Сначала — о странном случае с подводной лодкой.
Февраль. Дует холодный северо-западный ветер мистраль. В море — сильный шторм. Капитан французской подводной лодки, идущей к своей базе, расположенной в городе Тулоне, отдает приказ спуститься ниже слоя, возмущенного сильными волнами. Исправно работают приборы. За передвижением лодки следят и диспетчеры базы. Обоюдная связь налажена четко. До Тулона оставалось всего сорок миль, как вдруг... связь пропала. Еще и еще раз диспетчеры посылали в пучины Средиземного моря тревожные сигналы-запросы. Лодка молчала. На базе подняли тревогу, на поиски лодки отправили самолеты, вертолеты, военные корабли, хотя сильный шторм, холодный мистраль мешали поискам. Прошло несколько дней, недель, месяцев, но лодка обнаружена не была. Тогда командование военно-морскими силами НАТО снарядило специальную экспедицию из шести научных судов, чтобы обследовать район Средиземного моря, где она пропала.
Экспедиция работала несколько месяцев. И в толще вод Средиземного моря ученые обнаружили... «провал» верхних слоев воды в глубь моря, вплоть до дна! А глубина здесь 2700 метров. «Провал» — это как бы столб воды с размерами сечения в несколько десятков миль. Состав воды здесь одинаков — не было обнаружено ни слоя скачка температуры, ни слоя скачка солености, сверху донизу она была однообразной, хорошо перемешанной. Журналисты, узнав такое явление, стали писать о «водопадах» в море, о «провалах» воды. Ученым же важно было найти этому научное объяснение.
Средиземное море является уникальным по прогреву глубинных вод. Если температура придонных вод океанов очень низкая, менее 2 градусов, а у дна морей в средних климатических широтах несколько выше, 3 — 5 градусов, то в Средиземном море температура воды даже в самые холодные зимы не бывает ниже 12 — 13 градусов. Верхние же слои здесь прогреваются до 30 градусов. Море находится в зоне жаркого климата, дожди и стоки рек в южных его частях практически отсутствуют, в результате вода сильно испаряется. Это ведет к повышению солености, а следовательно, возрастает и плотность. Плотные хорошо прогретые воды опускаются вниз, формируя водные массы. Даже те воды, которые сильно охлаждаются в северных его частях (Адриатическое, Эгейское и Лигурийское моря) й достигают дна впадин, не в состоянии существенно понизить температуру придонных слоев — глубинные воды остаются хорошо прогретыми.
Но вот в зимние месяцы, особенно в феврале, когда воздух над Францией сильно переохлаждается, образуется сильный, холодный и очень сухой ветер — мистраль. Он дует от берегов Франции на юг в течение дней и недель, сильно охлаждает воду и сдувает ее от берегов в открытое море. В море образуется верхний слой вод, температура которого заметно ниже, чем температура глубинных, а значит, плотность больше, поскольку соленость одинакова. В конце концов наступает момент, когда плотность верхних слоев воды превышает плотность глубинных настолько, что они начинают погружаться вниз.
Однако запаса этих переохлажденных вод недостаточно для того, чтобы сразу вытеснить из глубин наверх всю воду до дна, и они погружаются всего лишь на несколько сот метров, образуя там своеобразную линзу холодных вод такой же плотности, как и вод, в слое которых эта линза образовалась («застряла»). Получается нечто наподобие гвоздя, погруженного в воду шляпкой вниз: шляпка —это линза холодных погрузившихся вод, гвоздь — это канал («провал»), по которому эта холодная вода опустилась.
Но мистраль продолжает дуть. В связи с тем, что это очень сухой ветер, он способствует не только сильному переохлаждению и сдуванию прибрежных вод в открытое море, но и сильному их испарению. За один день здесь испаряется слой толщиной до двухсантиметров. Образуется новая порция верхних переохлажденных и плотных вод. Уже по готовому каналу «гвоздя» она тоже стекает вниз и расширяет «шляпку гвоздя», а иногда даже образует еще одну «линзу-шляпку», уже на несколько сот метров ниже первой. И так в третий и четвертый раз, пока «шляпка-линза» недостигает дна. У дна линза холодных вод расплывается и все более перемешивается с теплой водой глубинных слоев.
В марте, когда мистраль затихает или совсем исчезает, охлаждение и сдувание воды от берегов в открытое море прекращается, вертикальная структура водной толщи восстанавливается. Наверху снова образуется хорошо перемешанная и прогретая водная масса — верхний легкий слой, ниже снова восстанавливаются слои скачка температуры, солености и плотности, а еще ниже залегает более плотная (тяжелая) глубинная водная масса с температурой 12 — 13 градусов.
Обнаружив и описав такое явление у берегов Франции, ученые открыли совсем новый, до того времени совершенно не известный, механизм перемешивания поверхностных и глубинных вод — процесс быстрой вертикальной конвекции.
Бывает ли подобный процесс в других районах Средиземного моря, пока неизвестно. Но ученые предполагают, что нет, так как в других районах нет мистраля и не происходит столь сильного переохлаждения поверхностных вод.
Но все ли ясно ученым в том, что произошло с подводной лодкой недалеко от Тулона? Пока далеко не все. В этом процессе еще многое предстоит раскрыть новым экспедициям. Ученые намерены получить дополнительные сведения о вертикальном перемешивании вод, о скоростях потока охлажденных поверхностных вод в глубь моря, узнать, сохраняет ли вода свою тонкую микроструктуру («ступеньки»), и многие-многие другие данные.
Не опасно ли находиться в местах «провалов» надводному кораблю? Очевидно, не опасно (хотя в местах «провалов» пока еще ни один корабль не находился). А вот подводной лодке, как показал случай, очень опасно. Видимо, «провал» (или опрокидывание слоев) вод происходит с такой силой, что лодка преодолеть ее не в состоянии.
Могут ли быть обнаружены такие «мгновенные провалы» слоев воды в других местах Мирового океана? Точно пока это не известно. Но скорее всего, нет, так как почти всюду в других районах холодный мистраль отсутствует, а придонные воды сильно охлаждены и значительно плотнее, чем верхние слои вод. Правда, мы говорили, что поверхностные переохлажденные воды опускаются до дна, например, в приполярных областях, особенно в море Уэддела, но они погружаются медленно и никакой опасности для подлодок не представляют.