Геология океана: загадки, гипотезы, открытия - Конюхов Александр Иванович

В начале 40-х годов у побережья Калифорнии американские геологи К. Эмери, Ф. Шепард и др. тщательно исследовали осадки и рельеф морского дна. В те же годы Г. Хесс с помощью эхолота обнаружил в различных районах Тихого океана многочисленные подводные горы — плосковершинные потухшие вулканы, названные гайотами. Г. Хесс продолжал их исследовать и позже. Это позволило ему, исходя из данных о возрасте подводных гор, предположить, что дно Тихого океана очень медленно перемещается по направлению к глубоководным желобам, расположенным в западной и северо-западной периферии океана. Здесь, по мысли Г. Хесса, происходило его поглощение.

Небывалый ранее размах приобрели геологические исследования в океане в послевоенные годы. В историю науки вошли работы советских ученых на «Витязе» и «Михаиле Ломоносове» в дальневосточных морях, различных зонах Тихого, Индийского и Атлантического океанов, в арктических и Антарктических широтах. Значительный вклад в расшифровку структуры осадочного чехла внесли шведские и датские ученые, в начале 50-х годов работавшие на «Галатее» и «Альбатросе». В этих экспедициях использовались поршневые грунтовые трубки, способные брать колонки осадков длиной более 10 м.

К концу 50-х годов акцент в экспедиционных исследованиях стал делаться на геофизических методах, разработка которых была начата еще в 30-х годах голландским ученым Ф. Венинг-Мейнесом. Первые же гравиметрические исследования в океане связаны с именем Ф. Нансена, измерявшего силу тяготения во время легендарного дрейфа «Фрама» в арктических льдах. Создание новой высокочувствительной аппаратуры и новых методов ведения сейсмических, гидромагнитных, гравиметрических исследований в океане резко расширило возможности изучения океанского дна, позволило геологам заглянуть через многокилометровую толщу воды в глубинные слои земной коры, выявить сначала крупные, а затем и более мелкие геофизические аномалии в структуре ложа океана.

Сделанные в этой области открытия в конечном итоге привели к пересмотру всей системы взглядов на океан, да и на геологическую историю всей планеты.

После изобретения Ж. И. Кусто и Д. Ганьоном акваланга геолог смог непосредственно наблюдать морское дно на глубинах до 60—70 м. Особенно большую роль акваланг сыграл в исследованиях на коралловых рифах и атоллах. В первые послевоенные годы для проникновения на дно абиссальных котловин и даже в глубоководные желоба использовались батискафы. Однако батискаф жестко связан с судном-носителем тросом и не приспособлен для автономного плавания. Находящийся в нем ученый лишен возможности приблизиться к объекту наблюдения и отбирать образцы пород и осадков. Потому применение батискафов оказалось малоэффективным.

Глазами геолога в океанской пучине стали подводные фотокамеры. Этому способствовало создание прочных корпусов, сохранявших герметичность при высоких давлениях на больших глубинах. С помощью подводного фотографирования были открыты многие любопытные образования на абиссальном ложе океана: скопления железомарганцевых конкреций, знаки течений и поля подводных дюн на поверхности осадка, следы подводной эрозии дна.

На этом этапе развития морской геологии и геофизики выдающийся вклад в познание строения и развития океана внесли многие советские и зарубежные ученые: П. Л. Безруков, А. П. Лисицын, В. П. Петелин, Г. Б. Удинцев, Г. Менард, Б. Хизен, Г. Хесс, М. Юинг, Ф. Кюнен, К. Ле Пишон, Д. Кариг и др.

Следующий шаг в раскрытии тайн океанских недр был связан с созданием подводных обитаемых аппаратов, способных погружаться на большие глубины, и с постройкой бурового судна «Гломар Челленджер», благодаря которому стали возможными бурение практически на любой глубине и получение керна пород из глубоких слоев осадочного чехла и базальтового слоя океанической коры.

Океаны в сравнении

Океаны и моря покрывают 361,26 млн км2, или 70,8% земной поверхности. В северном полушарии суша занимает 39,4 % поверхности нашей планеты, океаны — 60,6 %, в южном полушарии на сушу приходится всего лишь 19%, тогда как на океан — 81%.

Более одной трети земной поверхности занимает Тихий океан. Это самый глубокий, холодный и наименее соленый океан, хотя в него поступает сравнительно небольшая часть речного стока. Вблизи экватора ширина Тихого океана достигает 17 тыс. км.

