Южный океан

При плавании в Антарктику всегда волнующим и примечательным моментом является встреча с первыми айсбергами. Со стороны Атлантического сектора их начинают видеть на 45-50° ю. ш., в Индийском секторе - на 50-58°, в Тихоокеанском - на 50-60°.

Айсберги - наиболее примечательные объекты на поверхности Южного океана. Волны, подобно искусным скульпторам, Придают бело-голубым гигантам причудливые формы в виде замков, крепостных стен с гротами, башнями, арками. Южнее айсберги менее разрушены, и в зоне морских льдов они кажутся неподвижными бастионами с вертикальными стенами. По форме айсберги разделяются на три вида: столообразные, или столовые, куполообразные и разрушенные.

Столовые айсберги откалываются от шельфовых ледников Антарктиды, их поверхность ровная. Высота этих айсбергов над поверхностью воды 30-40 метров. Подводная часть в шесть раз больше надводной, то есть 180-250 метров. Горизонтальные размеры столовых айсбергов - от нескольких сотен метров до многих километров. Встречаются гигантские айсберги длиной в десятки километров.

Куполообразные айсберги откалываются от концов выводных ледников, стекающих по подледным долинам континента в море. При движении по неровному дну долин в леднике образуются продольные и поперечные трещины. По наиболее глубоким трещинам и происходит откол айсбергов. Эти айсберги имеют высоту 50-70 метров. Куполообразные айсберги имеют меньшие горизонтальные размеры, чем столовые, длина их редко превышает 2 километра, а ширина 1 километр. От материкового ледяного барьера откалываются небольшие айсберги.

Откол айсбергов происходит в основном летом, когда вскрывается морской припайный лед. Бывает, что айсберги откалываются зимой, но они не двигаются и стоят, спаянные морским льдом, неподвижно. Летом, после вскрытия припая, айсберги под влиянием течения начинают двигаться. Некоторые из них садятся на подводные банки и могут стоять неподвижно в течение многих лет, пока не подтает их подводная часть и айсберг всплывет или придет особенно высокая волна и снимет айсберг с мели.

Рано или поздно айсберги выносятся в открытый океан, и здесь происходит их разрушение морскими волнами и таяние под воздействием тепла морской воды и воздуха. Разрушение разных частей айсберга происходит неравномерно, поэтому он постепенно наклоняется и нередко переворачивается. Иногда одна из сторон или даже поверхность разрушенного айсберга имеет темный цвет. Это значит, что такой айсберг когда-то стоял на мели, а затем под влиянием неравномерного разрушения перевернулся. Высота разрушенных айсбергов 35-55 метров, но иногда встречаются айсберги высотой более 100 метров. Эти айсберги находятся в наклонном положении. Опытные мореплаватели знают, что подходить близко к разрушенным айсбергам, особенно к наклонным, опасно, так как они находятся в неустойчивом равновесии и в любой момент могут перевернуться.

При плаваниях советских экспедиционных судов вокруг Антарктиды производились инструментальные наблюдения за айсбергами - их высотой, горизонтальными размерами и количеством. Хотя количественные данные весьма приближенны, но они интересны. Подсчитано, что в летний период в Южном океане находится 218300 айсбергов и в них заключено около 18 тыс. км³ пресного льда. В среднем один айсберг приходится на 157 км² площади Южного океана. Но, конечно, айсберги распределены неравномерно. Суда, следующие с севера на юг, в 400 милях от берегов Антарктиды встречают редкие айсберги, в 275 милях от берегов единичные айсберги видны непрерывно, наибольшее количество айсбергов находится в прибрежной 75-мильной зоне. Особенно много их у крупных выводных и шельфовых ледников, а также на отмелях, где они образуют целые "айсберговые города". Распределение айсбергов не претерпевает, вероятно, существенных изменений от года к году. По данным повторных аэрофотосъемок краевых зон Антарктиды было установлено, что с берегов Антарктиды ежегодно обламывается и попадает в Южный океан в виде айсбергов 1378 км³ льда.

