И сразу же возникал вопрос об источнике этих питательных веществ и механизме их выноса в верхние слои. Все расчеты приводили ученого к мысли о существовании механизма водообмена между нижними слоями воды, насыщенными питательными веществами, и верхними, где имелся кислород и существовала жизнь.
Как видим, рассмотрение вопросов биологической продуктивности черноморских вод требовало тщательного изучения характера водообмена между слоями: существует ли он в Черном море или нет, и если существует, то какова его интенсивность.
Профессор В. А. Водяницкий впоследствии рассказал, что в своих размышлениях он опирался на новую замечательную работу Николая Михайловича Книповича (1862–1939, почетный член АН СССР, известный русский и советский гидробиолог и гидролог) «Гидрологические исследования в Черном море». В ней были обобщены все опубликованные ранее материалы по Черному морю, а также результаты двух экспедиций – научно-промысловой под руководством самого Н. М. Книповича и гидрографической экспедиции Ю. М. Шокальского (1856–1940, известный русский и советский океанограф).
Еще до начала своей экспедиции Книпович тщательно проработал гидрологические материалы «первой черноморской глубомерной экспедиции» 1890–1892 гг. и установил, что во многих случаях глубинные поверхности равных температур и соленостей (изоповерхности) располагаются в Черном море не горизонтально, а в форме двух куполов – восточного и западного.
Из этого он сделал вывод, что в Черном море преобладают два кольцевых течения, движущихся против часовой стрелки (циклонально). Вследствие движений струй течений под воздействием вращения Земли их наружные области, обращенные к берегам, должны опускаться, а внутренние подниматься, что и вызывает куполообразное строение изоповерхностей в глубинах.
Это важнейшее открытие, сделанное чисто камеральным методом, получило среди океанологов название «велосипед Книповича» из-за сходства формы двух рядом расположенных кольцевых течений с колесами велосипеда и во многом определило направление дальнейших исследований на Черном море.
Оно подсказывало, что глубинные воды Черного моря не являются безнадежно застойными, а в какой-то мере подвижны и потому неизбежно подвержены медленным процессам перемешивания.
Книпович обратил большое внимание на существование довольно значительного промежуточного слоя, в котором содержание сероводорода постепенно уменьшается, а содержание кислорода увеличивается. Этот промежуточный слой является зоной смешения и взаимодействия сероводородной и кислородной водных масс, имеющей чрезвычайно большое значение для биологической продуктивности поверхностных слоев, пронизываемых солнечными лучами, в которых развивается фитопланктон.