Португальцы потратили почти столетие на прокладку пути вдоль африканского побережья, пока наконец не дошли до южной оконечности континента и не обошли ее, открыв проход в Индийский океан. А теперь не прошло и поколения с 1492 года, когда была открыта Америка, как европейские моряки разведали все океаны планеты и совершили первое в истории кругосветное плавание. Это была настоящая революция, знаменовавшая рождение современной глобальной экономики.

Все это стало возможным только потому, что мореплаватели распознали закономерности попутных ветров и течений по всему земному шару, и именно это и задало торговые пути, приносившие в Европу несметные богатства. Но по какой причине на земном шаре возникают чередующиеся полосы преобладающих ветров, которые, в свою очередь, запускают огромные карусели океанских течений?

Самый теплый регион на Земле – экватор, который получает больше всего прямых солнечных лучей за год. Воздух у поверхности на экваторе нагревается и поднимается вверх, но по мере подъема остывает, и влага в нем конденсируется в облака и затем выпадает в виде дождя. На большой высоте остывающая масса воздуха расходится на север и на юг – этакая развилка в верхних слоях атмосферы. Каждая из ветвей проходит около 3000 километров, а затем снова опускается к поверхности примерно на широте 30° в Северном и Южном полушарии, то есть примерно на трети расстояния между экватором и соответствующим полюсом, только к этому времени воздух становится совсем сухим. Эти две полосы вокруг Земли называются субтропическими антициклонами, поскольку воздух, резко опускаясь, создает зону несколько повышенного давления. Теплый воздух, поднимающийся с экватора, оставляет по себе, напротив, зону пониженного давления.

Затем воздух субтропических антициклонов на широте 30° возвращается к экватору в виде поверхностных ветров, завершая огромный вертикальный круговорот. Эта зона постоянных ветров, игравшая такую важную роль для европейцев в плаваниях к берегам Америки, – манифестация той же закономерности циркуляции в атмосфере, которая создает мощные пояса тропических лесов и пустынь в средних широтах, о которых мы говорили в предыдущей главе. Эти два колоссальных атмосферных конвекционных круговорота – точь-в-точь как в радиаторе у вас дома – называются ячейками Хэдли и подобны паре шестерней, разделенных экватором и вращающихся в противоположных направлениях. Движение ячеек Хэдли, вызванное нагревом экватора, – это колоссальный тепловой двигатель, действующий по тому же принципу, что и паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания в вашем автомобиле, только обладающий мощностью примерно в 200 миллионов ватт, в десять раз больше, чем вся энергия, расходуемая сегодня человеческой цивилизацией.

Однако на рисунок ветров на планете влияет и другой существенный фактор. Наша планета вращается, причем вместе с атмосферой. Поскольку Земля – твердая сфера, это значит, что поверхность на экваторе движется быстрее, чем в более высоких широтах. Поэтому, когда воздух возвращается из зоны субтропических антициклонов к экватору, поверхность под ним движется на восток все быстрее и быстрее. И тогда небольшое трение между поверхностью и атмосферой начинает тащить воздух за поверхностью, но воздух не успевает набрать достаточную боковую скорость, поэтому ветры, дующие в сторону экватора, отстают от вращающейся поверхности. В результате они отклоняются к западу по плавной кривой. Это называется «эффект Кориолиса», он влияет на все, что движется по поверхности вращающейся сферы, например на траектории баллистических ракет. Иначе говоря, если представить себе, что мы плывем по тропическим морям на корабле, превалировать будут ветры, дующие с востока, но точнее было бы сказать, что мы вместе с поверхностью Земли быстро мчимся сквозь атмосферу, а эти восточные ветры – будто ветерок, который треплет волосы, когда несешься в открытом автомобиле.

Все ветры в Северном полушарии под воздействием эффекта Кориолиса отклоняются вправо, а в Южном – влево. Поэтому между экватором и 30° северной широты преобладающие ветры следуют по кривой на юго-запад, а следовательно, согласно номенклатуре, называются северо-восточными. То же самое справедливо и для Южного полушария: ветер, возвращающийся на север вдоль поверхности к экватору, смещается к западу, что создает преобладающие юго-восточные ветры. Эти стабильные восточные ветры в тропиках называют пассатами, и они стали жизненно необходимым подспорьем для мореплавателей.

Полосу на экваторе, где возвратившиеся северо-восточные и юго-восточные ветры встречаются, современные метеорологи назвали зоной межтропической конвергенции. А морякам она известна своими штилями. Это область низкого давления, для которой характерны слабые ветры или периоды полного затишья, и первыми в нее попали португальские мореплаватели, когда пересекали экватор по пути вдоль африканского побережья в конце XV века. Этот регион мог обернуться бедствием для кораблей – им приходилось неопределенно долго ждать ветра или ловить течение, которое вынесло бы их из мертвой зоны. Парусники могли застрять так на долгие недели, а в жарком влажном климате это могло означать не только задержку доставки груза в порт, но и верную смерть, если кончатся запасы пресной воды. Отчаяние моряков, попавших в штиль в Тихом океане, описывает Сэмюэл Тэйлор Кольридж в «Поэме о старом моряке»:

Расположение зоны межтропической конвергенции зависит от поднимающегося воздуха, нагретого солнцем, поэтому в разные времена года она несколько смещается к северу и к югу от геометрической линии экватора. А поскольку летом суша нагревается быстрее океана, континенты отодвигают полосу зоны межтропической конвергенции дальше от экватора. Поэтому она идет по обхвату планеты почти что по синусоиде – по волнистой линии. От этого точное положение и ширину зоны межтропической конвергенции трудно предсказать, что увеличивает для моряков опасность попасть в полосу штилей.

