При современном состоянии океанографии остаются еще совершенно неизвестными те количества воды (расходы воды), какие несутся каждым поверхностным течением, и тем более неизвестны количества воды, участвующие в глубоководных движениях вод в океанах. Следовательно, пока совершенно невозможно установить, в какой мере выполняется соответствие между количествами воды, участвующими в трех только что указанных движениях океанических вод. Медленность глубоководных движений вместе с громадным поперечным сечением их, сравнительно с таковым же в поверхностных течениях, показывает, что как будто существует некоторое соответствие между количествами воды, участвующими в тех и других движениях. Но теперь совершенно нельзя судить, установилось ли полное равновесие между всеми этими движениями или нет. Возможно, что значительность объемов холодных полярных течений Восточно-Гренландского и Лабрадорского отчасти и обусловлена отсутствием глубоководного обмена вод между Северным Полярным морем и северным Атлантическим океаном, представляющим почти единственное сообщение этого моря с Мировым океаном. Таким образом, океанография, устанавливая, что потеря тепла в океанах в небесное пространство происходит главным образом через южные приполярные широты, пока не может ответить на следующий вопрос: продолжает ли земля этим путем терять свое внутреннее тепло, или уже установилось полное равновесие между приходом тепла в тропических широтах океанов и расходом его в полярных и приполярных областях. Проблема глубоководного и поверхностного круговорота вод Мирового океана в «Физической океанографии» 1933 г. излагается более подробно. При настоящем состоянии изучения Мирового океана мы, конечно, далеко еще не знаем даже системы поверхностных его течений. Известна только общая схема их, местами несколько лучше, а на обширных протяжениях очень поверхностно. Все это, конечно, происходит и от недостатка наблюдений и от сложности явления, требующего подробного и систематического обследования, и от недостатка теоретических исследований. Та картина поверхностных движений океанических вод, какая изображается на общих картах течений, однако, дает понятие о существовании постоянного обмена вод между тропической областью и полярными широтами. Из описаний отдельных течений несомненно, что во многих случаях поверхностные течения превращаются в подводные или с глубин выступают воды, до тех пор бывшие под поверхностью океана, и становятся поверхностными течениями. Например, Шпицбергенская ветвь Атлантического течения становится подводным течением в Северном Полярном море. Глубинные воды, выступающие вдоль западных берегов материков, частью образуют поверхностные течения, как: Бенгельское, Гумбольдта и т. п. Несомненно, что круговорот поверхностных вод в Мировом океане должен возбуждать и обмен вод в вертикальном направлении, как это видно и из теоретических исследований Экмана. Очевидно, если в океанографии еще далеко не выяснена картина поверхностного движения вод, то вертикальный круговорот их еще менее известен. Много назад можно было говорить о вертикальном круговороте вод океана с большей уверенностью, нежели в настоящее время. Тогда, за недостатком сведений, все представлялось значительно проще и потому выводы было легче делать. В настоящее время имеются уже некоторые теоретические работы, накопилось больше материала, однако пока главным образом для Атлантического океана, и при рассмотрении материала хорошо видна его недостаточность для вопроса о круговороте вод в океане. Общие выводы предшествовавших времен остаются в силе, т. е. несомненно существование обмена вод между тропиками и приполярными областями как на поверхности, так и на глубинах. Но как именно такой обмен происходит, еще нельзя окончательно установить. Германские океанографы на основании своих работ на Планет, Дейтчланд и главным образом на Метеоре (хотя еще не все материалы последнего опубликованы) составили картину вертикального обмена вод в Атлантическом океане, которая здесь и изложена. Распределение температуры, солености, плотности и содержания газов в морской воде вдоль меридиональных разрезов в океанах, приведенных выше в соответствующих главах, показывали несомненно существование движения вод в