Океанология: первое знакомство

Земля – самая водная планета Солнечной системы. При этом большая часть поверхности Земли покрыта океанами и морями, и вся эта вода представляет собой своеобразный огромный термостат – летом он не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. К тому же океан поглощает избыток углекислого газа в атмосфере, и без него Земля перегрелась бы из-за «парникового эффекта».

Океан – это составляющая часть Мирового океана, то есть всей совокупности водной оболочки земного шара. Он расположен среди материков, обладает системой циркуляции вод и другими специфическими особенностями. Океан находится в непрерывном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

В свою очередь, море – это тоже часть Мирового океана, обособленная сушей или возвышениями подводного рельефа.

Море отличается от океана гидрологическим, метеорологическим и климатическим режимом, что связано, как правило, с окраинным положением по отношению к океану.

Моря бывают окраинными, внутренними, изолированными (замкнутыми), полуизолированными (полу замкнутыми), межконтинентальными (средиземными) и межостровными.

Площадь поверхности Мирового океана, в состав которого входят океаны и моря, составляет около 71 % поверхности Земли (порядка 361 миллиона квадратных километров).

Общий объем воды на Земле составляет около 1500 миллионов кубических километров. Чтобы осознать это количество, представим себе: если бы эту воду было можно равномерно распределить по поверхности Земли, то толщина ее слоя составила бы почти четыре километра.

А если бы растаяли все ледники, уровень воды на Земле поднялся бы на 64 метра, и примерно 1/8 поверхности суши была бы затоплена водой.

Наука, изучающая моря и океаны, называется океанологией.

Как и в любой другой науке, в океанологии имеют место теоретические и эмпирические (экспериментальные) исследования. Понятно, что они тесно взаимосвязаны. Термин «эмпирический» происходит от греческого слова «эмпейриа» (опыт). Но данные, получаемые в экспериментах, требуют еще и теоретического осмысления, поскольку без этого нельзя составить целостную картину устройства изучаемого объекта. А теоретические модели, в свою очередь, подсказывают, как организовать последующие опыты, чтобы получить еще больше новых знаний.

До недавнего времени основным средством экспериментального изучения морей и океанов (если не считать путевых наблюдений обычных мореплавателей) были морские экспедиции на научно-исследовательских судах. Естественно, такие суда специально оснащаются множеством приборов: для измерения температуры воды, ее химического состава, скорости течений и т. д. Эти приборы называются океанографическими.

Первые попытки измерить температуру воды на различных глубинах морей и океанов были сделаны в XVIII веке, но систематическое изучение глубин, течений и ветров началось только в XIX веке.

Очень многое для исследования Мирового океана сделали русские моряки. Только в первой половине XIX века они совершили около сорока кругосветных плаваний, целью которых было налаживание морских связей с русскими владениями на Аляске, с Алеутскими и Курильскими островами. Но попутно русские мореплаватели открыли сотни новых островов, части побережий материков и т. д. Эти кругосветные плавания имели очень большое значение для развития только зарождавшейся тогда океанологии.

Начало подобным исследованиям положила первая русская кругосветная экспедиция на шлюпах «Надежда» и «Нева», предпринятая в 1803–1806 годах под командованием капитанов И. Ф. Крузенштерна (1770–1846) и Ю. Ф. Лисянского (1773–1837).

В экспедицию были специально приглашены немецкие ученые: астроном Горнер, естествоиспытатели Тилезиус и Лангсдорф. Они изучали температуру воды на различных глубинах от поверхности до 366 метров, ее удельный вес, наблюдали свечение моря, приливы и течения в Атлантическом и Тихом океанах, в Балтийском, Охотском, Японском и Южно-Китайском морях. Они установили, что соленость воды в морях ниже, чем в океанах, а соленость Тихого океана ниже, чем Атлантического. Кроме того, на картах было исправлено положение более 100 географических пунктов, были сделаны зарисовки, собраны различные коллекции.

После плавания Крузенштерна и Лисянского глубоководные исследования стали обязательными в программе работ многих русских и иностранных экспедиций XIX века.

А в 1815–1818 годах русская кругосветная экспедиция на бриге «Рюрик» под командованием О. Е. Коцебу (1788–1846) стала первой экспедицией, специально снаряженной для научных исследований малоизвестных районов Тихого океана. Участники этой экспедиции сделали более 300 измерений температуры и плотности воды на поверхности океана, 83 измерения температуры на различных глубинах до 1829 метров, впервые провели наблюдения над прозрачностью воды и т. д.

Кстати, О. Е. Коцебу первым описал коралловые острова и высказал гипотезу об их образовании.

Но наиболее выдающимся по научным результатам было плавание в Антарктиду русских моряков Ф. Ф. Беллинсгаузена (1778–1852) и М. П. Лазарева (1788–1851), предпринятое в 1819–1821 годах на двух шлюпах – «Восток» и «Мирный». Это было очень рискованное плавание: русским морякам впервые пришлось встретиться с суровой антарктической природой. Тем не менее 28 января 1820 года шлюпы подошли к берегам Антарктиды, и этот день и поныне считается датой одного из величайших географических открытий – открытия последнего, шестого континента.

Разумеется, исследования морей и океанов проводили не только русские. Например, в 1819–1820 годах английская экспедиция Уильяма Эдуарда Парри (1790–1855) на судах «Гекла» и «Грайпер» провела глубоководные измерения температуры воды в северной части Атлантического океана. Аналогичные наблюдения проводились в 1825–1828 годах на английском судне «Блоссом» под командованием Фредерика Бичи (1796–1856) в Атлантическом и Тихом океанах и в Беринговом море. А французская экспедиция Жюля Себастьена Дюмон д’Юрвиля (1790–1842) на судне «Астролябия» в 1826–1829 годах провела первые глубоководные наблюдения в морях Восточно-Индийского архипелага и нанесла на карту северные берега Новой Гвинеи и Новой Зеландии.

Примеры и имена отважных мореплавателей можно было бы приводить еще очень долго; им посвящено немало книг. Здесь же мы только хотели показать, что океанология – наука относительно молодая. И приборы, без которых невозможно ее существование, появились сравнительно недавно.

В 1839 году русский ученый-мореплаватель Ф. П. Литке (1797–1882) предложил создать прибор, записывающий уровень моря, – приливомер. Эту идею воплотил в жизнь академик Э. Х. Ленц. Под его руководством приливомер был построен и впервые установлен на берегах Тихого океана в Ново-Архангельске (Русская Америка), а затем на берегах Северного Ледовитого океана.