Основные циркуляционные течения в атмосфере Земли, создающие чередующиеся полосы преобладающих ветров

Изображение нарисовано по эскизу автора Мэтью Броутоном на основании данных из Lutgens (2000) (Figure 7.5), Wells (2012) (Figure 6.13).

Далеко за тридцатой параллелью, куда спускаются массы воздуха из ячеек Хэдли, примерно на 60° к северу и к югу, воздух на поверхности, конечно, прохладнее, чем на экваторе, однако все равно достаточно теплый, чтобы подняться в атмосферу и запустить аналогичную петлю конвекции. Точно так же, как и в случае ячеек Хэдли, ветры на поверхности в нижней части петли дуют обратно к экватору и слегка отклоняются вправо под воздействием эффекта Кориолиса, что создает полосу полярных восточных ветров.

Третья, и последняя, пара крупных циркуляционных течений в атмосфере Земли – две ячейки Ферреля в средних широтах, между 30° и 60°. Однако система Ферреля, в отличие от первых двух, пассивна: она движется не из-за подъема собственного теплого воздуха, а из-за вращения ячеек Хэдли и полярных, между которыми лежит. Примерно как шестеренка, которая не подсоединена ни к какому двигателю, но вращается за счет двух других. Там, где смыкаются нисходящие потоки ячеек Ферреля и Хэдли – примерно на 30° к северу и к югу, – формируются два субтропических пояса высокого давления, так называемые «конские широты». Для этих областей тоже характерны несильные переменчивые ветры или штили, поэтому мореходы также научились их обходить.

Поскольку ячейка Ферреля с обеих сторон движется за счет ячеек Хэдли и полярных ячеек, она вращается в противоположную сторону. И для эпохи великих мореплавателей это оказалось крайне важным. Поверхностные ветры ячейки Ферреля дуют не к экватору, а к полюсам, поэтому эффект Кориолиса отклоняет их в противоположном направлении. Это зона западных ветров. Таким образом, ветер дует на запад в двух разных полосах широт – это пассаты ячейки Хэдли и полярные восточные ветры, – но если хочешь проплыть на восток, это можно сделать только в полосах между двух ячеек Ферреля за счет западных ветров, которые в них создаются. Именно таков маршрут обратно в Европу из Центральной и Северной Америки, которым первым прошел Колумб, когда понял, что ему нужно двинуться на север в эту зону, чтобы вернуться домой.

Такую же важную роль сыграла зона западных ветров в Южном полушарии. Как мы уже отмечали, из-за нынешнего распределения континентов в результате тектоники плит основная часть суши сосредоточилась в Северном полушарии, где путь ветрам преграждают высокие горы. А в Южном полушарии преобладает, напротив, открытый океан, где ветрам ничего не мешает. В частности, ниже 40° западные ветры могут обогнуть земной шар практически беспрепятственно – там нет ничего, кроме оконечности Южной Америки и двух островов Новой Зеландии. Поэтому западные ветры в Южном полушарии в целом значительно сильнее своих северных собратьев, и моряки назвали эту зону «ревущие сороковые». А если корабли отваживались зайти еще дальше к югу, невзирая на бешеные ветры и волны, морозы и опасные айсберги, к их услугам оказывались еще более сильные «неистовые пятидесятые» и «пронзительные шестидесятые».

Этот рисунок из чередующихся полос ветров между экватором и полюсами движет и океанскими течениями, которые также имели колоссальное значение при объединении нашего мира в большие торговые сети. Соседствующие зоны восточных пассатов и западного ветра сдувают воду на поверхности в противоположные стороны. В сочетании с тем, что континенты мешают воде просто течь вокруг света, а водные массы при движении на север или на юг подвержены эффекту Кориолиса, это создает мощную систему крупных замкнутых морских течений. Таких течений пять: в Северном и Южном Атлантическом океане, в Северном и Южном Тихом океане и в Индийском океане. Они вращаются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой в Южном и, подобно направлению поясов ветров, зеркально симметричны относительно экватора.

Канарское течение вдоль побережья Северной Африки было хорошо известно еще финикийским, а затем иберийским мореплавателям, как мы уже знаем. Это восточная часть крупного океанского течения, циркулирующего в Северном Атлантическом океане, а его западная часть – это Гольфстрим, несущий теплые воды Карибского бассейна в Северную Европу. Гольфстрим открыли в 1513 году, когда испанские мореходы, плывшие вдоль побережья Флориды, обнаружили, что их толкает назад, несмотря на сильный попутный ветер (вода значительно плотнее воздуха, поэтому даже самое слабое океанское течение влияет на парусник гораздо сильнее ветра). Были немедленно сделаны коммерческие выводы: тяжелогруженым галеонам достаточно было попасть в эту широкую стремительную реку в океане, чтобы их отнесло на север, а потом они могли вернуться домой с западными ветрами. Зеркальное отражение Гольфстрима – Бразильское течение, которое идет вдоль восточного побережья Южной Америки и несет корабли в зону западных ветров, на которых можно обогнуть Африку и попасть в Индийский океан.

Итак, в целом в каждом полушарии атмосфера, окружающая планету, делится на три огромные ячейки циркуляции – как будто наша Земля обернута толстыми трубами, каждая из которых вращается на месте и со сменой времен года еще и смещается на север или на юг. Эти ячейки создают крупные зоны преобладающих ветров – восточные пассаты, западные ветры и восточные полярные ветры, которые, в свою очередь, запускают замкнутые океанские течения. Поэтому практически весь рисунок ветров на Земле можно объяснить тремя простыми фактами: на экваторе жарче, чем на полюсах, теплый воздух поднимается, а планета вращается.

Все это создает опоясывающие Землю полосы постоянных ветров. Однако в одном регионе планеты сложилась уникальная система ветров, позволившая создать оживленную сеть морской торговли задолго до того, как туда пришли европейцы.