Куди тече Чорне море

З давніх-давен серед константинопольських рибалок бродило повір'я, що в протоці Босфор, що з'єднує Чорне та Мармурове моря, є дві течії: одна з них нібито йде поверху з Чорного моря в Мармурове; інше ж знаходиться десь в глибині і рухається в протилежному напрямку - з Мармурового моря в Чорне. Нікому ніколи не приходило в голову перевірити правдивість цих тверджень. Хіба мало легенд і найрізноманітніших історій розповідається в народі!
Зацікавився розповідями константинопольських рибалок і вирішив перевірити достовірність їх Степан Осипович Макаров.
Чудовий російський флотоводець і видатний учений, С. О. Макаров увійшов в історію, як автор теорії непотоплюваності кораблів, новатор мінного справи і тактики морського бою.
За його ініціативою була організована експедиція до Північного полюса на потужному криголамі «Єрмак». Макаров сам склав проект цього криголама і домігся його виконання. На борту «Єрмака» він здійснив похід у високі північні широти.
У 1886 році Макаров вирушив на корветі «Витязь» в тривале кругосвітнє плавання. Під час цього плавання Макаров досліджував моря Тихого океану. Згодом він написав велику працю по океанографії, що приніс йому популярність.
Океанографією Макаров цікавився все своє життя. А почалася його дослідницька робота в цій області, коли він був ще зовсім молодим офіцером.
Йшла війна з Туреччиною, під час якої Макаров блискуче відзначився. На кораблі «Великий князь Костянтин» він здійснював оточення сміливі рейди в порти противника і підривав мінами ворожі кораблі. За видатні заслуги його призначили капітани другого рангу і нагородили бойовими орденами.

На кораблі «Великий князь Костянтин» Макаров здійснював сміливі рейди в порти противника і підривав мінами ворожі суду

Після укладення миру з Туреччиною Макаров отримав нове призначення. У 1881 році йому доручили командування військовим пароплавом «Тамань». Постійним місцем перебування «Тамані» була Туреччина. Пароплав знаходився в розпорядженні російського посла і стояв на Константинопольському рейді.
Служба на кораблі забирала порівняно небагато часу. Макаров часто бродив по березі і прислухався до розмов рибалок. Їхні розповіді про двох течіях в протоці Босфор змусили його задуматися.
Про те, що існує поверхнева течія з Чорного моря в Мармурове, Макаров знав. Переконатися в цьому було неважко - будь-який предмет, кинутий в воду, відпливав в сторону Мармурового моря.
Інша справа - підводна течія. Як дізнатися, чи є воно в дійсності? Адже про цю течію не згадується ні в яких книжках і лоціях.
Але звідки ж тоді знають про підводну течію рибалки? Не може бути, щоб це повір'я виникло випадково.
Захопившись цією думкою, Макаров вирішив будь-що-будь дізнатися правду. Він докладно обміркував план дій і негайно ж приступив до його здійснення.
В один з ясних сонячних днів Макаров наказав спустити шлюпку і поплив на ній до середини протоки. У шлюпці знаходився бочонок, навантажений баластом. З його допомогою Макаров і розраховував виявити глибинне протягом.
Коли шлюпка досягла середини протоки, молодий дослідник спустив оригінальний інструмент в воду. Щоб бочонок не потонув, до нього був прикріплений довгий трос, кінець якого залишався в човні.