Понятно, что первые океанографические приборы были весьма простыми; они опускались с борта корабля на металлическом тросе с помощью обычной лебедки. Но тем не менее именно с их помощью в конце XIX века были заложены основы целостного изучения природы Мирового океана.

Впрочем, это только кажется, что приборы были простыми. На самом деле вот задачка даже для современного человека: как снять показания прибора, находящегося на глубине в несколько километров?

Казалось бы, надо поднять его на поверхность. Но за время подъема прибор пройдет через самые разные слои воды, и его показания многократно изменятся… В XIX веке люди нашли весьма оригинальное решение этой проблемы. Чтобы зафиксировать, например, значение температуры на нужной глубине, они использовали особый «опрокидывающийся» термометр. После переворачивания «вверх ногами» такой термометр уже не менял своих показаний и фиксировал температуру воды именно на той глубине, на которой произошло опрокидывание. А почему он больше не менял показаний? Да потому, что на нужной глубине в этом ртутном термометре капилляр сужался вблизи резервуара ртути, а при опрокидывании термометра столбик ртути отрывался от резервуара, фиксируя показание. А как термометр опрокидывался? Сигналом к этому служило падение посыльного грузика, который соскальзывал вниз по несущему тросу.

Морские приборы XIX века: секстант, компас

Аналогичным образом при переворачивании закрывались и горловины сосудов для отбора проб воды на химический анализ. Такие сосуды были названы батометрами.

В 1832 году известные физики, профессор Тартуского университета Иоганн Фридрих Паррот (1767–1852) и академик Петербургской Академии наук Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) разработали новый тип батометра: они соединили его с термометром, изолированным от влияния давления воды. Они также сконструировали первый глубомер – устройство для погружения в толщу воды измерительных приборов и для определения глубины моря.

В последние годы на смену таким сравнительно простым, но весьма оригинальным приборам, долгое время верой и правдой служившим океанографам, стали приходить их электронные «собратья», которые опускают в толщу морских вод на токопроводящем кабеле. Через такой кабель прибор сообщается с бортовым компьютером, который сразу же запоминает и обрабатывает данные, поступающие из глубины.

Но и таких устройств, более точных и более удобных в обращении, чем их предшественники, явно недостаточно для получения полной картины состояния Мирового океана. Дело в том, что его размеры столь велики, что даже самому быстроходному судну потребовалось бы много десятилетий, чтобы побывать повсюду. Да в этом и нет смысла, ибо состояние вод постоянно меняется, подобно тому, как меняется погода в атмосфере. В результате можно получить лишь фрагментарную картину, к тому же сильно искаженную из-за растянутости наблюдений во времени.

Современное научно-исследовательское судно

По этой причине на помощь океанологам сейчас пришли искусственные спутники Земли, совершающие несколько оборотов в течение суток либо же «неподвижно» зависающие над какой-либо точкой. Главный принцип тут – регистрация испускаемого поверхностью океана электромагнитного излучения. Анализируя это излучение, улавливаемое спутниковыми приборами, можно определять практически все: и температуру поверхности океана, и скорость течения, и высоту волн, и многое-многое другое.

Кстати, а чем отличается океанология от океанографии? Мы уже несколько раз употребляли эти слова, и настало время ответить на этот вопрос.

Более двух третей поверхности Земли занято морями и океанами, и их изучает наука океанология. Другое ее название – океанография.

Термин «океанология» происходит от слова «океан» и греческого слова логос, что значит «суждение» или «высказывание». В свою очередь, термин «океанография» происходит от слова «океан» и греческого слова графия, что значит «пишу» или «описываю».

В принципе, эти два термина можно считать синонимами. Первое из них чаще используется в России, а второе – в Америке и западноевропейских странах. Иногда под океанографией подразумевают простое описание того, что мы можем непосредственно наблюдать, тогда как к океанологии относят более глубокое проникновение в суть явлений и процессов, протекающих в океане.

А вот полное научное определение, данное в Большой советской энциклопедии:

Океанология делится на следующие семь разделов:

– морская биология, или биологическая океанография, изучает флору и фауну морей и океанов, а также их экологические взаимодействия;

– химическая океанология изучает химию морей и океанов;

– морская геология, или геологическая океанография, изучает геологию и минеральные ресурсы морского и океанического дна;

– отдельный раздел изучает взаимодействие океана и атмосферы;

– физическая океанология изучает физические свойства морской воды (термодинамика, акустика, оптика), динамические процессы (течения, волны, приливы), а также структуру водных масс;

– техническая океанология изучает и разрабатывает приборы, используемые в океанологии, обеспечивает их применение в научных экспедициях;

– промысловая океанология изучает влияние среды обитания на воспроизводство, распределение и поведение скоплений промысловых объектов с целью рациональной эксплуатации биологических ресурсов Мирового океана.

Какая разница между океаном, морем, бухтой и заливом? Понятно, что океан больше моря. Он представляет собой огромное водное пространство, простирающееся на сотни километров. Например, длина Атлантического океана с севера на юг составляет 13 335 километров.

Всего на Земле четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Самый маленький из океанов – Северный Ледовитый. Он же и самый мелководный: его средняя глубина составляет «всего» 1225 метров. А вот в Тихом океане есть место, глубина которого превышает 11 километров (это высота 170 двадцатиэтажных домов, поставленных друг на друга).

Моря гораздо меньше по размерам. Существуют два вида морей: внутренние и наружные. Внутреннее море со всех сторон окружено континентом (например, Средиземное море), а наружное лишь примыкает к нему (например, Баренцево море). А еще по степени обособленности и особенностям гидрологического режима моря подразделяются на внутренние (средиземные и полузамкнутые), окраинные и межостровные. По географическому положению средиземные моря иногда делят на межматериковые и внутриматериковые.

Самое большое в мире – это Филиппинское море. Его площадь составляет 5726 тысяч квадратных километров. Правда, есть еще и Саргассово море, площадь которого составляет около 7000 тысяч квадратных километров, но оно особенное. Это море находится в Атлантическом океане и ограничивается весьма условно – течениями: на западе – Гольфстримом, на севере – Северо-Атлантическим, на востоке – Канарским, на юге – Северным Пассатным.