океанах в вертикальном направлении. Вертикальный меридиональный разрез Атлантического океана был составлен А. Мерцем перед экспедицией на Метеоре на основании совокупности имевшихся тогда данных, вдоль 30° з. д. На этом разрезе показано распределение солености изогалинами от 80 ю. ш. до 70° с. ш., а различного вида стрелками — предполагаемые направления движения, воды в приповерхностных и глубинных слоях океана. В поверхностных слоях океана с севера и юга течения в общем направлены к экваториальной полосе. Ниже 500 м и до глубины в 1300 м в южной части океана между широтами 60° ю. и 40° ю. начинается Промежуточное антарктическое холодное течение с соленостью менее 34,5%о, идущее к экватору. Оно заметно еще и на параллели 10° с. ш. В северной половине океана на тех же глубинах течения столь малой солености не наблюдается. Там (к северу от 10° с. ш. и до 60° с. ш.) идет движение вод относительно большей солености, свыше 35%о, относительно теплых, постепенно опускающихся вглубь от области наибольшей солености на поверхности в широтах около 20—30° с. ш. и еще более северных широт. Это есть Северно-Атлантическое глубинное течение, идущее далеко на юг и захватывающее мощный слой от 1500 м глубины и до 3500 м. Это движение воды (согласно указанию разреза) доходит и даже переходит 60° ю. ш. На параллели 40° ю. ш. воды Северно-Атлантического течения начинают подниматься, постепенно смешиваться с другими местными водами, и течение выклинивается. Под этим течением расположены холодные воды Антарктического придонного течения, достигающие до экватора. Такова сложная схема вертикального круговорота вод Атлантического океана, составленная А. Мерцем перед плаванием Метеора. Материалы Метеора еще не вполне опубликованы, но общие данные о распределении температуры и солености, уже напечатанные, позволяют иметь некоторое суждение. Разрез Мерца расположен вдоль меридиана 30° з. д. и проведен, не принимая во внимание действительного рельефа дна океана. Он пересекает срединное поднятие дна океана глубиной менее 4000 м в нескольких местах, что должно сказываться и на характере изображения вертикального круговорота воды в океане. Новые два разреза, построенные уже по данным Метеора, расположены к западу и к востоку от срединного поднятия и так, чтобы они по возможности шли только по местам с глубинами свыше 4000 м и даже свыше 5000 м. Конечно, когда будет обработано и изображено вдоль таких же разрезов вертикальное распределение: плотности, кислорода, концентрации водородных ионов, а также биологических наблюдений, тогда по общей сумме данных можно будет лучше судить, насколько составленная картина вертикального круговорота вод океана подтверждается всеми собранными материалами. Надо заметить, что кратко изложенные выше результаты наблюдений на Метеора не вполне подтверждают ранее составленную схему вертикального круговорота вод. В Африканском понижении дна океана в сущности осталось не доказанным существование глубоководного Северно-Атлантического течения, идущего к югу. Различия в температурах и солености вод на глубинах слишком незначительны, чтобы на одних таких основаниях строить доказательство существования движения вод из северного Атлантического океана так далеко на юг, до м. Доброй Надежды. Предположение А. Мерца, что североатлантические холодные воды заходят на глубинах от 2000 до 4000 м за 50° ю. ш., еще нельзя считать доказанным. К югу от Африки исследования Метеора показали, что Игольное течение очень мощно, оно достигает до 2000 м глубины и совершенно в этом месте прекращает доступ на север промежуточному Антарктическому движению холодных вод. Различия в температурах и солености на больших глубинах, наблюденные на Метеоре, так невелики, что они могут быть результатом и местных вертикальных конвекционных движений, особенно в тропиках, где сильное испарение может этому способствовать в значительной мере. Существование промежуточного холодного и малой солености Антарктического течения (около 1000 м глубины) надо признать достаточно доказанным в южном Атлантическом океане. Его существование в Индийском океане подтверждается и 3. Дригальским на основании его наблюдений в 1901—1903 гг. во время плавания на Гаусе. Придонное Антарктическое холодное