Щоб бочонок не потонув, до нього прикріпили довгий трос

Карта протоки Босфор, що з'єднує Чорне та Мармурове моря

Думка Макарова була проста. Він розраховував, поступово відпускаючи трос, давати можливість барилу опускатися все нижче і нижче. Поки має силу поверхнева течія, воно буде тягнути бочонок у напрямку до Мармурового моря. Якщо ж десь в глибині протоки існує сильне протилежне протягом, воно неминуче спричинить бочонок, а за ним і шлюпку в сторону Чорного моря.
Дійсно, спочатку трос відхилявся в бік Мармурового моря: бочонок цілком перебував у владі поверхневого течії.
Але чим далі Макаров розмотував трос, чим глибше опускався бочонок, тим слабкіше ставало вплив поверхневого течії. Нарешті настав момент, коли трос став вертикально. А потім ... потім його потягнуло в протилежну сторону, вже не до Мармурового, а до Чорного моря. Все більше і більше відхилявся трос - вплив глибинного течії на бочонок все збільшувалася.
І ось сталося диво: шлюпка рушила проти поверхневого течії. Її захоплював бочонок, який потрапив в сильний струмінь глибинного течії, яке прямувало з Мармурового моря в Чорне.
Значить, розповіді рибалок були правдиві. Глибинне протягом в Босфорі існувало. Тепер в цьому можна було не сумніватися.
Інший дослідник на місці Макарова, можливо, заспокоївся б на цьому. Перебіг, мовляв, існує, й добре. Але Макарову цього було мало. Такий допитливий дослідник, як він, не міг кинути на півдорозі цікавий досвід. У своїй книзі «Про обмін вод Чорного і Середземного морів» Макаров пише:
«Коли я переконався, що в нижній течії існує, то захотілося визначити точно кордон між ним і верхньою течією. Коли стало очевидним, що межа ця йде по довжині Босфору не горизонтально, а з деяким нахилом до Чорного моря, захотілося з'ясувати цей нахил, нарешті захотілося з'ясувати помічені коливання кордону між течіями в залежності від пори року і дня, від напрямку вітру та ін. » .
І дійсно, з'ясувати причини такого незвичайного явища було дуже заманливо.
Макаров енергійно взявся за справу.
Однак виявилося, що виявити існування глибинного течії було куди легше, ніж дізнатися його швидкість, визначити температуру і питома вага води на різних глибинах. Адже щоб отримати вірні результати, потрібні точні прилади, а у Макарова ніяких приладів не було.
З цього і довелося починати. Варто було дістати принаймні чотири прилади: термометр для визначення температури, батометр, щоб брати воду з різних глибин, ареометр для визначення питомої ваги рідин і, нарешті, ще інструмент для спостережень за швидкістю течії.
Перші три приладу вдалося дістати без особливих зусиль. Правда, довелося з ними багато повозитися, перш ніж вони стали точно працювати. Те з'ясовувалося, що батометр не можна спускати в воду до самого дна, так як він тоді псувався і пропускав воду. Те прядив'яний трос, прикріплений до батометр, не годився, і доводилося добувати інший батометр, зі сталевим тросом. Словом, клопоту і метушні було дуже багато.
Але Макаров не відступав від свого наміру.
Найважче виявилося виміряти швидкість глибинного течії. Визначити швидкість поверхневого течії було нескладно. Для цього опустили в воду звичайний поплавок, засікли час, коли він почав рухатися, потім відзначили момент його зупинки. Знаючи відстань, пройдену поплавком, легко можна було обчислити швидкість поверхневого течії.
Але як визначити швидкість глибинного течії? Адже поплавок тут не допоможе. А іншого приладу, придатного для цієї мети, за часів Макарова ще не існувало.
Що ж робити? Чи не відмовлятися ж через це від досліджень, розпочатих з таким успіхом.
І Макаров вирішив сам сконструювати прилад для вимірювання швидкості течії.
Головною частиною цього приладу, який Макаров назвав флюктометром, був пропелер з двома лопатями. Коли такий пропелер потрапляв в струмінь течії, лопаті починали обертатися з тим більшою швидкістю, чим сильніше було протягом. За кількістю оборотів лопатей неважко обчислити, яка швидкість течії.
Але тут виникла нова утруднення. Як рахувати число обертів? Адже спостерігати за пропелером під водою, та ще на великій глибині, дуже складно.
Макаров став думати, як удосконалити свій прилад. Спочатку він спробував зміцнити на пропелері світяться пластинки. Але ці платівки світилися так слабо, що з поверхні протоки були зовсім не видно.
Тоді Макаров придумав інший спосіб. До пропелеру прикріпили дзвіночок. Його язичок був зроблений так, що міг коливатися тільки в одній площині. Щоб при кожному оберті пропелера дзвіночок дзвонив всього один раз, з одного боку його язичка приробили гумку.
Коли все було готове, Макаров спробував свій флюктометр в дії. Але його чекало нове розчарування. Виявилося, що дзвін дзвіночка зовсім заглушувався навіть найменшим шумом на поверхні протоки.
Потрібно придумувати ще щось. Тоді Макаров пристосував спеціальну слухову трубу, яка одним, більш широким, кінцем занурювалася глибоко в воду.
Але і це не допомогло. Шум течії заглушав все сторонні звуки.
Невже доведеться відмовитися від такого важливого досвіду! Адже стільки вже витрачено сил, стільки зроблено вдалих спостережень!
І тут, як це часто буває, на допомогу прийшов випадок. Хтось із команди, перебуваючи в трюмі пароплава, раптом почув те, що так довго і безуспішно намагалися вловити через слухову трубу. Дзвін дзвіночка флюктометра був добре чутний в трюмі через залізне дно судна. А шум хвиль і поверхневого течії туди абсолютно не доносився.
Так нарешті вдалося вирішити цю складну задачу.
Тепер залишалося домогтися, щоб прилад тримався у воді у вертикальному положенні і щоб протягом його НЕ відносило. Домагаючись цього, Макаров втопив два флюктометра: прядивним тросах явно не вистачало міцності. Довелося чимало повозитися, щоб усунути всі неполадки. Нарешті, третій прилад почав регулярно діяти.
Близько року вів Макаров свою дослідницьку роботу в Босфорі. За цей час він і його помічники зробили тисячу спостережень за обома течіями, чотири тисячі разів визначали питому вагу морської води на різних глибинах і стільки ж разів вимірювали температуру в різних шарах води. Вони працювали вдень і вночі, влітку і взимку. Результати досліджень виявилися дуже важливими для науки. Ось до яких висновків прийшов Макаров.
У протоці Босфор є дві течії. Одне прямує з Чорного моря в Мармурове, інше навпаки - з Мармурового моря в Чорне. Перше протягом поверхневе, друге - глибинне. Макаров з'ясував, чому виникли ці течії.