Слова «залив» и «бухта» являются практически взаимозаменяемыми. Более часто используется слово «залив». Некоторые заливы по размерам превосходят многие моря. Например, Мексиканский залив имеет площадь в 1544 тысяч квадратных километров, а длина его береговой линии от мыса Сейбл (штат Флорида, США) до мыса Каточе (Мексика) составляет 500 километров.

Глубина воды в заливах или бухтах не бывает слишком уж большой, и это неудивительно. Дно моря постепенно поднимается, и со временем залив может стать сушей.

В настоящее время принято разделять Мировой океан на четыре отдельных океана (Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый). Выделяют также Южный океан, не имеющий четко очерченной островами и континентами северной границы, – это условное название вод трех океанов, окружающих Антарктиду. Его иногда неофициально называют «пятым океаном».

Бассейн Тихого океана насчитывает 31 море: море Аки, море Бали, море Банда, Берингово море, море Висаян, Внутреннее Японское море, Восточно-Китайское море, Желтое море, море Камотес, Коралловое море, море Коро, Новогвинейское море, море Минданао, Молуккское море, Охотское море, море Савву, море Самар, море Серам, море Сибуян, Соломоново море, море Сулавеси, море Сулу, Тасманово море, море Тувалу, море Фиджи, Филиппинское море, море Флорес, море Хальмахера, Южно-Китайское море, Яванское море и Японское море.

Бассейн Атлантического океана включает 28 морей: Азовское море, Балтийское море, Гебридское море, Ирландское море, Карибское море, Кельтское море, море Ирмингера, море Лабрадор, Мраморное море, Саргассово море, Северное море, Ваттовое море, Средиземное море, Адриатическое море, море Альборан, Балеарское море, Ионическое море, Кипрское море, Кипкийское море, Левантинское море, Лигурийское море, Тирренское море, Эгейское море, Икарийское море, Критское море, Миртойское море, Фракийское море и Черное море.

В бассейне Индийского океана – 6 морей: Андаманское море, Аравийское море, Арафурское море, Красное море, Лаккадивское море и Тиморское море.

К бассейну Северного Ледовитого океана относятся 15 морей: Баренцево море, Печорское море, море Баффина, Белое море, море Бофорта, море Ванделя, Восточно-Сибирское море, Гренландское море, море принца Густава-Адольфа, море кронпринца Густава, Карское море, море Лаптевых, море Линкольна, Норвежское море и Чукотское море.

Бассейн Южного океана охватывает 13 морей: море Амундсена, море Росса, море Уэдделла, море Скоша, море Лазарева, море Дейвиса, море Беллинсгаузена, море Моусона, море Рисер-Ларсена, море Содружества, море Космонавтов, море Сомова и море Дюрвиля.

Кроме того, к морям относят крупнейшие озера (Аральское море, Каспийское море и Мертвое море), а также крупные заливы (Бенгальский, Гудзонов, Мексиканский и Персидский).

Итого на Земле сейчас имеется около сотни морей.

Однако такое разделение существовало не всегда. Как мы уже говорили, Мировой океан охватывает Землю непрерывным покровом, и его отдельные части не имеют четких естественных границ. Их выделение происходило постепенно, по мере развития человеческих знаний.

Первым, по-видимому, стал известен Индийский океан, который в древности назывался «Восточным». В его названии отразилось стремление европейцев найти водный путь в сказочно богатую и диковинную, как тогда считалось, страну – Индию. Знаменит Индийский океан и своими исключительно теплыми морями, расположенными в его северной части. В Персидском заливе, например, вода летом прогревается до +35 °C.

А вот Атлантический океан свое нынешнее название получил по имени титана Атланта, согласно греческой мифологии, державшего на своих плечах небесный свод. В разное время его называли по-разному: «Море за Геркулесовыми столбами», «Западный океан», «Море мрака» и т. д. Название «Атлантический океан» впервые появилось в 1507 году на карте немецкого картографа Мартина Вальдземюллера (это была первая карта, на которую было нанесено название «Америка»), и с тех пор именно это название утвердилось в географии.

Самый большой из океанов – Тихий – занимает более трети поверхности Земли. Поэтому он по праву носит еще одно название – Великий. А вот название «Тихий» он получил с легкой руки знаменитого мореплавателя XVI века Фернана Магеллана (1480–1521), первым из европейцев пересекшего его.

В 1519 году Магеллан с пятью кораблями оставил испанские берега и поплыл по пути, по которому плыл Колумб, но, дойдя до Америки, он повернул на юг, обогнул Южную Америку и вышел в новый океан.

Почти четыре месяца плыл по нему Магеллан, не видя земли. И почти все это время погода стояла прекрасная, что и побудило мореплавателя назвать этот океан Тихим.

А пролив между южной оконечностью Южной Америки и островом Огненная Земля, по которому прошел Магеллан, назвали Магеллановым проливом.

Фернан Магеллан

Теперь по Тихому океану очень спокойно и очень быстро ходят корабли, и всякий матрос знает, что его ждет впереди; а тогда не знали этого ни капитан, ни матросы. Нужно быть отчаянно смелым, чтобы почти четыре месяца плыть, не зная куда, не видя берегов и других кораблей…

Однако позже мореплаватели убедились в том, что этот «тихоня» – как раз самый бурный и непредсказуемый из всех океанов.

А вот самый спокойный и самый маленький, но зато и самый холодный океан расположился около Северного полюса. В России на картах и в атласах он значится под названием Северный Ледовитый океан, но в других странах приняты другие названия – Северный Полярный или Арктический.

Было время, когда наряду с Северным Полярным ученые выделяли также Южный Полярный (или Антарктический) океан. Однако его границы были до такой степени условны, что вскоре эти названия практически перестали использоваться и исчезли с карт.

Как и когда на земле появилась вода?

Ученые считают, что Мировой океан появился 3,5 миллиарда лет назад.

На сегодняшний день существует несколько гипотез образования воды на Земле. Прежде всего, имеются сторонники космического происхождения воды: они утверждают, что вода попала на нашу планету с потоками космических лучей. Они пронизывают Вселенную и содержат протоны – ядра атомов водорода. Оказавшись в верхних слоях земной атмосферы, протоны захватывают электроны, превращаются в атомы водорода, а затем, вступив в реакцию с кислородом, образуют воду. Ежегодно в стратосфере образуется полторы тонны такой «космической воды». Расчеты показали, что за миллиарды лет «космическая вода» вполне могла заполнить все моря и океаны.

