Океан и атмосфера

В последние годы в ключевых районах океана, оказывающих огромное влияние на погоду и климат всей планеты, организуются под флагом международного сотрудничества специальные экспедиции-эксперименты. Это — ТРОПЭКС (тропический эксперимент), ПОЛЭКС (полярный эксперимент). Советский Союз принимает в них активное участие.

Проблема взаимодействия океана и атмосферы, по которой раньше материалы собирались лишь попутно, также нуждается теперь в более общем организационном решении. Под девизом этой проблемы века (завершающегося и, вероятно, будущего) начаты обширные наблюдения.

Все физико-химические свойства воды, физические явления и процессы, происходящие в Мировом океане, изучает океанология или океанография. Более точно отражает сущность пауки первый термин (от греческого слова «логос» — наука), но «океанография» долгое время был более употребительным, возможно потому, что изучение океана начиналось с его открытия и описания («графо» — по-гречески пишу, описываю).

В современных условиях одна из главных задач океанологии — прогнозирование будущего состояния вод океанов и морей. Таким образом выделилась самостоятельная дисциплина — морские гидрологические прогнозы. Будущее состояние моря можно определить, только обнаружив причины, вызывающие данный процесс или явление, и установив, какие при этом возникнут изменения в гидросфере. Это — очень сложная, кропотливая работа, связанная одновременно с учетом многих факторов.

Широкое развитие в последние годы получили исследования полей некоторых геофизических элементов: гравитационного, магнитного, электрического. Возникли и самостоятельные области знания, прежде входившие в общую океанографию: морская геология, морская метеорология, гидробиология и морская геофизика.

Океанология опирается прежде всего на физические науки, исследующие общие законы динамики жидкостей, и также широко использует математический аппарат. Невозможно обойти и географию, являющуюся наукой о Земле в целом. Неудивительно поэтому, что в океанологической науке работают ученые различных направлений — только так, комплексно, может быть изучен Мировой океан, тайны которого еще до конца не раскрыты. Пользуясь выводами смежных наук, океанология в то же время питает их, дает возможность применять полученные знания.

Современное естествознание в качестве одной из главных своих проблем ставит выяснение происхождения и взаимного расположения океанов и материков на протяжение всей истории Земли. Здесь достигнуты определенные результаты — удалось установить границы (во времени) различных геологических эр (их пять) и периодов, составить шкалу абсолютного геологического времени.

Некоторые ученые предполагают, что первичный океан покрывал Землю равномерным слоем 4,8 млрд. лет назад, а материки возникли уже позднее. Этот слой воды был относительно тонок и пополнялся постепенно за счет конденсации водяного пара, исходящего из недр планеты по вулканическим трещинам. Вначале материки представляли собой лишь узкие зоны накопления сравнительно легкого силикатного материала — гряды островов и подводных хребтов. Позже, видимо, образовались системы архипелагов и островов и, наконец, материковые платформы.

История формирования поверхности Земли — цепь непрерывных изменений. На этот процесс влияли вулканические явления, ледники и др. Сначала в океане не было никакой жизни. Однако 2 млрд. лет назад на его поверхности появились простейшие организмы — водоросли. Осуществляя фотосинтез, древнейшие представители растительного мира полностью очистили атмосферу от углекислоты и обогатили ее кислородом. Так были подготовлены условия для обитания более сложных биологических организмов.

Очертания океанов, их размеры и глубины не были постоянны на протяжении истории планеты, и даже самый древний океан — Тихий — имел обширные участки суши в центре. До последнего времени менялись очертания Балтийского, Черного, Азовского и Каспийского морей. Уже на глазах современного поколения, в 30-е годы, в связи с падением уровня исчезли заливы Кайдак и Комсомолец на востоке северного Каспия.

