Геология океана: загадки, гипотезы, открытия
Шрифт:
Постичь природу океана люди пытались давно. Некоторые из принципов, легших в основу океанологии, были сформулированы еще мыслителями древности. Аристотель, например, в IV в. до н. э. отметил, что море никогда не высохнет и не затопит сушу, так как количество атмосферных осадков равно объему той воды, которая испаряется с поверхности суши и моря. В 150 г. н. э. астроном Птолемей ввел понятия широты и долготы, которые использовал при составлении географических карт. Один из крупнейших географов античности — Страбон оставил очень интересное описание побережья Красного моря с перечнем расстояний между наиболее важными пунктами, служившими ориентирами для многих поколений моряков. Ученых и сейчас поражает точность, с которой были измерены эти расстояния. Монах Беде (673—735) писал, что фазы Луны контролируют приливы и отливы,
В эпоху позднего Ренессанса ученым удалось измерить диаметр Земли, что дало толчок для составления карты всего Мирового океана. В XVII в. Р. Бойль (1627—1691) стал изучать температуру океанской воды и состав растворенных в ней солей. Он же исследовал разрушительное действие штормовых волн на побережья.
С конца XV в. в открытый океан снаряжались многочисленные экспедиции. Однако научный характер они приобрели только в XIX столетии. К тому времени все еще оставались недоступными полярные районы Земли, Весьма неясными были представления о распределении глубин в океане, об изменениях температур и солености, о структуре водной толщи. Круг биологических знаний был ограничен поверхностными горизонтами водного столба. О строении морского дна вообще не было известно ничего определенного. Первый реальный прорыв был совершен Чарлзом Дарвином, принявшим участие в кругосветном плавании на «Бигле». Результатом его наблюдений в этой экспедиции стала не только теория эволюции биологических видов. Он по праву считается одним из основателей морской геологии. В этой области ему принадлежит теория формирования коралловых атоллов в океане, которая не потеряла своего значения и в наше время.
Другим исследователем, внесшим существенный вклад в изучение океана, был Дж. Росс (1800—1862). Еще юношей он вместе со своим дядей участвовал в поисках Северо-Западного прохода из Атлантического океана в Тихий. В возрасте 29 лет Дж. Росс в составе другой арктической экспедиции достиг магнитного полюса Земли. В 1839 г. он отправился к берегам Антарктиды, незадолго перед этим открытой Беллинсгаузеном и Лазаревым. До 1843 г. он совершил три плавания в район Антарктиды, закартировав большую часть побережья. На борту экспедиционных судов «Эребус» и «Террор» велись сборы биологических материалов. Были осуществлены пробные траления, попытки измерить температуру на недоступных тогда глубинах (до 5000 м). Однако из-за больших давлений и примитивных приборов были получены ошибочные данные.
Отсутствие достоверных знаний и неудачи ранних исследований глубоких слоев океана привели к распространению весьма сомнительных теорий. Согласно одной из них, у океанского дна господствуют условия, при которых жизнь невозможна, так как кислорода практически нет.
Подобные взгляды были опровергнуты лишь в 60-х годах прошлого века, когда в морях стали прокладывать телеграфные кабельные линии. При ремонте кабеля, проложенного по дну Средиземного моря, вместе с ним были подняты с большой глубины живые кораллы. Интерес к изучению океанских глубин возродился. Однако организация долгосрочных экспедиций в океан требовала значительных средств, которыми не располагали в то время ни научные организации, ни тем более отдельные ученые. В конце 60-х годов в Англии были снаряжены два судна для исследования глубоководных впадин Северной Атлантики. Во время этой экспедиции было доказано перемещение водных масс на больших глубинах, а при тралении на глубине 1200 м были пойманы виды морских животных, неизвестные до того времени науке.