Согласно другой гипотезе, вода имеет земное происхождение: она появилась из горных пород, слагающих земную мантию, став следствием дегазации магмы и последующей конденсации паров атмосферы. В самом деле, при извержениях вулканов расплавленные горные породы изливались на земную поверхность, и из них выделялись летучие компоненты – разнообразные газы и водяные пары. Подсчитано: если изверженной «геологической воды» в среднем поступало 0,5–1,0 кубических километров в год, то за всю историю Земли ее могло выделиться столько, сколько сейчас содержит Мировой океан.

Считается, что большинство океанских бассейнов современности возникло в последние 250 миллионов лет в результате раскола древнего суперконтинента. Согласно этой версии, миллиард лет назад Земля уже была покрыта прочной оболочкой, в которой выделялись континентальные выступы и океанические впадины. Тогда площадь океанов была примерно в два раза больше площади материков. Примерно 250 миллионов лет назад на Земле был один материк – Пангея. Площадь его составляла примерно столько же, сколько площадь всех современных материков и островов вместе взятых. Этот «суперконтинент» омывался «суперокеаном», называемым Панталассой.

Создатель этой теории, немецкий ученый Альфред Вегенер (1880–1930), в 1915 году, после пяти лет исследований, опубликовал труд под названием «Происхождение материков и океанов», в котором им были придуманы названия Пангея (от греческих слов пан – «всеобщий» и гея – «земля») и Панталасса (таласса по-гречески – «море»).

По мнению Вегенера, Пангея оказалась недолговечным образованием. Примерно 200 миллионов лет назад этот материк под действием силы вращения Земли раскололся на две части: северную – Лавразию и южную – Гондвану. Между ними появился океан Тетис (ныне его остатками являются Средиземное, Черное, Каспийское и Аральское моря, а также Персидский залив).

А потом течения мантии продолжили покрывать Лавразию и Гондвану сетью трещин и разваливать их на множество осколков. Некоторые исследователи даже считают, что именно эти процессы стали причиной гибели динозавров, но вопрос этот пока остается открытым.

Так могли выглядеть Пангея и Панталасса

Постепенно между расходившимися осколками пространство заполнялось мантийным веществом, поднимавшимся из недр Земли. Остывая, оно образовало дно будущих океанов. Со временем здесь появились три океана – Атлантический, Тихий и Индийский. По мнению некоторых ученых, Тихий океан – это остаток древнего океана Панталасса.

Позднее все новые и новые разломы охватили Гондвану и Лавразию: от них отламывались куски суши (материковые плиты), которые начинали дрейфовать в разные стороны, постепенно образовав Евразию, Северную Америку, Южную Америку, Австралию и Антарктиду.

Почему морская вода соленая?

Мировой океан – это неисчерпаемый источник химических элементов, содержащихся в составе его воды, а также в многочисленных месторождениях, расположенных на дне.

Средняя соленость морской воды составляет 35 ‰. Это значит, что 1000 частей воды содержит по весу 35 частей соли. Подобные тысячные доли называются промилле.

Соленый вкус воде придают содержащиеся в ней растворенные минеральные вещества – главным образом, соединения натрия и хлора.

Благодаря тому, что вода в морях и океанах постоянно перемешивается волнами и течениями, ее состав практически одинаков. То есть, с какой бы глубины и в каком бы месте мы ни взяли воду, состав ее будет идентичным, хотя абсолютное количество солей и может быть различно.

Но почему морская вода соленая?

Когда идет дождь, он растворяет частицы солей, содержащихся в почве и каменистых породах. Ручейки дождевой воды попадают в реки. Течение реки переносит соли в моря. Потом вода под действием солнца испаряется и снова выпадает на землю в виде осадков, а вот соль остается в морской воде, и за миллионы лет ее там накопилось предостаточно.

Реки стремятся в океан уже два миллиарда лет и, по некоторым данным, за год приносят 2 834 000 000 тонн всевозможных веществ. И такой круговорот солей в природе продолжается непрерывно.

Пресная речная вода также содержит соли, но состав этих солей иной. В речной воде преобладают углекислые соли (их 60,1 ‰), а в морской воде их всего около 0,3 ‰. Зато хлористых солей в морской воде 88,7 ‰, а в речной – 5,2 ‰.

Отсюда мы можем заключить, что внесение реками солей в моря и океаны не может рассматриваться как единственная причина солености.

Так, например, некоторые ученые вообще считают, что вода в Мировом океане изначально была соленой. Предполагается, что в период образования земной коры и океана из вещества мантии вместе с парами воды выделялись кислые вулканические дымы, содержащие соединения хлора, фтора, брома. Первые «порции» воды на Земле были кислыми. Эта первичная вода разрушала недавно образовавшиеся базальты, граниты и другие кристаллические породы земной коры и извлекала из них щелочные элементы – натрий, магний, калий, кальций и др. Происходила химическая реакция, при которой щелочные элементы входили в соединение с хлором, фтором, бромом и нейтрализовали раствор. Со временем поступление кислых вулканических дымов становилось все меньше, а выделение солей из пород суши продолжалось.

Соответственно, и океанская вода постепенно накапливала соли и приобретала щелочную реакцию, которая присуща ей и сейчас. И примерно 500 миллионов лет назад океанская вода стабилизировалась по солевому составу и содержанию в ней газов.

Добыча морской соли

Конечно, это только одна из точек зрения ученых, но и она имеет право на существование, так как до сих пор никто точно не может ответить на этот вопрос, и все теории о происхождении океана и нашей планеты так и остаются теориями.

Вот, например, вопрос: если вода в море настолько соленая, что пить ее опасно для здоровья, как могло случиться, что земная жизнь зародилась именно в океане?

Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. А может быть, все дело в том, что вначале Мировой океан был почти пресным?

Вода является составной частью тела живых существ. Кровь, мышцы, жир, мозг и даже кости содержат воду в большом количестве. Обычно вода составляет 65–75 % веса тела живого организма. А вот тело некоторых морских животных (например, медуз) содержит в себе до 97–98 % воды. В любом случае, все процессы, совершающиеся в теле животных и растений, происходят только при участии водных растворов. Без воды жизнь невозможна.

