Если бы Земля представляла собой сплошной материк, то единственным регулятором температуры на ее поверхности был бы ветер, происходящий от смены теплого и холодного воздушных течений, причем, под влиянием движения Земли вокруг оси, холодное течение воздуха (в северном полушарии) направлялось бы к экватору с СВ, а теплое уходило бы от него с ЮЗ, образуя систему ветров, называемых пассатами. Эти пассаты и существуют в действительности, но только простираются не выше 35° широты в обе стороны от экватора.
Если бы Земля была окружена сплошной водной поверхностью, то под влиянием пассатов образовались бы водные течения, сгонявшие воду к экватору, по которому она текла бы с востока на запад, причем такое движение воды происходило бы по всему земному шару, постепенно ослабевая в скорости от экватора к полюсам.
Если, однако, представить себе на пути такого океанического течения поперек экватора материк с береговой линией, наклоненной с СВ на ЮЗ, каким в действительности является восточный берег северной Америки, то экваториальное, сильно нагретое Солнцем течение, движущееся с В, встретив препятствие в виде материка, должно будет отклониться и устремиться к северу вдоль берега, омывая и согревая его теплой водой. Попадая же в более северные широты, оно, под влиянием замедляющегося здесь вращения поверхности земного шара, начнет отклоняться к востоку. Это мы и видим в действительности на примере Гольфстрима, т. е. «течения, выходящего из залива», если перевести это название по-русски. Оно, действительно, выходит из Мексиканского залива, идет вдоль берегов Америки до мыса Гаттераса (на 42° сев. широты), откуда начинается поворот его к берегам Европы и разветвление на ряд потоков, подходящих к Англии, Франции, Исландии и Норвегии.
Вследствие малой ширины Флоридского пролива, воды Гольфстрима устремляются из него со значительной быстротой — до 5 км в час, выбрасываются в Атлантический океан высоким валом, выше обычного уровня. Каждый час Гольфстрим выталкивает из залива в океан до 90 000 000 000 тонн воды, другими словами, в 76 тысяч раз больше, чем выносится одной из наиболее многоводных и быстрых наших рек — Невой. Ширина течения 70 км, глубина 700 м. Температура Гольфстрима в месте его образования достигает 30° С. Тепло, уносимое к северу, соответствует 2 000 000 тонн угля, сжигаемого каждую минуту.
Вот как описывает Гольфстрим наш композитор Н. А. Римский-Корсаков, пересекший его в октябре 1863 г., на пути в Нью-Йорк. «Неподалеку от американского берега мы пересекли Гольфстрим. Мы были удивлены и обрадованы, выйдя утром на палубу и увидав совершенно изменившийся цвет океана: из зелено-серого он сделался чудным синим. Вместо холодного, пронизывающего (октябрьского) воздуха Солнце и очаровательная погода. Мы точно попали в тропики. Из воды каждую минуту выскакивали летучие рыбки… Опустили градусник в воду: +18° Р. Наутро третьего дня по вступлении в Гольфстрим — опять перемена: серое небо, холодный воздух, цвет океана серо-зеленый, температура воды 3° или 4° Р, летучие рыбки исчезли. Наш клипер вступил в новое холодное течение, лежащее бок о бок с Гольфстримом (так наз. Лабрадорское, направляющееся из Арктики на юг). Мы начали направлять свой путь на ЮЗ к Нью-Йорку» … (Летопись моей музыкальной жизни, стр. 64).
Гольфстрим несет свое тепло далеко на север. От Норд Капа в Норвегии живительные струи его проходят через Баренцово море, делая наш Мурманский порт незамерзающим. Изучение материалов экспедиции нашего Арктического института на ледоколе «Малыгин» устанавливает, что теплые струи Гольфстрима проникают не только вдоль западных берегов Новой Земли, но и в район к северу от Земли Франца-Иосифа. Правда, здесь это течение опускается на большие глубины и течет под поверхностью холодной воды, но в некоторых местах, выходя наружу, имеет температуру + 4° Ц.
Впервые термометр был опущен в океан в 1768 г.; через 50 лет после того А. Гумбольдт установил, что температура течений в океанах резко разнится от обычной соседней, но лишь в 1822 г. впервые была высказана мысль английским астрономом Себейном, что высокая температура океанической воды может влиять на нашу погоду. Он заметил, что в конце 1821 г. Англия омывалась необычайно теплыми водами, после чего последовала теплая и богатая осадками зима. Оба явления он поставил в связь, т. е. колебания сезонной погоды с термикой океана. Впоследствии Мейнардус, Петерсен и Э. Лесгафт исследовали детально этот вопрос и показали, что колебания температуры Гольфстрима отражаются на последующем режиме европейской погоды, и за Гольфстримом установилась репутация «печки Европы».
Но так как движение водных масс в океане, по сравнению с движением воздушных масс, происходит гораздо медленнее, и температура воды отличается большей устойчивостью, то возникает вопрос: если в каком-либо районе океанического течения под влиянием определенно направленного длительного воздействия атмосферных условий создается определенная температурная аномалия воды, то может ли эта аномалия быть перенесена течением в другой район океана? Исследования последнего времени дали положительный ответ на этот вопрос.
В. Ю. Визе исследовал вопрос о переносе температурной аномалии от восточных берегов С. Америки к западным берегам Европы при помощи Атлантического течения, сопоставляя количество айсбергов, выносящихся Лабрадорским течением в районы Нью-Фаундленда, с температурой воды между Шотландией и Исландией. Айсберги в данном случае брались как показатели интенсивности холодного Лабрадорского течения. Оказалось, что колебания интенсивности этого течения отражаются на температуре вод между Шотландией и Исландией через 5 месяцев. Следовательно, мы имеем теперь возможность примерно за полгода вперед судить о термическом состоянии вод между Шотландией и Исландией.