Нетрудно подсчитать среднюю продолжительность "жизни" айсбергов в Южном океане. Выше мы указывали, что объем льда, заключенный в айсбергах Южного океана, составляет около 18 тыс. км³. Если разделить эту величину на ежегодное поступление айсбергов с ледяных берегов Антарктиды (18000:1378), то получим около 13 лет. Очевидно, что это условная цифра, так как айсберги, быстро вынесенные в открытый океан, полностью тают за несколько месяцев, а другие айсберги сидят на мели в прибрежной зоне десятки лет. Отдельные гигантские айсберги даже вдали от берегов могут существовать несколько лет, пока не растают.

Южный океан огромен по площади, и количество пресной воды от растаявших айсбергов ничтожно. Существенной роли в режиме вод Южного океана айсберги не играют.

В последние годы в связи с нехваткой пресной воды в некоторых районах был поставлен вопрос об использовании антарктических айсбергов как источников пресной воды. По этому вопросу ведутся научные исследования, собираются международные конференции. Несколько лет тому назад была создана международная компания, которая считала основной задачей поиск оптимальных путей для буксировки айсбергов к берегам Аравийского полуострова. Считается, что удобнее и безопаснее буксировать небольшие столообразные айсберги. Айсберги при буксировке предлагалось одевать по всему периметру ниже ватерлинии рубашкой из синтетической пленки. Указывалось, что доставка таким образом 1 м³ воды к берегам Саудовской Аравии обойдется около 1 американского доллара.

Другой особенностью Южного океана являются морские льды. Они опоясывают Антарктиду широким кольцом. Наибольшее распространение льдов к северу наблюдается в конце зимы - в сентябре. Ширина ледового пояса в разных местах разная: в море Уэдделла (Атлантический сектор) - 1300 миль, в Индийском секторе - 900 миль, в Тихоокеанском - от 300 до 800 миль. Общая площадь, занимаемая дрейфующими льдами в период максимального развития, около 19 млн. км². Северная граница распространения льдов всюду южнее, чем граница распространения айсбергов.

В октябре - ноябре морские льды начинают таять. Сначала вытаивают молодые тонкие льды, кромка льда отступает к югу. К концу марта площадь, занимаемая льдами, наименьшая - около 2,5 млн. км², то есть в восемь раз меньше, чем зимой. Местами до самого берега ледяного континента летом наблюдается чистая вода или разреженные льды. Сплоченные скопления льда, называемые ледяными массивами, летом остаются в отдельных местах: в море Уэдделла, в море Беллинсгаузена и в море Сомова. Остаются также небольшие скопления у восточных берегов шельфовых ледников. В отличие от Северного Ледовитого океана, в Южном океане преобладают годовые и более молодые льды. Новое льдообразование начинается в марте; сначала оно происходит среди остатков старого льда, а в апреле - вдоль берега. Неподвижный лед - припай - устанавливается в апреле между стоящими на мели айсбергами, между берегом и островами, в заливах и бухтах. Ширина припая около 25-30 километров. Толщина припайного льда к концу зимы около 150 сантиметров. В припае появляется много трещин, образованных приливо-отливными колебаниями уровня воды и крупной зыбью, приходящей подо льдом из открытого океана. Трещины проходят параллельно берегу, а также вокруг островов и сидящих на мели айсбергов. Их ширина 1-3 метра, но они все время "дышат" - то расширяются, то сужаются. Временами они заносятся снегом, и поэтому следует быть осторожным при движении по припайному льду. Весной положение трещин нередко обозначено телами тюленей, которые вылезают через трещины на лед и греются на солнце.