Научное обоснование появления соленой воды в Мировом океане было дано в 1715 году в работах сэра Эдмонда Галлея (1656–1742), британского королевского астронома, директора Гринвичской обсерватории, именем которого названа комета и несколько кратеров на Луне и на Марсе. К слову заметим, что Галлей, будучи астрономом, в 1690 году изобрел систему подачи воздуха в подводные аппараты.

Эдмонд Галлей.

Худ. Томас Мюррей (1686)

В 1698–1700 годах он руководил экспедиционным судном, которое выполнило магнитную съемку в Атлантическом океане, а в 1701 году опубликовал первую в мире большую карту магнитных склонений Земли. Для этого он несколько раз пересек в разных направлениях Атлантический, а затем и Тихий океаны. Одновременно с этим Галлей первым сделал предположение, что минералы, в том числе и соль, вымываясь из почвы, попадали по рекам в море, где с течением времени концентрировались.

Он же предложил использовать соленость океанов для определения возраста Земли, считая, что скорость испарения воды и скорость поступления соли в стоках рек известны.

Приливы и отливы

Приливы и отливы – это периодические колебания уровня воды в морях и океанах. Откуда же они берутся и какие силы вызывают их образование?

Прежде всего, приливы и отливы образуются под воздействием силы притяжения Луны и Солнца.

Как известно, масса Солнца в 27 миллионов раз больше массы Луны. Но при этом Солнце находится в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. В связи с этим на поверхности Земли приливные силы, порождаемые маленькой Луной, в два раза больше приливных сил, порождаемых Солнцем.

Так что в итоге приливы и отливы вызываются главным образом гравитационным притяжением Луны.

Масса Земли в 80 с лишним раз больше массы Луны, и разные части Земли подвергаются притяжению Луны по-разному. Сторона, повернутая к Луне, «вздувается», то есть все находящееся прямо под Луной приподнимается в направлении Луны. Таким образом, Земля превращается в эллипсоид.

Совершая вращение, Земля «подставляет» Луне разные свои стороны, и «приливные горбы» перемещаются по ее поверхности.

Таким образом, ключевыми моментами в объяснении возникновения приливов и отливов являются: суточное вращение Земли и деформация («вздутие») покрывающей земную поверхность водной оболочки.

Если Земля, Солнце и Луна располагаются на одной линии (это бывает в полнолуние или новолуние), то гравитационное притяжение Луны и Солнца складывается, и прилив получается самый высокий. Его называют сизигийным (слово сизигата на греческом языке означает «сопряжение, соединение»). А если Солнце и Луна расположены под углом 90 градусов, гравитационное притяжение Луны и Солнца частично уравновешивает друг друга, и прилив получается наименьший. Его называют квадратурным.

Наименьший прилив в среднем в 2,7 раза меньше наибольшего.

Обычно приливы и отливы бывают два раза в сутки.

Самый высокий уровень воды, наблюдаемый во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой. Соответственно, средний уровень моря – это условная величина, выше которой расположены отметки уровня воды во время приливов, а ниже – во время отливов.

Знать величину прилива очень важно, особенно в судоходстве, ибо при подходе большого корабля к берегу его можно «посадить» на мель или на риф. Поэтому данные о приливах и времени их наступления в разных пунктах побережья, вычисленные на год вперед, публикуются в специальных справочниках.

Самые высокие приливы в мире (до 18 метров) можно наблюдать в бухте Фанди, которая находится на восточном побережье Канады между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией. На Европейском континенте самые высокие приливы (до 13,5 метров) наблюдаются в Бретани у города Сен-Мало. Здесь приливная волна фокусируется береговой чертой полу островов Корнуолл (Англия) и Котантен (Франция).

Во время прилива крепость Мон-Сен-Мишель во Франции оказывается полностью окруженной морем

Особым видом гидроэлектростанций (ГЭС) являются приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов. Для этого залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой устанавливаются обратимые гидроагрегаты, работающие и при приливе, и при отливе. Некоторые агрегаты могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса – для перекачки воды в водохранилище и последующей работы станции в отсутствие приливов и отливов. В последнем случае электростанции называются гидроаккумулирующими (ГАЭС).

Крупнейшая в мире приливная электростанция «Ля Ранс» во Франции

В мире создано много ПЭС – во Франции, Великобритании, США, Канаде, Китае, Индии и других странах. Крупнейшая в мире ПЭС «Ля Ранс» во Франции (рядом с городом Сен-Мало) имеет плотину длиной 800 метров. Мощность этой станции – 240 МВт, она производит примерно 600 миллионов кВт*ч электроэнергии в год.

В России первая ПЭС была построена в 1968 году в Кислой губе на побережье Баренцева моря. Ее мощность составляет 1,7 МВт.

Почему появляются волны?

Морей и океанов без волн не бывает. В чем же заключаются основные причины этого природного явления?

Главная сила, вызывающая волны, – это ветер. В тихую погоду, особенно ранним утром, морская поверхность кажется практически зеркальной. Однако стоит подняться хотя бы самому слабому ветру, как на воде (за счет трения воздуха о ее поверхность) начнут появляться завихрения. В результате давление становится неравномерным, и это приводит к искажению гладкой водной поверхности – появляется рябь. За вершинами ряби процесс вихреобразования усиливается, и в конце концов это приводит к образованию волн, распространяющихся в направлении ветра.

Нижняя часть волны называется подошвой, верхняя – гребнем. Высота волны – это вертикальное расстояние от подошвы до гребня, длина волны – это горизонтальное расстояние от гребня до гребня.

Основными типами волн на воде, помимо ветровых, являются:

– приливные волны, образующиеся под действием приливообразующих сил Луны и Солнца;

– барические волны, возникающие при резких изменениях атмосферного давления;

– корабельные волны;

– сейсмические волны (цунами);

– «волны-убийцы» (блуждающие волны).

Высота волн в открытом океане может достигать значительных величин, и зависит она от скорости ветра. При ветровом волнении волны могут быть разными еще и по длине, периодичности, скорости распространения и т. д. Более длинные волны движутся быстрее, чем короткие.

Несколько волн подряд могут иметь примерно одинаковые периоды и размеры, но затем обычно появляется волна большого размера, образованная в результате интерференции двух и более различных волн.

Человеку, находящемуся на палубе корабля в бушующем море, волны кажутся очень крутыми, буквально нависающими, словно стены. На самом деле они пологие. Обычно длина волны в 30–40 раз больше ее высоты, и лишь в редких случаях это соотношение равно 1 к 10. Таким образом, максимальная крутизна волн в открытом море не бывает больше 18 градусов.