Английский метеоролог Брукс показал, что колебания ЮЗ и СЗ пассатов через значительные промежутки времени отражаются не только на температуре воды на севере Атлантического океана, но и на величине барометрического градиента между Азорскими островами и Исландией. Здесь мы видим, какое значение гидрологический прогноз имеет для метеорологического.
В общем цепь зависимостей оказывается гораздо сложнее. Первоначальная причина лежит в атмосфере, следствие — в гидросфере, т. е. пассаты вызывают морские течения и повышают их температуру. А морские течения, уже являясь фактором гидрологическим, оказываются причиной нового явления в атмосфере — распределения барометрического давления, которое есть не что иное, как показатель воздушных течений в тропосфере, т. е. тех теплых (тропических) и холодных (арктических) потоков в воздушной оболочке Земли, смена, взаимодействие и расположение которых вызывают смену погоды и, в конце концов, определяют собою климат. Таким образом, успехи достижений метеорологии стоят в тесной связи с гидрологией и будущее долгосрочных прогнозов погоды всецело зависит от крепости моста, пере кинутого между гидрологией и метеорологией.
Здесь любопытно будет отметить, в качестве примера, что тепловая аномалия Гольфстрима, наблюдавшаяся Себейном в Англии в 1821 г., не ограничилась только явлением теплой зимы в Англии. Было приведено воспоминание П. Каратыгина о необычайно теплой весне 1822 г. в Петербурге. Океаническая волна тепла и здесь нашла свое метеорологическое отражение. Но еще более яркие примеры дает нам наш Север за последнее время. В Баренцово море в последние 12 лет Нордкапское течение почти из года в год несет воды с большой положительной аномалией температуры. Средняя температура поверхностных слоев воды в Баренцевом море за последние 12 лет на 1,5° выше, чем температура за все предшествовавшие 28 лет. Принимая во внимание большую теплоемкость воды, мы видим, что указанная разница в температуре свидетельствует об очень большом количестве тепла, приносимого к нашим северным берегам. Это тепло не только отодвинуло далеко на север обычную кромку льда в Баренцовом море, не только повлияло на фауну моря (изменения в ходе трески и пикши у берегов Норвегии и Мурмана), но и отразилось на климате северо-западной части Европы. Всем памятны зимы 1924—25, 1929—30 и 1932—33 (в первой своей половине) своим необычайным теплом, когда Нева в Ленинграде замерзала окончательно только в январе или феврале. Но и на Земле Франца Иосифа декабрь 1929 г. оказался на 12° теплее средней температуры за пять лет наблюдений. В конце декабря и в начале января 1930 г. удалось осуществить рейс из Архангельска на Новую Землю — единственный до настоящего времени из известных в истории навигации к этому острову рейс, совершенный в середине зимы. В августе 1932 г. экспедиция на «Малыгине» обнаружила уменьшение глетчеров за последние 25 лет на земле Рудольфа. А ведь было время, когда Баренцово море летом сильно забивалось льдом. Так, например, морской лед подошел в 1881 г. необычайно близко к берегам Норвегии и находился всего только в 12 милях от Нордкапа. Суда, шедшие из Норвегии в Архангельск, испытывали в Баренцовом море затруднения из-за льдов.
Н. Н. Зубов, начальник экспедиции к Земле Франца-Иосифа, беспрепятственно обогнувшей в 1932 г. на моторно-парусном боте «Книпович» эту Землю с севера, полагает, что этой удаче содействовало главным образом отражение в Баренцовом море тепловых воздействий системы Гольфстрима. Он говорит, что на основании прежних наблюдений довольно нетрудно, зная среднюю температуру Нордкапского течения в мае, сопоставить ее с ледовитостью Баренцева моря за 5 летних месяцев и этим путем по майской температуре течения прогнозировать состояние льдов в августе. Так, в неблагоприятный 1917 г. 74% всей площади Баренцова моря было покрыто льдами, в 1912 г. 36%, в благоприятный 1923 г. только 2%. Прогноз для 1932 г. указывал на деловитость в августе не более 12%, такая малая ледовитость открывала широкие возможности для работ на Севере, и маленький бот «Книпович», водоизмещением 100 тонн, с мотором в 125 лошад. сил обогнул с севера, иногда неприступную даже с юга Землю Франца Иосифа, что вызвало всеобщее удивление.
В 1931 г. вышла в свет работа Сандстрема «Гольфстрим и погода», в которой указывается, что в начале 1928 г. температура у его истоков оказалась на 5° выше нормальной. Гребень этой тепловой волны, по мнению Н. Н. Зубова, постепенно продвигался на север и к 1930 г. докатился до Баренцова моря, а в 1932 г. достиг Северной части Земли Франца-Иосифа; именно на гребне этой тепловой волны и было совершено плавание «Книповича» вокруг этой Земли. Зима 1929 г., отличавшаяся своими суровыми февральскими холодами, была вызвана тем же Гольфстримом, как реакция, вследствие обвала холодных масс воздуха из Арктики в тыл тропическим токам, устремившимся на Европу со стороны Атлантического океана. Но дальнейшее перемещение к северу «гребня» тепловой волны Гольфстрима послужило базой для развития циклонической деятельности в Северной Европе. И действительно, уже в декабре 1929 г. средняя температура Нордкапского течения по Кольскому меридиану, бывшая в течение 1928 и 1929 гг. сравнительно низкой, оказалась исключительно высокой, и уже тогда явилась возможность говорить о возможности ранней весны на западе Европейской части СССР и малого количества льда в Баренцовом море. И тогда же Н. Н. Зубовым был выдвинут вопрос о необходимости использования наступающих благоприятных ледовых условий для океанографических работ в высоких северных широтах.