По толщине припай неоднороден. Сверху во время пург на него наносит большое количество снега, под тяжестью которого лед проседает, снизу через трещины выливается вода и замерзает вместе со снегом, образуя так называемый инфильтрационный слой льда. В ряде мест вдоль берега зимой и весной подо льдом у дна и в толще воды образуется масса внутриводного льда в виде иголок. Этот лед всплывает и, прилипая к нижней поверхности льда, образует слой рыхлого льда. Причина образования внутриводного льда пока не вполне ясна. Возможно, что он образуется за счет переохлаждения морской воды при соприкосновении ее с холодными стенками айсбергов или с нижними частями шельфовых ледников. Возможно и другое предположение. Под мощным слоем материкового льда образуется пресная вода, и она в ряде мест стекает по углублениям коренного ложа в море. Температура замерзания пресной воды 0°, а прибрежной соленой воды - от минус 1,7 до минус 2°. Пресная вода, попадая в холодную соленую воду, моментально замерзает в виде игольчатых кристаллов.

Припай взламывается и превращается в дрейфующий лед в декабре - январе, хотя в ряде бухт и заливов взлом припая может задержаться до конца лета (февраля - марта). Между припаем и дрейфующим льдом существует полынья, она называется заприпайной. В ряде мест, где ледниковый барьер простирается малоизрезанной стеной над большими глубинами, припай не образуется, и полынья в этом месте называется прибарьерной. Образованы заприпайная и прибарьерная полыньи отжимными ветрами, дующими зимой с континента почти непрерывно. Лед, образующийся в полынье, все время выносится на север.

Станция Молодежная - центр советских научных исследований в Антарктиде. (Фото Б. А. Шельпякова.)

После начала льдообразования северная кромка льда в первую половину зимы (март - июнь) остается почти без изменений. Лед образуется в основном в зоне, где все лето сохранялись прошлогодние разреженные льды, а в июле в течение нескольких дней большие пространства Южного океана покрываются молодым льдом и кромка льда почти скачком распространяется на сотни миль к северу. Эту особенность автор отметил в зиму 1958 года, когда он выполнял ежемесячные ледовые авиационные разведки к северу от Мирного до открытого океана. Подтвержден этот вывод был в 1973 году, когда автор руководил спасательными операциями в связи с вынужденным зимним дрейфом дизель-электрохода "Обь". Тогда, во время плавания на дизель-электроходе "Наварин", северная кромка льда на меридиане станции Молодежная 29 июня 1973 года была отмечена на расстоянии 175 миль от берега. Через месяц, 29 июля, она находилась уже на расстоянии 402 миль от берега, а 5 августа - 467 миль.

Швартовка судна к ледяному материку в районе станции Молодежная. (Фото Н. И. Тяпкина.)

Обусловлено это тем, что в первую половину зимы в Южном океане вода в деятельном слое прогрета. При отрицательных температурах поверхностный слой, охлаждаясь, становится плотнее и опускается на глубину. Такая зимняя вертикальная конвекция происходит до тех пор, пока весь деятельный слой не охладится до точки замерзания. И тогда "скачком" происходит образование льда на большой акватории.

При плавании в ледовом поясе Южного океана было отмечено также, что здесь нет таких крупных ледяных полей, как в Северном Ледовитом океане. Там ледяной покров в основном состоит из ледяных полей диаметром 2-5 километров и более. В Антарктике же ледяные поля имеют диаметр в несколько сотен метров. Объясняется это тем, что в Южном океане, особенно зимой, непрерывно проходят глубокие циклоны с ураганными ветрами, которые образуют огромные волны, и зыбь от этих волн проникает под ледяным покровом на сотни километров, разламывая льдины. В этом я наглядно убедился, плавая в ледовом поясе Южного океана той же зимой 1973 года. После очередного шторма мы смогли проходить через разломанные льды на юг в зону ледового пояса без опасности быть затертыми льдами.

4 августа 1973 года, пролетая над морем Космонавтов на вертолете от станции Молодежная к кораблям, находящимся в 400 километрах от берега, я увидел, что в зоне 300 километров от кромки ледяные поля разбиты на мелкие куски. Среди таких льдов может плавать судно ледового класса. Перед этим только что прошел глубокий циклон, обусловивший ураганные ветры. Это наблюдение важно для тех случаев, когда требуется доставить на береговые антарктические станции или вывезти с них людей, а также необходимые грузы. При современных средствах информации о циклонах и ледовых условиях, особенно таких, как данные искусственных спутников, можно выбирать благоприятные ситуации, позволяющие подходить близко к континенту.