Длина штормовых волн не превышает 250 метров. Скорость их распространения достигает 60–100 км/ч.

Важно понимать, что с большой скоростью перемещается не водная масса, образующая волну, а исключительно ее форма. При этом отдельно взятая частица воды в волнующемся море совершает не поступательные, а колебательные движения. Таким образом, это только кажется, что при волнении вода движется вперед. На самом деле, если на поверхности воды плавает, например, кусок дерева, легко заметить, что он не двигается вперед вместе с волнами. Он лишь качается вверх-вниз, а двигаться он будет только при наличии ветра или течения.

«В морских волнах Канагавы».

Японская гравюра. Автор К. Хокусай

Корабельные волны создаются достаточно быстро движущимися по поверхности аппаратами, например, кораблями и катерами. Если смотреть сверху, такие волны имеют специфическую форму. Они подразделяются на расходящиеся и поперечные.

А вот цунами – это огромные волны, причиной которых в 85 % случаев являются подводные землетрясения, вызывающие резкое поднятие или опускание участка морского дна.

Более 80 % всех цунами возникают на периферии Тихого океана.

В XXI веке крупнейшее цунами было зарегистрировано 26 декабря 2004 года в Юго-Восточной Азии. Тогда произошло мощнейшее землетрясение с магнитудой в 9,3 балла. Оно вызвало цунами, от которого пострадали Шри-Ланка, Индонезия, Таиланд и другие страны. Общее количество погибших превысило тогда 235 000 человек.

А вот 11 марта 2011 года в Японии землетрясение магнитудой в 9,0 баллов с эпицентром, находившимся в 373 километрах северо-восточнее Токио, вызвало цунами с высотой волны, превышавшей 40 метров(это высота 12-этажного дома). Это землетрясение и цунами стали причиной печально известной аварии на атомной электростанции «Фукусима». Официальное число погибших в результате катастрофы составляет 15 524 человека, 7130 человек числятся пропавшими без вести, а 5393 человека было ранено.

Гигантская волна-цунами

Волны-убийцы – это гигантские одиночные волны высотой 20–30 метров и даже более, возникающие в океане и обладающие нехарактерным для морских волн поведением. Они появляются как бы «из ниоткуда». В самом деле, в отличие от цунами, их появление не связано с какими-то катастрофическими геофизическими событиями. Эти волны могут появляться и при малых ветрах, и при относительно слабом волнении.

Волны-убийцы появляются как бы «из ниоткуда»

Долгое время такие волны считались вымыслом (с точки зрения классической океанологии, волны высотой более 20,7 метров существовать в открытых морях и океанах Земли не могут). Кроме того, не находилось достаточного количества достоверных свидетельств. Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые зафиксирована приборами волна высотой в 25,6 метра.

Дальнейшие исследования в рамках проекта «Max-Wave» («Максимальная волна»), который предусматривал мониторинг поверхности мирового океана с помощью спутников ERS-1 и ERS-2, зафиксировали за три недели по всему земному шару более десятка одиночных гигантских волн, высота которых превышала 25 метров.

По одной из версий, причиной возникновения гигантских одиночных волн-убийц является движение с некоторой определенной скоростью фронта высокого атмосферного давления в направлении зоны низкого давления (расширение зоны высокого давления). При таком «наступлении» фронта высокого давления возникает явление, почти аналогичное «нагону» воды на мелководную восточную часть Балтийского моря, при котором уровень воды в Неве в Санкт-Петербурге поднимается на несколько метров.

Впрочем, есть и другие предположительные причины возникновения волн-убийц.

Фрагмент картины И. К. Айвазовского «Девятый вал»

Под воздействием ветра в поверхностных слоях морей и океанов накапливается огромное количество энергии, которая пока никак не утилизируется. Ученые подсчитали, что штормовые волны высотой 5 метров и длиной 100 метров на каждом метре своего гребня развивают мощность свыше 3000 киловатт, а энергия 1 квадратного километра бушующего моря измеряется миллиардами киловатт в секунду. По сути, можно утверждать, что если будет найден способ использования энергии волнового движения океана, человечество навсегда избавится от угрозы энергетического кризиса. Исследования в этом направлении уже проводятся в ряде стран.

Береговая линия

Для береговой линии морей и океанов характерно наличие бухт, заливов, полуостровов и других форм рельефа.

Бухта – это небольшая часть моря, отделенная от открытой воды с трех сторон частями суши (скалами, выступами берегов и близлежащими островами) и защищенная ими от волн и ветров. Большинство небольших бухт образуются в мягких скальных породах или глинах, вымытых волнами. Примерами бухт могут служить Цемесская (Новороссийская) бухта в северной части российского побережья Черного моря, бухта Золотой Рог в заливе Петра Великого в Японском море (на ней находится город Владивосток) или бухта Ханаума на Гавайях. При этом маленькие бухты могут входить в состав большой бухты.

Бухта Ханаума на Гавайях

Залив – это часть моря, глубоко вдающаяся в сушу, но имеющая свободный водообмен с основной частью моря. Типичные примеры: Финский залив, Персидский залив, Бискайский залив и т. д.

В подавляющем большинстве случаев гидрологические и гидрохимические условия залива тождественны с условиями соседнего моря.

В зависимости от рельефа берегов и других географических условий заливы подразделяются на несколько видов. Например, лиман – это залив, отделенный от моря песчаной косой, а лагуна – это мелководная часть моря, отделенная от него коралловым рифом или узкой полосой намытого песка.

Типичный пример лагуны – Венецианская, что в Адриатическом море. Ее площадь составляет около 550 квадратных километров. В ней находится непосредственно город Венеция и еще более ста островов (Мурано, Торчелло, Джудекка и др.).

Эстуарий – это воронкообразное устье реки, впадающей в море. Эстуарий образуется, когда море затапливает устье реки, а приливно-отливные явления выносят речные наносы в море, не давая эстуарию превратиться в часть суши, то есть в дельту[1]. Это происходит, когда прилегающая к эстуарию часть моря имеет большую глубину.

Один из самых больших эстуариев в Европе – это Жиронда во Франции

Один из самых больших эстуариев в Европе – это Жиронда во Франции. Этот эстуарий рек Гаронна и Дордонь, открывающийся в Бискайский залив, имеет длину 75 километров. Самый же длинный в мире эстуарий имеет река Обь на севере России – его длина составляет 885 километров, а ширина – до 80 километров. Большие эстуарии также образуют такие реки, как Гудзон, Святого Лаврентия, Амазонка, Ла-Плата, Темза и др.