Карта протоки Босфор, що з'єднує Чорне та Мармурове моря

Подивимося на карту Чорного і Азовського морів. У них впадає безліч всіляких річок. Тут Дунай і Дністер, Південний Буг і Дніпро, Дон і Кубань, Рион і багато дрібних річок, що стікають з кавказького узбережжя. Крім того, чимало річок впадає в Чорне море і біля берегів Туреччини.
Річки приносять в Чорне море дуже багато прісної води. До того ж тут зазвичай випадають сильні дощі. Все це створює надлишок прісної води в море. Куди ж подітися цього надлишку? Адже якщо зайвій воді не буде ніякого виходу, рівень Чорного моря сильно підвищиться і берега виявляться затопленими. Цього не відбувається, тому що частина води випаровується. А інша, більша частина, спрямовується до єдиного виходу - через протоку Босфор, Мармурове море і Дарданелли в Середземне море. Так надлишок води Чорного моря створює поверхнева течія.
Але це ще не все. Прісні води, що надходять з річок, не тільки підвищують рівень Чорного моря, але і сильно опріснюють його. У Мармуровому морі вода набагато солоніша, ніж в Чорному.
Значить, рівень Чорного моря вище, а солоність води куди менше, ніж в Мармуровому. Ця різниця в солоності Чорного і Мармурового морів розкриває таємницю глибинного течії.
За законами фізики відомо, що, чим більше вода насичена солями, тим більше її щільність і питома вага. І навпаки, чим менше її солоність, тим щільність і питома вага менше. Значить, більш солона вода важче.
У Мармуровому морі вода більш солона, ніж в Чорному, значить, вона має велику щільність, ніж вода Чорного моря.
А тиск за тими ж законами фізики більше там, де вода щільніше і важче. Ось і виходить, що на однаковій глибині тиск в Мармуровому морі більше, ніж в Чорному. І так як моря з'єднані між собою вузьким протокою, це тиск змушує воду переміщатися з тих місць, де тиск більше, в ту сторону, де воно менше, тобто з Мармурового моря в Чорне.
Цим і пояснюється постійний рух води в глибині Босфору в сторону Чорного моря.
Макаров не тільки розібрався в природі течій. Він з'ясував ще багато цікавих і важливих подробиць.
Перш за все він встановив, що межа між верхнім і нижнім течіями проходить не горизонтально, а похило. Найближче до поверхні межа у Мармурового моря - 20 метрів. Потім вона знижується і біля Чорного моря проходить вже на глибині 50 метрів. Це і зрозуміло. Чим більше солоність води, тим ближче до поверхні глибинне протягом.
Крім того, Макаров встановив, що рівень Чорного моря вище рівня Мармурового приблизно на 40 сантиметрів. Почасти тому поверхнева течія несе в Мармурове море майже вдвічі більше води, ніж повертає в Чорне море глибинне протягом.
І ще одну цікаву особливість помітив Макаров. Він виявив, що поверхнева течія рухається по Босфорському протоці прямолінійно, найкоротшим шляхом. Зовсім не так йде глибинне протягом. Воно звивається, покірно слідуючи всім вигинів і поворотів русла протоки.
На основі всіх цих спостережень і досліджень Макаров написав велику роботу - «Про обмін вод Чорного і Середземного морів». У цій роботі він довів правильність своїх висновків і висловив дуже важливі думки про природу течій. Праця Макарова ліг в основу розробленої згодом теорії плотностних течій. Його океанографічна робота була великим внеском в молоду науку океанографії і зробила його одним з провідних океанографів світу.