Актинометрические наблюдения. (Фото Б. А. Шельпякова.)

Первое серьезное изучение вод Южного океана было предпринято в тридцатых годах 20-го столетия английскими океанографами на судах комитета "Дисковери". Английские суда проводили наблюдения вдали от берегов Антарктиды, в северной зоне Южного океана. Они выявили основные закономерности в распределении водных масс, их циркуляцию.

В 40-50-х годах океанографические наблюдения велись с борта поисковых судов советских китобойных флотилий, главным образом со стороны Атлантического океана.

Наблюдения за искусственными спутниками Земли. Станция Ленинградская. (Фото Б. А. Шельпякова.)

В 1956-1959 годах были осуществлены специальные океанографические экспедиции на дизель-электроходах "Обь" и "Лена". Они исследовали не только северные, но и южные районы Южного океана, включая зону морских льдов. В последующие годы велись попутные океанографические наблюдения на судах, доставлявших в Антарктиду континентальные советские экспедиции. Каждый год выполнялись глубоководные станции на стандартном разрезе между Африкой и Антарктидой. На всех судах, плававших в Южном океане, производился попутный промер глубин с помощью эхолотов.

В результате были открыты неизвестные ранее подводные впадины и возвышенности, оконтурена отмель вокруг Антарктиды - так называемый континентальный шельф. Вокруг других континентов Земли континентальный шельф, являющийся продолжением суши, простирается до глубин 200 метров, далее следует крутой континентальный склон. Вокруг Антарктиды континентальный шельф опущен до глубины 500 метров. Геологи и геофизики объясняют это тем, что Антарктида и продолжающий ее под водой шельф погружены под давлением гигантского антарктического ледника. Во многих районах антарктического шельфа обнаружены внутришельфовые желоба с глубинами до 2000 метров. Дно Южного океана состоит из котловин с глубинами до 6000 метров, разделенных системой подводных срединно-океанических горных хребтов, являющихся продолжением подводных хребтов прилежащих океанов.

На основе анализа данных глубоководных станций была описана циркуляция вод Южного океана. По всему кольцу Южного океана существует течение, направленное с запада на восток, - Антарктическое циркумполярное течение, или, сокращенно, АЦТ. Это самый мощный поток Мирового океана. За 1 час оно переносит в среднем около 500 км³ воды, что в 6-8 раз превосходит объем воды, переносимой таким мощным течением, как Гольфстрим. Между АЦТ и берегами Антарктиды существуют круговороты с вращением вод в них по часовой стрелке; их по крайней мере шесть, они называются циклоническими круговоротами, так как в южном полушарии воздух в атмосферных циклонах вращается по часовой стрелке. Раньше же предполагали, что вдоль берегов Антарктиды существует прибрежное течение, направленное с востока на запад, то есть в сторону, противоположную АЦТ. Такое течение в узкой прибрежной зоне действительно наблюдается, но, вероятно, оно состоит из южных периферий циклонических циркуляций. Ветви циркуляций, направленные от континента, выносят плавучие льды и айсберги от берегов в северные широты, где они тают. Это объясняет сравнительно быстрое очищение от морских льдов ряда районов побережья или образование зон разрежения в летнее время, что позволяет судам сравнительно легко проникать в прибрежные воды.

Еще в тридцатых годах было установлено, что толща вод в Южном океане подразделяется на три типа: поверхностные антарктические, теплые глубинные и придонные антарктические. Позднее был выделен еще один тип вод - шельфовые. Они наблюдаются на шельфе, в районах, непосредственно примыкающих к ледяным берегам Антарктиды. Шельфовые воды представляют собой видоизмененные поверхностные антарктические воды, которые зимой сильно охлаждаются и вследствие льдообразования имеют более высокую соленость.