Узкий и извилистый морской залив, часто простирающийся далеко внутрь побережья, называется фьордом. Чаще всего фьорды имеют тектоническое происхождение. А в ряде случаев возникновение фьордов является результатом затопления морем долины бывшего ледника. Многие фьорды очень глубокие (до 800 метров), а длина скалистого фьорда обычно в десятки раз больше его ширины. Типичный пример – фьорды Норвежского моря. Длина Согне-фьорда составляет 219 километров, Харденгер-фьорда – 183 километра, Тронхеймс-фьорда – 137 километров и т. д.

Фьорд Норвежского моря

На севере России залив, глубоко врезающийся в сушу, называют губой (например, Обская губа в Карском море или Невская губа в Финском заливе).

Выступающие части береговой линии морей и океанов называют полуостровами, а небольшие полуострова – мысами. Отметим, что крупнейший в мире Аравийский полуостров имеет площадь в 3 миллиона квадратных километров.

Предпосылкой для появления небольшого мыса является наличие на береговой линии одновременно мягких и твердых пород: мягкие породы (например, песок) разрушаются под действием волн существенно быстрее, чем твердые. Типичные примеры: мыс Горн (Чили), мыс Доброй Надежды (ЮАР), мыс Канаверал (США) и т. д.

Мыс Доброй Надежды

Мыс Доброй Надежды является самой крайней юго-западной точкой Африки. В 1488 году португальский мореплаватель Бартоломеу Диаш (1450–1500), обогнув этот мыс, первым из европейцев вышел в Индийский океан. А в 1497 году Васко (Вашку) да Гама (1469–1524), следуя по пути Диаша, проложил морской путь до Индии. Таким образом, «добрая надежда» короля Жуана II Совершенного, мечтавшего найти путь в Индию в обход Африки, оправдалась, и за мысом на века закрепилось это ставшее знаменитым название.

Васко да Гама

Рельеф морского дна

Как известно, земная кора делится на два типа: регионы с тонкой (около 10 километров) корой – это океаны, и регионы с толстой (около 40 километров) корой – это континенты. Блоки земной коры плавают в более плотном материале мантии, и средняя высота их поверхности относительно уровня моря имеет два различных значения: континенты в среднем возвышаются на 840 метров, а дно океанов погружено на 3432 метра.

Объем воды в океанах превышает объем океанических бассейнов. Соответственно, часть воды распространяется (разливается) над опущенными частями континентов, образуя мелководные моря, которые принято называть континентальными шельфами.

Типичная глубина мелководных морей – 50–100 метров. Наиболее важными из них являются Восточно-Китайское море, Северное море, Берингово море, шельф Патагонии и Сибирский шельф. Мелководные моря помогают рассеиванию (диссипации) приливов, они отличаются высокой продуктивностью и входят в особую экономическую зону близлежащих стран.

Также известно, что земная кора разделена на большие плиты, которые движутся относительно друг друга. Относительное движение этих плит создает большое разнообразие элементов морского дна. Эти элементы включают в себя срединно-океанические хребты, глубоководные желоба, островные дуги, бассейны и подводные горы.

Названия элементов рельефа морского дна были определены специальной Международной гидрографической комиссией. Вот они:

– бассейн – это понижение морского дна более или менее выровненной формы и различной протяженности;

– каньон – это узкое глубокое (до 1000 м и более) понижение с крутыми склонами, имеющее V-образный поперечный профиль;

– континентальный шельф – это зона, смежная с континентом (или вокруг острова) и простирающаяся до глубины, которая обычно отмечена увеличением уклона в сторону больших глубин;

– континентальный склон – это уклон в сторону моря от границы шельфа к большим глубинам;

– равнина – это плоская, слабо покатая или близкая к равнинному часть морского дна;

– хребет – это вытянутое узкое поднятие морского дна с крутыми склонами и неравномерной (нерегулярной) топографией;

– подводная гора – это изолированное или относительно изолированное поднятие, возвышающееся на 1000 метров и более над дном океана, ограниченное вершиной;

– разлом – это нижняя часть хребта, отделяющая океанические бассейны друг от друга или от близлежащего морского дна;

– глубоководный желоб – это протяженное, узкое и глубокое понижение морского дна с относительно крутыми склонами.

Глубина моря и океана может быть измерена двумя способами: эхолокатором, установленным на корабле, или спутниковым альтиметром (высотомером).

Большинство карт морского дна создано на основе измерений, сделанных эхолокаторами. Принцип действия этих приборов таков: прибор посылает звуковой импульс частотой 10–30 кГц и принимает сигнал, отраженный от морского дна. Временной интервал между посылом импульса и приходом эха, умноженный на скорость звука, дает удвоенную глубину океана.

Первое комплексное эхолотирование было выполнено американским эскадренным миноносцем «Стюарт» в 1922 году, когда тот пересек Атлантику, Средиземное море и Индийский океан (он шел на Филиппины, чтобы войти в состав американского Азиатского флота). Теперь же океанографические и военные суда во время плавания практически непрерывно производят эхолотирование. Таким образом, создаются базы данных, на основе которых и составляются так называемые батиметрические карты. Распределение судовых маршрутов по поверхности морей и океанов неравномерно: в южном полушарии они пролегают довольно далеко друг от друга, а, например, в Северной Атлантике – довольно близко. Соответственно, неравномерна и точность батиметрических карт.

Карта глубин океана с разрешением 3 километра, созданная по данным спутниковых альтиметрических наблюдений поверхности моря

При измерении глубин эхолотированием могут иметь место ошибки. Дело в том, что скорость звука изменяется на ±4 % в разных районах Мирового океана. Используя таблицы средних скоростей звука, ошибку можно уменьшить до ±1 %. К тому же до недавних времен местоположение корабля определялось не очень точно, и ошибки могли составлять десятки километров. И главное – иногда скопления зоопланктона и косяки рыб дают такие отражения, что на батиметрических картах появляются ложные подводные горы.

Более точный метод – это современная спутниковая альтиметрия.

В космосе постоянно находится множество альтиметрических спутников; с их помощью создаются так называемые спутниковые альтиметрические карты океанского дна.

