Вскоре после окончания замечательного дрейфа «Фрама» вышло пять томов трудов этой экспедиции, в которых изложены важнейшие результаты научно-исследовательской работы Ф. Нансена и его сотрудников. Наиболее интересен самый большой по объему третий том, в котором содержится основная работа Нансена по гидрологии Северного Ледовитого океана. Здесь рассматриваются особенности структуры вод Арктического бассейна, главная из которых состоит в «аномалии» распределения температуры по вертикали. В то время как обычно температура воды вглубь моря понижается, в Северном Ледовитом океане, как обнаружил Нансен, начиная с глубины 75- 100 м вплоть до глубины 300-400 м, происходит повышение температуры. Это повышение доходит до 1 и даже 2° выше нуля, хотя вода вышележащих слоев имеет температуру 1,5 и даже 1,8° ниже нуля.
Такое распределение температуры могло рассматриваться как аномалия потому, что вода в море вследствие своей подвижности всегда располагается слоями, плотность которых возрастает с глубиной. Однако плотность, как правило, уменьшается с повышением температуры. Таким образом, повышение температуры с глубиной в Ледовитом океане как бы указывает на уменьшение плотности воды сверху вниз.
Известно, что вода отличается (при отсутствии всяких примесей) той особенностью, что она имеет наибольшую плотность при 4°, при дальнейшем же понижении температуры происходит уменьшение плотности воды. Такое «неправильное» изменение плотности воды в связи с изменением температуры объясняется присутствием в воде сложных молекул. При изменении температуры изменяется не только расстояние между молекулами воды, но и их строение: при низких температурах увеличивается количество более громоздких, а потому и более легких молекул, что и приводит к уменьшению плотности воды. Одним из свойств воды является ее способность растворять различные вещества. В морской воде в большом количестве содержатся различные соли. Изменение же солености также приводит к изменению плотности. Вот с этими-то обстоятельствами и связана упомянутая выше «аномалия» распределения плотности по глубине.
Дело в том, что в Северном Ледовитом океане вследствие, влияния большого стока речных пресных вод и других причин поверхностные слои воды имеют соленость несколько меньшую, чем средняя соленость вод мирового океана. В то же время в областях пассатных ветров формируются воды с более высокой соленостью вследствие усиленного испарения, связанного с малой влажностью воздуха и с постоянными сильными ветрами.
Из пассатных областей океанов эта сравнительно более соленая вода течениями переносится в высокие широты, где она встречается с полярными водами. Ко времени этой встречи она лишь немного уменьшает свою соленость, но значительно изменяет свою температуру в связи с переходом в более холодные области. При подходе к Шпицбергену, представляющему собой правый край «ворот», ведущих в Центральный Арктический бассейн, эта «тропическая» вода остывает до 3-4°, но мало изменяет свою соленость. Поэтому при встрече с арктической водой, имеющей меньшую соленость, она оказывается более тяжелой, несмотря на сравнительно высокую температуру. Подчиняясь законам силы тяжести, эта бывшая тропическая вода, входя в Арктический бассейн, погружается под менее плотные поверхностные воды, хотя они и имеют более низкую температуру. Такая схема для нас сейчас представляется вполне ясной, но до работ Нансена она была совершенно неизвестна.
Интересно заметить, что С. О. Макаров, располагая только сведениями о распределении температуры, высказал мысль, что «аномалия» вертикального распределения температуры вызвана проникновением в Ледовитый океан вод из Атлантического океана. Но это было только предположение, ибо у Макарова не было данных по солености океана. Нансен предпринял специальную экспедицию в район Шпицбергена для того, чтобы доказать при помощи фактов правильность своей гипотезы. Сейчас это можно считать вполне доказанным. Мало того, уже после работ Нансена в Арктике обнаружено аналогичное распределение температуры и солености в водах Антарктики, объясняемое теми же причинами, о которых говорил Нансен.