течение более обоснованно и оно более вероятно, нежели проникновение глубинных 1вод из северной части океана так далеко на юг, как предположено на этих разрезах. В течение последних более чем двадцати лет ежегодно производились обследования вокруг Ньюфаундлендской банки на предмет охраны путей почтовых пароходов от встречи со льдами в этих местах. Работы производились американскими океанографами, они же на корабле Марион в 1928 г. изучали море Баффина, тоже в связи с обеспечением плавания у Ньюфаундленда. Опыт, накопленный за это время, привел американцев к заключениям, до некоторой степени противоречащим мыслям германских океанографов. Американцы находят, что антарктические придонные воды доходят даже до 50° с. ш. в американской котловине океана, т. е. они высказывают иное мнение по вопросу о вертикальном круговороте океана. Рассматривая океанографические разрезы, сделанные во время экспедиции на Марион, Смитт не находит никакого доказательства опускания воды с поверхности зимой для .образования придонного холодного слоя. Условия, найденные Нансеном и Гелланд-Ганзеном для образования холодной придонной воды по восточную сторону Гренландии в Северном Европейском море, совершенно отсутствуют по западную сторону Гренландии в проливе Дэвиса. Вот указанное обстоятельство и приводит американцев к мысли о проникновении на глубины северного Атлантического океана антарктических вод. Они также не согласны с Нансеном относительно роли, придаваемой последним зимнему охлаждению воды в северной части Атлантического океана (в области к югу от Гренландии), как источнику придонных вод низкой температуры. По мнению американцев, охлаждение глубинных слоев этой части океана производится холодными водами Лабрадорского и соединяющегося с ним в море Баффина Восточно-Гренландского течений, в общем обладающими громадной массой холодной воды (10,5 млн. т. в секунду). Таяние же льдов, приносимых из полярных широт в северный Атлантический океан, как они справедливо вычисляют, может играть только второстепенную роль, не более одной десятой доли охлаждающего влияния вод двух вышеуказанных течений. По мнению Э. Дригальского, в антарктических водах и вообще в южной части Мирового океана существует следующее распределение поверхностных и глубинных течений. Поверхностные воды в высоких южных широтах образованы холодным слоем, имеющим свое происхождение в водах материковой отмели Антарктического материка. Материковая отмель вокруг всей Антарктиды отличается от таковой же вокруг других материков двумя особенностями. Обычно материковая отмель ограничивается глубинами около 200 м, а у Антарктиды она часто продолжается до 1000 м глубины. Затем она отличается большой шириной; только около Земли Котса она значительно уже. На материковой отмели охлаждение обуславливается громаднейшими окраинами ледников, спускающихся с материка в виде настоящих ледяных стен до заметной глубины. Вследствие таких условий и температура и соленость вод материковой отмели очень однородны во всей их толще. Обычно они около —1,7, —1°,8, а соленость около 34,4%о. Эти воды, по наблюдениям Дригальского, совершенно подтвержденным в течение последнего плавания Дисковери II в 1932—1933 гг. вокруг всего побережья Антарктиды, под влиянием прибрежных ветров и уклоняющей силы от вращения Земли (в южном полушарии — влево), образуют прибрежное западное течение мощностью около 300 м, окружающее весь материк. Поверхностные же воды под влиянием случайных ветров имеют движения по разным направлениям. Они то и производят передвижения ледяных полей. Эти чисто полярные воды материковой отмели постоянно текут к экватору и за параллелью 50° ю. ш. они образуют промежуточное подводное течение, идущее в Индийском океане до южного тропика, а в Атлантическом океане даже до северного тропика на глубинах до 1000 м. Ниже этого течения лежит слой теплой и соленой воды, которая доходит до самой окраины материковой отмели Антарктиды, где имеет еще температуры на 2—3° выше, чем в слоях воды выше и ниже. Это, очевидно, есть воды тропического происхождения, что видно и по их большой солености. Этот слой воды имеет значительную мощность, не менее 1000—1500 м, и распространяется до глубины около 2000—2500 м. Он виден и на разрезах