все кончики стволов и веток полипов излучали пучки света, сила которого то уменьшалась, то увеличивалась. Свет менялся от лилового к пурпурному, от красного к оранжевому, от голубого к различного оттенка зеленому, иногда он был белым, как раскаленное добела железо. В то же время преобладающим цветом был зеленый, другие вспыхивали лишь временами и быстро сливались с зеленым".

Специалисты считают, что для многих обитателей океана свечение является защитной реакцией, предназначенной сбить с толку, ошарашить своего врага-хищника.

Ряд животных не светятся, а действительно изливают в воду светящиеся вещества, называемые люциферином и люциферазой, которые вступают в реакцию с окружающей водой, создавая светящееся облако, прикрывающее их бегство. Другие животные стремятся слиться с тусклым фоном окружающего света. Интересно, что на глубинах до семисот - восьмисот метров, куда солнечный свет еще просачивается сквозь толщу вод, их обитатели, если смотреть на них снизу, кажутся темными силуэтами. Видимо, поэтому многие рыбы, кальмары и ракообразные, обитающие на таких глубинах, имеют светящиеся органы снизу. Судя по всему, они умеют подгонять интенсивность и угловое распределение своего света под свет, поступающий от Солнца.

Источники живого света, несомненно, используются хищниками для охоты. Взять хотя бы "носовую фару" у рыбы-диафа или же светильники под глазами у рыбы-мерцалки. Это своего рода приманки для жертв.

Большинство обитателей океана вырабатывает свет в своих органах. Но существуют отдельные кальмары и рыбы, которые содержат при себе симбиотические светящиеся бактерии. Поскольку бактерии светятся непрерывно, то животные, использующие их для этих целей, имеют сложную систему световодов и затворов, с помощью которых регулируется свечение. Специалистам пока непонятно, передаются ли такие бактерии по наследству или они каждый раз приобретаются животными из окружающей среды.

Свечение океана стимулируют различные механические и химические раздражители. Например, чем сильнее волнение, тем ярче ночью вспыхивает океан. Свет этот иногда бывает настолько сильным, что его можно принять за зарево огней над большим далеким городом. Случается, поднимают на борт судов трубчатые колонии морских животных - пирозом, внешне напоминающих огурцы, достигающие порою более метра длины. "Пирозома" по-гречески означает "огненное тело". Если пирозому помять, она начинает излучать яркий свет, который сменяется вспышками синего, желтого или фиолетового излучения. Пойманная пирозома вспыхивает в темном помещении подобно мерцающей неоновой рекламе. Ее света достаточно, чтобы прочитать в книге десяток строк.

Свечение нередко вводило мореплавателей в заблуждение. В Красном море, например, светящиеся гребни волн похожи на буруны. И капитаны начинают опасаться, что судно находится рядом с рифами, хотя на самом деле под его килем десятки, а то и сотни метров воды.

Свечения волн, кильватерных струй кораблей объяснить не трудно. Вместе с тем есть световые эффекты, которые представляют собой настоящие загадки. Это "молочное море" или еще "белая вода" и "световые колеса".

Молочное свечение наблюдается преимущественно в районе Аравийского моря с июля по сентябрь. Очевидцы утверждают, что море при этом выглядит сплошной пеленой яркого света, имеющего цвет разлитого по поверхности от горизонта до горизонта молока. Такой эффект иногда сравнивают со снежной равниной.

Еще более загадочными являются "световые колеса". Они, словно спицы вращающихся колес, проносятся с огромной скоростью по поверхности воды. Их диаметр достигает сотен метров. Для того чтобы представить это явление, лучше всего обратиться к словам очевидцев, которые свидетельствуют, что "сначала полосы света появляются в виде совершенно параллельных линий... идущих мимо судна примерно по одной в секунду. Но через пять минут они крутятся колесом вокруг судна, подходя к нему со всех сторон. Световые полосы временами образовывали звездоподобные вращающиеся фигуры. Однажды были видны два различных "колеса". Во всем явлении было столько таинственной сверхъестественности и внушающего суеверный страх, что впередсмотрящий слез на мостик совершенно перепуганный и убежденный, что он страдает от галлюцинаций"^*. Надо сказать, что пока нет сколько-нибудь убедительной теории, объясняющей это явление.

^* (За рубежом, 1984, № 27 (1252), с. 19.)

Живые источники света распространены на всех глубинах, вплоть до дна. Исследователи, погружавшиеся в подводных аппаратах, сравнивали существующее в глубинах царство мрака с черным небом, усыпанным мерцающими звездами. В вечной ночи глубин они видели огни жизни: рыб, несущих, подобно кораблям, "сигнальные огни", вспыхивающих ярким слепящим светом живых существ, которые иногда, словно огненные драконы, извергали из пасти пламя. Они также видели на дне навечно прикрепившихся к грунту древнейших животных из семейства кишечнополостных, называемых "морскими перьями". По яркости свечения они сравнимы с уличными фонарями.

"Морские перья" подобно кораллам, губкам, гидроидам ведут сидячий образ жизни. Их предки заселяли еще моря палеозойской эры, о чем свидетельствуют соответствующие этому геологическому времени пласты пород. И мало кому известно, что в наши дни такая "растительность" существует на больших глубинах в Мировом океане, формируя там обширные светящиеся луга.

Лишенные солнечного света жители вечного мрака глубин создают свои собственные светила - маленькие холодные "солнца", озаряющие вокруг непроглядную тьму.

Изучением оптических свойств водных масс Мирового океана, а также световых эффектов в его водах, возникающих под действием солнечного излучения и свечения- организмов, занимается специальная дисциплина - гидрооптика, которая в последние десятилетия тесно переплелась с биологией и биохимией.

Автору удалось рассказать всего лишь о некоторых сторонах природы Мирового океана. И не потому, что пока еще мало известно об этой стихии, составляющей на Земле особый мир. Просто невозможно рассказать в одной книге обо всех успехах науки океанологии. Поэтому автор постарался выбрать из огромного материала о природе водной оболочки нашей планеты самое, по его мнению, интересное и представил на суд читателей.

Мировой океан - будущее человечества, и на пути к нему предстоит не только познать грозную стихию и обратить ее на службу людям, но и обойтись с ней бережно и по-хозяйски, чтобы не погубить. Весь исторический опыт изучения и освоения Мирового океана свидетельствует о том, что только мирным путем, объединенными усилиями всех стран и народов можно достичь этой благородной и великой цели.