Геология океана: загадки, гипотезы, открытия

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 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.