Ложе океанов и морей

Долго не было известно, каков размер дна океана, на чем покоятся его воды. Древние мореплаватели оставили лишь сведения о промерах глубин вблизи берегов, которые производились для безопасности подхода к ним. Как мы уже знаем, первая попытка Магеллана измерить глубину в центре Тихого океана успеха не принесла. Опыты по измерению глубин возобновились лишь через 300 лет, но на первых порах они тоже были неудачны. Это объяснялось тем, что большие глубины нельзя было измерить тем простым способом, который использовался в мелких прибрежных водах. Англичанин Дж. Росс в экспедиции 1839–1841 гг. нашел способ усовершенствовать эти наблюдения, а в 1854 г. мичман американского флота Р. Брук предложил новый лот с лотлинем и трубкой, берущей образец грунта. Это изобретение (за ним закрепилось на долгие годы название «лот Брука») позволило сделать первые систематические измерения глубин, проложить телеграфные кабели по океанскому дну. На их основе лейтенант М. Мори составил карту рельефа дна северной части Атлантического океана. Заметим, кстати, что Мори, который был начальником Брука, считал, что последний использовал для конструкции своего лота идею Петра I. Тросовым лотлинем в последний раз работали на «Челленджере».

В то же время был предложен новый глубомер, тросовый лотлинь заменили проволочным (для этой цели сначала использовались фортепьянные струны, а потом начали изготовлять цинковую проволоку) — и техническая идея измерения глубин стала иной. Это изобретение, значительно облегчившее и уточнившее измерение глубин, принадлежало английскому физику У. Томсону (впоследствии барону Кельвину). Далее исследователи разных стран ввели в глубомеры много усовершенствований. В XX в. изобретен эхолот — глубина определяется с помощью звукового сигнала, отправляемого на дно и возвращающегося на судно. Скорость прохождения звука позволяет судить о глубине. Этот метод дал возможность сделать наблюдения массовыми и постоянными. Особенно быстрое развитие он получил в 50-е годы, после второй мировой войны.

Одновременно с уточнением и детализацией данных о рельефе океана удалось провести и совершенно новые наблюдения. Так, советской экспедицией Главсевморпути в 1948 г. был открыт хребет Ломоносова, пересекающий Северный Ледовитый океан от Новосибирских островов до Канады. «Витязь» в Тихом и Индийском океанах, а «Михаил Ломоносов» в Атлантическом обнаружили плосковершинные горы, многие глубоководные впадины, огромные подводные хребты. Именно «Витязю» принадлежит треть открытий всех глубоководных впадин Тихого океана. При составлении карты рельефа Тихого океана было использовало 300 тыс. промеров глубин, в то время как карта глубин всего Мирового океана в начале века основывалась менее чем на 18 тыс. промеров. В Советском Союзе на основе единой методики составлена и издана серия карт по самым современным и надежным данным.

Однако несмотря на большие достижения в изучении океана мы еще не можем сказать, что ложе его хорошо известно. В некоторых районах промерные галсы лежат далеко друг от друга, а что находится между ними, никто не знает. В первую очередь это относится к южной части Тихого океана. Изученность рельефа дна океана все еще сильно отстает от изученности рельефа суши, на которой пока не охвачены инструментальной съемкой только высокогорные области Азии и Америки, внутренние части материка Антарктиды.

Сравнивая рельеф суши и океана, установили, что средняя высота суши — 875 м, а глубина океана — 3795 м. На суше высоты до 1 тыс. м составляют 71 % ее поверхности, что равно 21 % от всего Земного шара. В океане же преобладают большие глубины 3–6 тыс. м — это 76 % площади океанов, или 54 % поверхности планеты. Высокие горы (более 4 тыс. м) и глубоководные океанические впадины (свыше 6 тыс. м), в общем, очень невелики по площади: горы занимают 0,5 %, а впадины около 1 % поверхности всей Земли. При изменениях уровня океана существенные перемены претерпит суша и малозаметные — сам океан. Подсчитано, что, если уровень океана повысится на 200 м, он зальет 32 % суши, а при понижении уровня на те же 200 м поверхность океана уменьшится только на 12 %.