Благодаря этому успеху вскоре был разработан самый смелый по тем временам проект организации комплексной морской экспедиции на корвете «Челленджер». Последний, помимо полной парусной оснастки, был оборудован паровой машиной мощностью 1200 л. с. Экспедицию, целью которой было исследование «всего, что имеет отношение к океану», возглавил зоолог В. Томсон (1830— 1882). Планировалось изучить физико-химические характеристики вод, биологические сообщества, выявить факторы, которые влияют на размещение живого в различных средах. Во время плавания, начавшегося в 1872 г, и закончившегося в 1876 г., ученые измеряли температуру воды у дна и на поверхности, отбирали ее пробы, выявляли направления и скорости подводных течений, мерили давление, наконец, проводили отбор проб донных осадков. Первоначальной целью изучения грунтов было обнаружение живущих на их поверхности или в глубине живых организмов. За время плавания, продолжавшегося более трех лет, «Челленджер» прошел 68 тыс. миль, были проведены исследования во всех океанских водоемах (за исключением Северного
После того как «Челленджер» вернулся в Англию, научные материалы экспедиции продолжали изучаться в лабораториях. На это ушли годы. Результаты экспедиции были опубликованы в 50 объемных томах, в работе над которыми участвовали 76 авторов. Коллекцию осадков, включавшую материалы не только экспедиции на «Челленджере», но и других (всего 12 тыс. проб), описали Дж. Мэррей и А. Ренар. Впоследствии А. Ренар издал монографию, посвященную морским, в том числе глубоководным, осадкам. Этот труд наряду с книгой Дж. Мэррея «Глубины океана» долго оставался наиболее популярной работой по океанологии и морской геологии. Успех экспедиции на «Челленджере» подтолкнул к изучению морей и океанов ученых разных стран. В России пионером морских геологических исследований стал Н. И. Андрусов, который в 1890 г. на судне «Черноморец» изучил первые образцы осадков, поднятые со дна Черного моря. Н. И. Андрусов обнаружил наличие сероводородного заражения глубинных вод в этом водоеме.
В США первые карты, которые содержали информацию о преобладающих ветрах и течениях, были составлены в первой половине XIX в. морским офицером М. Маури. При составлении карт Атлантического океана проводились промеры дна и отбирались пробы донных осадков. В 1882 г. под руководством С. Бэйрди в США было построено первое океанографическое судно «Альбатрос», специально оборудованное для работы в океане. Усилиями того же Бэйрди на мысе Код (штат Массачусетс), в Вудсхоле, был создан океанографический институт. В многочисленных экспедициях на «Альбатросе» в 1888—1920 гг. была собрана богатая коллекция морских осадков.
Новый этап в развитии океанологии и морской геологии начался после окончания первой мировой войны. В 1922 г. в нашей стране был создан Плавморнин — плавучий морской институт на борту океанографического судна «Персей». Из числа сотрудников этого института вышли многие замечательные советские исследователи, среди которых были и морские геологи М. В. Кленова и Т. И. Горшкова, принимавшие участие в исследованиях северных, восточных и южный морей СССР. По книге М. В. Кленовой «Геология моря» [1948] обучалось не одно поколение советских морских геологов.
Важный вклад в познание дна Атлантического океана был сделан немецкими учеными в экспедиции на «Метеоре» в 1925—1927 гг. За период плавания судно 14 раз пересекало Атлантический океан между 20° с. ш. и 65° ю. ш., не только измеряя температуру и соленость в разных слоях водной толщи, но и выполняя детальные промеры океанского дна с помощью нового метода — эхолотирования. Использование эхолота, изобретенного первоначально для выявления подводных лодок в морских глубинах, позволило получать непрерывную запись рельефа океанского дна при различных скоростях хода судна. В экспедиции на «Метеоре» были получены данные о процессах, происходящих в обширной зоне океана на разных широтах.
Спустя два года, плавая на судне «Виллиборд Снеллиус», датские исследователи с помощью нового устройства взяли колонки донных осадков длиной около 2 м. Работы проводились в морях Индонезийского архипелага. Появилась возможность изучать последовательность слоев в верхах осадочной толщи, а следовательно, и реконструировать недавнюю геологическую историю морей и океанов.
Благодаря установке эхолотов на океанографических и гидрографических судах многих стран в 20—30-х годах нашего столетия было накоплено огромное количество данных о глубинах в различных районах океана. Стали составляться карты рельефа дна, постоянно обновлявшиеся по мере поступления новых сведений. Применение эхолотов позволило выявить неоднородную структуру ложа океана, где отчетливо выделились две области — приконтинентальная, относительно мелководная и собственно океаническая, глубоководная. Постоянными элементами приконтинентальной зоны, согласно данным эхолотных промеров, были плоская, полого падающая от берега подводная равнина с глубинами от 0 до 200 м (шельф) и круто падающая в сторону абиссали поверхность (континентальный склон). Исследования, предпринятые Береговой и Геодезической службой США, вскоре выявили подводные ложбины, прорезавшие континентальный склон. Их вершины нередко уходили далеко в глубь шельфа. Собственно говоря, эти подводные, ущелья, названные каньонами, были известны еще раньше. Однако только в конце 30-х годов стало ясным их широкое распространение, причем самые крупные подводные каньоны находились на продолжении речных дельт и эстуариев.