Челленджера и Газели, относящихся к 1872—1876 гг., он найден и на Метеоре. Ниже, до самого дна океана, располагается мощный, холодный слой воды очень однообразной температуры и солености. Эти воды происходят от смешения холодных, прибрежных, чисто антарктических вод, с теплыми и солеными водами тропического происхождения. Это видно по температурам донного слоя, промежуточным между температурами антарктических вод и вод теплых тропического происхождения, и по солености донных вод, которая близка к солености теплого промежуточного слоя тропических вод. Вот как пока возможно себе представить вертикальный меридиональный круговорот в Атлантическом и других океанах. Очевидно, что во всех океанах должно существовать нечто подобное, однако видоизмененное в зависимости от их местных условий и особенно от рельефа дна. Уже небольшие обследования на Карнеджи в 1928—1929 гг. в южном Тихом океане показали, что там придонные слои воды беднее кислородом, нежели в Атлантическом океане, и, следовательно, вертикальный глубинный круговорот — слабее. Для объяснения бедности кислородом глубинных вод Тихого океана Г. Свердрупом уже высказано предположение, что они приходят из южного Индийского океана и потому долго были лишены соприкосновения с атмосферой. Но если и для Атлантического океана даже после больших работ Метеора еще нельзя составить достаточно обоснованной картины вертикального меридионального круговорота вод, то для других океанов пока возможно только первое приближение к истине. Одно обстоятельство, вытекающее из работ Метеора, может считаться установленным. Вертикальные распределения температуры находятся в большой зависимости от рельефа. Над всеми поднятиями дна, несомненно, находится более холодная вода. На это явление указал еще Бьюкэнен, физик экспедиции Челленджера. Насколько велико влияние рельефа на вертикальное распределение температуры, прекрасно видно на примере вдоль разреза Метеора по широте 48°30' ю. Говорить о скоростях указанных глубинных движений вод пока еще нельзя. Скорости, как видно уже и на меридиональном разрезе Мерца, чрезвычайно незначительны и, конечно, не поддаются непосредственному измерению существующими приборами. Косвенные доказательства давно уже показали, что придонный слой воды океана почти неподвижен. Если же он и двигается, то именно ползучим движением, похожим на движение ледниковых покровов на суше. Из только что изложенного следует, что замечание покойного нашего знаменитого натуралиста А. И. Воейкова остается в силе и теперь. Земной шар теряет свое тепло в междупланетное пространство главным образом через высокие южные широты, лишенные значительного ледяного покрова плавучих льдов. Сюда из тропиков приносятся теплые и соленые воды, тут они охлаждаются лучеиспусканием в атмосферу и текут под поверхность Антарктического промежуточного течения, образуя теплый глубинный слой, и затем глубоководными придонными течениями опять возвращаются к тропикам. На карте течений Атлантического океана Г. Мейера показаны струи течений океана. Для Атлантического океана подобную карту построить было легче, чем для других океанов, потому что для этого океана имеется наибольшее количество материала по течениям. Для Индийского океана материалов уже меньше, а для Тихого еще меньше. Между тем для построения подобных карт, как указано выше, необходимо иметь обильный материал, чтобы построить ее по одноградусным квадратам. Однако в виде первого приближения такие карты уже существуют. На карте проведено, кроме стрелок струй течений, еще несколько кривых линий в тех местах, где линии струй течений сходятся. Это есть те полосы океана, где массы воды опускаются с поверхности в глубину океана; в тропиках таких полос— две (обозначены на карте буквами ВВ и В'В'), одна в северном полушарии, в так называемых «конских широтах», а другая в южном полушарии, и та и другая «а полярных границах пассатов. В этих местах охладившиеся воды, принесенные из экваториальной полосы течениями, опускаются и на глубинах около 200 м текут к экватору, где они и поднимаются на поверхность. Некоторая же часть их, по-видимому, опускается на большие глубины. В северном полушарии, вдоль северной окраины Гольфстрима, там, где он граничит с «холодной