Второй по величине океан — Атлантический относительно узок. Его ширина равна примерно 5000 км. Извилистой лентой он протягивается между полюсами. Если площадь, занимаемая Тихим океаном, достигает 178,7 млн км2, то площадь Атлантического океана 91,6 млн км2. Он мельче Тихого океана. Его средняя глубина 3597 м (Тихого — 3940 м). В этом отношении он уступает Индийскому океану, средняя глубина которого составляет 3711 м при площади 76,17 млн км2. В Атлантический океан сбрасывают воды многие крупные реки. Объем воды, выносимой только Амазонкой и Конго, составляет около 25% всего стока рек, впадающих в океан. Несмотря на это, атлантические воды самые соленые — 34—37,3 ‰ (средняя соленость океанских вод 34,71 ‰). Это и самые теплые воды, средняя их температура достигает 3,99° С (Мирового океана — 3,51°). Столь парадоксальная ситуация обусловлена высоким уровнем обмена Атлантического океана с окраинными морями, Средиземным морем и Мексиканским заливом, воды которых отличаются высокой температурой и повышенной соленостью.

Третий но величине океан — Индийский большей своей частью расположен в южном полушарии. Максимальной ширины он достигает на самом юге, между Южной Африкой и Новой Зеландией, — 15 тыс. км. В бассейн Индийского океана впадают три крупнейшие реки — Ганг, Инд и Брахмапутра. Средняя температура воды в Индийском океане 3,88° С, средняя соленость 34,78 ‰, т. е. близка к средней для Мирового океана [Gross, 1982].

Самый небольшой по размерам и мелкий — Северный Ледовитый океан. Соленость его невелика, поскольку он со всех сторон окружен сушей, с которой стекает много мелких и крупных рек. Значительная часть поверхности океана покрыта льдами.

Хотя современные океаны имеют разные размеры, строение их примерно одинаково. В любом океане можно выделить примерно три равнозначные зоны: континентальные окраины, абиссальные котловины и срединноокеанические хребты. Континентальные окраины, включающие шельф, склон и его подножие, занимают примерно 20,5% поверхности дна океанов, на абиссальные котловины приходится 41,8% их площади, на срединно-океанические хребты и поднятия центральноокеанического типа — 32,7%. Последняя величина характерна для всех океанов. Соотношение же между континентальными окраинами и абиссальными котловинами меняется в довольно значительных пределах. Так, в Атлантическом океане, где ширина шельфов наибольшая, континентальные окраины занимают приблизительно 28% площади дна, а абиссальные котловины — 38%. В Тихом океане положение обратное: 15,7% — это подводные окраины континентов, 43% — абиссальные котловины. Правда, здесь много глубоководных желобов, однако их площадь составляет лишь 2,9% всей площади океана. Отдельно стоящие подводные вулканы и вулканические хребты наиболее многочисленны в Тихом океане, но они занимают здесь меньшую площадь, чем в Индийском океане (2,5% по сравнению с 5,4%). Впрочем, многие из этих цифр еще нуждаются в уточнении.

В океанах сложились устойчивые системы поверхностных и придонных течений. Схема распространения теплых и холодных поверхностных течений в крупнейших океанических бассейнах примерно одинакова. В экваториальных районах доминирует ветровой перенос с востока на запад, который порождает северное и южное экваториальные течения. Первое действует в северном полушарии, второе — в южном. Их разделяет довольно узкая зона, в пределах которой перенос воды происходит в обратном, восточном направлении. Это так называемое Экваториальное противотечение.

С каждым из экваториальных течений связана относительно замкнутая система других течений, образующих макроциркуляционную ячейку. Так, Северное экваториальное течение в Атлантическом океане, отклоняясь близ гряды Малых Антильских островов на север, порождает теплое течение Гольфстрим. Последнее двигается сначала вдоль континентальной окраины Северной Америки, а затем пересекает Северную Атлантику. Отсюда охлажденные воды начинают перемещаться на юг, к экватору, образуя холодное Канарское течение. В северной части Тихого океана роль Гольфстрима играет другое теплое течение — Куросио, поднимающееся в умеренные и высокие широты вдоль берегов Японии. Охлаждаясь, принесенные Куросио воды устремляются на юг, двигаясь вблизи Тихоокеанского побережья Северной Америки. Это холодное пограничное течение получило название Калифорнийского. Крупные макроциркуляционные ячейки возникли и в южной половине Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Здесь в высоких широтах под влиянием преобладающих западных ветров вокруг Антарктиды действует мощное течение Западных Ветров. Отдельные его ветви, отклоняясь на север, в виде холодных пограничных течений устремляются к экватору вдоль западных побережий Африки, Австралии и Южной Америки. Отклоняясь под действием пассатных ветров, основные ветви этих течений следуют далее через тропики к западным континентальным окраинам, откуда уже в виде теплых сточных течений движутся на юг. Эти субтропические макроциркуляционные ячейки, как и в северном полушарии, носят антициклонический характер. Другие ветви холодных компенсационных течений, отклоняясь на восток, формируют в восточной периферии тропической зоны океанов небольшие циркуляционные ячейки циклонического типа [Степанов, 1974]. В субполярных и полярных районах северного полушария, в областях исландского и алеутского минимума, существуют циклонические круговороты, хорошо выраженные в осенне-зимние сезоны.