Поверхностная антарктическая водная масса слоем от 0 до 300 метров широким кольцом охватывает Южный океан. Образование этих вод обусловлено существованием морских льдов на юге и сравнительно теплого океана на севере. Поэтому вблизи континента они имеют температуру -1,8°, а вдали от него - до +4° и соленость от 33,8 до 34,0‰. В районе 55-60° ю. ш. поверхностные антарктические воды опускаются под более теплые и менее плотные субантарктические поверхностные воды. Это погружение определяется по резкому изменению температуры воды на 2-3°, и место, где оно происходит, названо линией Антарктической конвергенции или зоной схождения.

Нижележащая водная масса - теплая глубинная, с температурой от 0 до 5° и соленостью чуть выше поверхностной (34,6‰), - проникает к берегам континента с севера, простираясь до самого материкового склона Антарктиды. Ее вертикальная мощность около 2000 метров.

Придонная водная масса имеет температуру от -0,5 до + 1,7° и большую соленость (34,6-34,8‰). Вследствие низкой температуры и высокой солености она занимает все впадины и переливается через хребты. В южной части океана она располагается от горизонта 1500 метров до дна, а в северной части ее верхняя граница опускается до 3000 метров и глубже. Это опускание придонных вод происходит там же, где опускаются на глубину поверхностные антарктические воды. Придонные воды распространяются к северу в прилежащие океаны и прослеживаются, например, в Атлантическом океане, севернее экватора. Придонные антарктические воды образуются из шельфовых вод, которые смешиваются у берегов с теплыми глубинными водами. Смешанная вода становится плотнее и сползает вдоль материкового склона в придонные горизонты. Есть основание считать, что сползание уплотнившейся воды происходит в основном по внутришельфовым донным желобам. Объяснение процесса образования придонных вод было дано давно, однако многие детали до сих пор неясны и изучаются. Предполагается организовать специальные исследования на судах и с шельфовых ледников в районах, где эти воды образуются.

Новый флагман антарктического флота дизель-электроход 'Михаил Сомов', пришедший в 1976 году на смену легендарной 'Оби'. (Фото Б. А. Шельпякова.)

Начиная с 1975 года в Южном океане ежегодно плавают научно-исследовательские суда "Профессор Визе" и "Профессор Зубов" и дизель-электроход "Михаил Сомов". Они работают по специальной программе, названной "Полярный эксперимент-Юг" (ПОЛЭКС-Юг). Эта программа стала началом нового этапа исследований. До этого целый ряд физических явлений были описаны на основе косвенных данных, программа же ПОЛЭКС-Юг предусматривает инструментальные наблюдения.

Научно-исследовательское судно ААНИИ. 'Профессор Зубов'. На переднем плане - кит Минке. (Фото Б. А. Шельпякова.)

Для изучения циркуляции вод Южного океана устанавливаются автономные станции длительного действия с измерителями течений на разных глубинах. Эти исследования осуществляются по совместной программе с американскими учеными. В первую очередь были выполнены обширные инструментальные наблюдения в самой узкой части Южного океана - в проливе Дрейка (пролив между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом), в районе Южно-Антильского хребта, что к востоку от пролива Дрейка (на границе с юго-западной частью Атлантического океана), между Африкой и Антарктидой, между Австралией и Антарктидой.

Танкер 'Эльбрус' и НИС 'Профессор Визе' в районе станции Молодежная. (Фото Н. И. Тяпкина.)

По прежним косвенным расчетам было высказано предположение (в том числе и автором этой книги), что в придонных горизонтах Южного океана существует мощное компенсационное циркумполярное противотечение. Инструментальные же наблюдения показали, что Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ) направлено с запада на восток от поверхности до дна и что это течение многоструйное, с меандрами (изгибами) и временными вихрями (круговоротами). Особенно интенсивны вихри в районе Антарктической конвергенции, где существуют градиенты температур. В последние годы Антарктическую конвергенцию принято называть Антарктическим полярным фронтом (АПФ). Возникновение вихрей и меандр приводит к образованию в некоторых районах потоков обратных направлений, которые при одиночных наблюдениях можно принять за противотечения.