стеной», проведена линия (обозначена на карте буквами АА), указывающая на существование в этом месте полосы опускания воды в глубину. Подобное же явление наблюдается и далее на севере, вдоль восточных берегов Гренландии и юго-западных Шпицбергена. В южном полушарии, вдоль полосы между Поперечным течением и антарктическими течениями, также наблюдается пояс, где воды с поверхности опускаются вглубь (на карте обозначен А'А'). На юге океана, в широтах около 50° ю. ш., показаны два овала в области круговоротов течений. По-видимому, в этих местах в придонных слоях лежат области охлажденной воды. При том уменьшении масштаба карты, какой пришлось взять, чтобы поместить ее в книге, конечно трудно различить те многочисленные обозначения, которые даны в таблице объяснительных знаков. На карте показаны струи течений стрелками, причем по восьмибалльной системе, скорости течений в морских милях за 24 часа и в сантиметрах в секунду. Ширина стрелок по четырехбалльной системе показывает в процентрах устойчивость течений. Показан и характер материалов, послуживших для построения стрелок, по пятибалльной системе. Стрелки с тремя белыми шашками показывают, что материалы были недостаточны. Стрелки с двумя, одной белыми шашками и сплошь черные показывают, что материал для их построения был достаточно полон, причем числа: 1—4, 5—9 и 10 указывают число наблюдений течений в одноградусном квадрате. Тонкие черные стрелки с двумя белыми шашками показывают, что эти данные взяты с других карт течений. Несомненно, что построение подобных карт течений дает понятие о характере движения поверхностных слоев океана и имеет интерес для теоретических обсуждений течений. Но для практического использования карт течений на судах во время плавания обычные карты течений, подобные тем, какие в виде примера даны выше, остаются более удобными для пользования.
«Не существует границ ни с одной стороны во вселенной. Так как в противном и вне ее нечто должно находиться. Нечто, стоящее вне вещи, никак мы не можем представить, Если в ней нет ничего, что ее означает границы, Дальше которых она недоступна природному чувству. Но допустить вне вселенной нельзя бытия никакого. А потому у нее ни конца, ни размеров» - Лукреций «О природе вещей». Природа едина, беспредельна и бесконечно разнообразна, а люди со всеми их знаниями конечны и потому далеко не всеобъемлющи. Вот причина, почему изучение природы разделяется на многие отрасли знаний, постепенно разрастающиеся по мере расширения области, охватываемой человеческим разумом, при исследовании природы. По мере накопления сведений сперва постепенно подготовляется, а потом в короткий промежуток времени как бы внезапно вырастает новый отдел знаний, новая наука, занимающая свое место в ряду других, образовавшихся ранее. Причем это место оказывается как бы нарочно для нее приготовленным и ее ожидавшим; она как раз заполняет ту пустоту, которую перед тем только что начали замечать и ощущать; она помогает пониманию целого ряда явлений в родственных ей отделах знаний, остававшихся до тех пор не ясными. Таким образом, новая отрасль наук образует в совокупности с ранее существовшими стройное целое, развивающееся далее, пока изучение и накопление сведений не откроет перед людьми возможности снова подметить новые пробелы в созданной ими системе знаний, стремящейся к постижению природы. Так и океанография, постепенно накоплявшая свой материал в течение столетий, но образовавшаяся окончательно только в XIX столетии, быстро заняла в науке соответственное место и в короткое время своего существования успела уже доказать все свое громадное значение в деле изучения земной природы и всю важность ее приложений для экономических условий жизни людей. И то, и другое непосредственно следует из распределения суши и воды на земле. Суша, на которой живет человеческий род, невольно привлекала всегда главным образом ум человека и составляла главный предмет его изучения. Между тем суша занимает всего 29% земной поверхности, и без океана ничто не могло бы на ней существовать: только воды океана, испаряясь, дают материал для атмосферных осадков, обуславливающих существование растительности на земле. Эта же последняя дает в свою очередь начало всей остальной органической жизни.