Когда мы представляем себе опасности подводного плавания, воображение рисует чудовищное давление на большой глубине, способное раздавить прочный корпус субмарины, как консервную банку.
- Безусловно, бездна океана опасна. Однако для опытных подводников существует другая, более коварная угроза, скрытая не на дне, а в толще воды. Она называется «жидкий грунт» или «жидкое дно».
В интернете можно встретить упоминания о некой «сверхплотной воде» — гипотетической полимеризованной форме H₂O, которая по консистенции напоминает сироп, закипает при 250 градусах и имеет плотность до 1,4 г/см³ .
Плотность воды в океане, не однородна и не является постоянной величиной. Она зависит от трех факторов: Температуры, солености и давления. С глубиной давление, конечно, растет, сжимая воду. Однако основную «погоду» в верхних слоях океана (до нескольких сотен метров) создают температура и соленость.
Теплая вода легче холодной, а пресная легче соленой. В океане эти параметры распределены неравномерно. Представьте себе слоеный пирог: Теплая и легкая вода у поверхности, затем — резкий переход в слой более холодной и плотной воды. Этот переходный слой, где плотность меняется скачкообразно, океанологи называют «слой скачка» (или термоклин).
Именно здесь и скрывается опасность для подводных лодок.
Для субмарины, обладающей нейтральной или близкой к ней плавучестью, резкое изменение плотности воды становится физической преградой.
Когда подводная лодка погружается и достигает верхней границы слоя скачка, её плавучесть резко возрастает. Вода под килем становится намного плотнее, чем над рубкой.
Представьте себе, что вы пытаетесь утопить надувной мяч, который с огромной силой выталкивается обратно. Лодка испытывает мощное положительное приращение остаточной плавучести. Чтобы преодолеть этот слой и нырнуть глубже, ей нужно принять дополнительный балласт, увеличить ход и изменить дифферент. Если же лодка уже находится под слоем скачка и всплывает, этот слой будет работать как потолок, не давая ей подняться выше.
Именно этот эффект моряки называют «покладкой на жидкий грунт». Подводная лодка может лежать на этом плотном слое, как на настоящем дне, с остановленными двигателями, сохраняя полную нейтральную плавучесть.
Почему же это так опасно? Во-первых, «жидкий грунт» — это невидимая ловушка. Экипаж может и не подозревать о наличии резкого термоклина. Если лодка имеет небольшой запас отрицательной плавучести, она может нормально погружаться, но, достигнув слоя скачка, резко замедлиться или даже остановиться.
Но главная опасность кроется в другом. Если слой скачка очень мощный, лодка может на нем зависнуть. Не в переносном, а в прямом смысле.
Она окажется в ловушке между двумя слоями воды разной плотности, не в силах ни всплыть, ни погрузиться без форсирования режимов. В истории мореплавания есть подозрения, что именно этот феномен сыграл роковую роль в гибели американской атомной подводной лодки «Трешер» в 1963 году.
Существует теория, что она могла попасть в зону резкого температурного градиента (например, в Гольфстриме), что привело к мгновенной потере плавучести и провалу на запредельную глубину.
Кроме того, «жидкое дно» — это друг и враг одновременно. С одной стороны, оно позволяет субмарине «лечь на грунт» без риска быть обнаруженной сонарами противника. Слой скачка работает как мощный отражатель звука, делая лодку «невидимкой» для гидролокаторов. С другой стороны, этот же слой может скрывать подводные опасности или резко менять поведение лодки при маневрировании.
Насколько плотной может быть вода?
Но если «жидкий грунт» — это лишь граница сред, то существует ли на самом деле сверхплотная вода в жидком состоянии? Ученые подтверждают: да, но в экстремальных условиях. Обычная плотность морской воды на поверхности колеблется около 1,028 г/см³.
На дне Марианской впадины, под колоссальным давлением в 1100 атмосфер, вода сжимается, и её плотность возрастает примерно до 1,05–1,076 г/см³ . Этого недостаточно, чтобы «зависнуть» в толще, но достаточно, чтобы влиять на расчеты погружения.
Однако в лабораториях физики получают и более экзотические формы. В 2018 году (и подтверждено в последующих экспериментах) американские ученые создали так называемую «сверхплотную воду» — две несмешивающиеся жидкие фазы при экстремально низких температурах (до -63°C).
Одна из этих фаз оказалась на 20% тяжелее обычной воды . Правда, в природном океане мы такую воду не встретим, но сам факт её существования доказывает, насколько уникальным и непредсказуемым веществом является обычная H₂O.