Среди ученых существует мнение, что Антарктическое циркумполярное течение обусловлено постоянными ветрами, дующими с запада на восток. Однако ветер может вызвать течение мощностью в несколько десятков или сотен метров, но не в три тысячи метров. Есть основание считать, что и течение, и ветер могут являться следствием одной причины: зональной неоднородности южного полушария, усиливаемой контрастами температур между Антарктидой и океанами. Но это предположение требует подтверждения дальнейшими исследованиями. В связи с этим, а также для выяснения влияния Антарктиды на климат Земли в программу ПОЛЭКС-Юг включена проблема изучения взаимодействия атмосферы и океана. Она будет, по-видимому, важнейшей в дальнейших исследованиях. Кроме экспедиционных исследований планируется развернуть работы по численному моделированию процессов в Южном океане и в атмосфере над ним, так как детальные наблюдения требуют привлечения десятков судов, что весьма дорого и в ближайшее время вряд ли возможно. Предполагается также широко использовать спутниковые наблюдения.

В Южном океане в последние годы ведутся комплексные исследования биологических ресурсов. Наличие круговоротов в прибрежной зоне, особенно вблизи островов, и в Антарктическом циркумполярном течении обусловливает высокую биологическую продуктивность вод. В циклонических круговоротах (по часовой стрелке) со дна к поверхности выносятся питательные вещества, что вызывает усиленное развитие зоопланктона.

Таким образом, изучение Южного океана имеет не только познавательный, но и практический интерес.

Южный океан подразделяется на три больших сектора: Атлантический, Индийский и Тихоокеанский. Акваторию океана, омывающего берега континентов, принято подразделять на отдельные моря. Моря обычно подразделяются на внутренние, которые глубоко вдаются в сушу и соединяются с океаном узким проливом, и окраинные, которые являются большими заливами океана. Они открыты в сторону океана, и их границы проводят по выдающимся мысам, прилежащим островам, подводным порогам или банкам. Все моря Южного океана являются окраинными. Они выделены были не сразу, а но мере исследования прибрежных зон океана. Выделение морей удобно и необходимо при описаниях явлений в определенной прибрежной зоне, чтобы каждый раз не называть координаты или малоприметные места. Кроме того, даже окраинные моря имеют некоторые особенности, отличающие их в той или иной степени от остальной части океана. Эти особенности включают подводный рельеф, грунты, циркуляцию, водные массы, ледовый режим, биологию.

В Атлантическом секторе Южного океана выделены моря: Скоша (или Скотия на старых картах) и Уэдделла, в Тихоокеанском секторе - Беллинсгаузена, Амундсена и Росса, в Индийском секторе - одно небольшое море Дейвиса.

Новая кают-компания Мирного. (Фото Б. А. Шельпякова.)

Советские исследователи в 1962 году в восточной части Атлантического сектора предложили выделить море Лазарева, простирающееся от 0° до 14° в. д., а далее на восток в Индийском секторе - море Рисер-Ларсена, море Космонавтов (на берегу этого моря находится станция Молодежная), море Содружества, выделенное еще в начале нашего века море Дейвиса (на берегу этого моря находится станция Мирный), море Моусона, море Дюмон-д'Юрвиля. На границе Индийского и Тихоокеанского секторов выделено в 1975 году море Сомова (на берегу этого моря находится станция Ленинградская). Море Сомова расположено между морем Дюмон-д'Юрвиля и морем Росса.

В названиях морей отражены имена выдающихся исследователей Антарктики или знаменательные события. Море Космонавтов названо в честь первых людей, проникших в Космос, море Содружества - в ознаменование исследований разных стран в Антарктике по международным программам. Исследователи и моряки приняли эти названия, они обозначены на последних географических и навигационных картах. Это удобно. При упоминании моря в письменной или устной форме сразу же становится понятным, о какой прибрежной части Южного океана идет речь.

Медико-биологические наблюдения. Станция Ленинградская. (Фото Б. А. Шельпякова.)