На дне морей и океанов, как и на суше, есть горы, обширные равнины, ущелья и узкие глубоководные впадины всевозможных размеров. Для рельефа океанического дна характерно также большое количество одиночных гор среди вполне ровных пространств, что для суши нетипично.

Подводные горные системы, как и на суше, имеют линейную направленность, но большинство из них значительно превосходит горные системы континентов по протяженности, ширине и площади. Так, например, на дне Мирового океана расположена самая большая горная система земного шара – система так называемых Срединно-океанических хребтов, которая непрерывной широкой полосой простирается на 65–70 тысяч километров. Она пересекает Северный Ледовитый океан, проходит через Атлантический и Индийский океаны в их средней части и уходит через Тихий океан к берегам Калифорнии.

Наиболее высокие вершины подводных хребтов выступают над уровнем моря, образуя океанические острова преимущественно вулканического происхождения. Некоторые из них возвышаются над уровнем океана на тысячи метров. Например, на Гавайских островах гора Мауна-Кеа имеет высоту 4205 метров, а от подножия, то есть от дна океана, ее высота составляет более 9700 метров, что значительно выше высочайшей горы на планете Джомолунгмы (8846 метров).

В Мировом океане преобладают глубины от 3000 до 6000 метров (они занимают 76 % его площади или 54 % поверхности планеты). Высокие горы (более 4000 метров) и глубоководные океанические впадины (свыше 6000 метров) невелики по площади: горы занимают 0,5 %, а впадины около 1 % поверхности земного шара.

Наиболее глубоководным является Тихий океан. На его дне имеется много плосковершинных гор, а в южном полушарии с юго-запада на северо-восток (от Антарктиды до экватора) тянутся два хребта, образующие несколько обширных котловин. В северной части океана рельеф дна более сложен. Здесь три больших котловины (в одной из них – Северо-Восточной – находится ряд разломов), дно сильно расчленено, много подводных вулканов.

В Атлантическом океане рельеф дна изучен гораздо лучше, чем в других океанах. По форме океан напоминает латинскую букву «S». Любопытно, что эту же форму повторяет его срединный хребет, простирающийся с севера на юг от Исландии почти до самой Антарктиды. По обе стороны от хребта лежат зоны террас и предгорных холмов, а дальше – глубокие (от 4000 до 5000 метров) котловины.

А еще на дне Атлантического океана есть обширное плато.

Индийский океан разделен Центрально-Индийским хребтом на западную и восточную части. Поперечные хребты и поднятия дна расчленяют эти части на более мелкие котловины. У юго-западной оконечности Австралии находятся самые большие в Мировом океане уклоны дна материкового склона. В северо-западной части океана – множество коралловых рифов.

Рельеф дна мирового океана

Дно Северного Ледовитого океана отличается протяженными хребтами, разделяющими его на отдельные котловины. В центральной части океана расположены два хребта, носящие имена великих русских ученых М. В. Ломоносова и Д. И. Менделеева. На материковом склоне есть подводные долины.

Рельеф дна океанов и морей постоянно изменяется. Дело в том, что волнения и течения размывают возвышенности, разрушают берега, сглаживают их очертания, переносят камни и песок в другие места побережья и в пониженные места океана, постепенно заполняя их. Под влиянием вулканических подводных извержений, землетрясений и других тектонических и гидрологических процессов на дне морей и океанов изменяются существующие и создаются новые формы рельефа – в виде различных поднятий или глубоких впадин, разломов, желобов, каньонов и т. д.

Континентальный шельф – это относительно мелководные (в основном до 200 метров глубиной) и выровненные участки дна морей и океанов, окаймляющие континенты. По сути, это затопленная морем часть материковой территории.

Общая площадь шельфов составляет примерно 32 миллиона квадратных километров.

Наиболее обширные шельфы расположены у северной окраины Евразии (ширина шельфа достигает 1500 километров), а также в Беринговом море, Гудзоновом заливе, Южно-Китайском море и у северного побережья Австралии.

В пределах шельфа добывают нефть, газ, серу, уголь, железные руды, золото, алмазы и другие полезные ископаемые. Более 90 % океанического лова рыбы также ведется в водах шельфов.

Согласно международной конвенции 1958 года, под континентальным шельфом понимается «поверхность и недра морского дна подводных районов, примыкающих к берегу, но находящихся вне зоны территориального моря до глубины 200 метров или за этим пределом, до такого места, до которого глубина покрывающих вод позволяет разработку естественных богатств этих районов, а также поверхность и недра подобных районов, примыкающих к берегам островов».

Основные глубоководные желоба

Проще говоря, внешней границей шельфа является изобата – линия, соединяющая глубины в 200 метров. А вот если на один и тот же континентальный шельф имеют право государства, берега которых расположены друг против друга, то граница шельфа определяется специальным соглашением между этими государствами. При отсутствии такого соглашения все решается по принципу равного отстояния от ближайших точек, от которых отмеряется ширина территориального моря.

В некоторых случаях споры о разграничении континентального шельфа рассматривались Международным судом ООН, который и определял границы шельфа.

Прибрежное государство вправе само определять трассы для прокладки кабелей и трубопроводов на шельфе, разрешать возводить установки и проводить бурильные работы, сооружать искусственные острова.

Что касается глубоководных желобов, то они представляют собой длинные узкие понижения дна океанов с глубинами свыше 5000 метров. Они располагаются в переходной зоне между материком и океаном. Эти прогибы дна с крутыми склонами и плоским узким днищем порой вытягиваются на несколько тысяч километров при ширине в несколько десятков километров.

В глубоководных желобах находятся самые глубокие точки Мирового океана (наибольшая глубина составляет 11 022 метра и находится в Марианском желобе Тихого океана). Эти желоба расположены с океанической стороны островных дуг (например, Алеутский, Курило-Камчатский, Филиппинский и др.), повторяя их изгиб.

У западных берегов Южной Америки глубоководные желоба (Перуанский и Чилийский) протянулись вдоль подводного подножия горных цепей материка. Их районы отличаются высокой сейсмичностью и проявлением вулканизма.

Подводные элементы рельефа оказывают большое влияние на циркуляцию океанов. Например, хребты в районе разломов (рифтовых долин) разделяют глубинные воды океанов на отдельные бассейны. При этом вода, находящаяся глубже разлома, не может перемещаться из одного бассейна в другой. Десятки тысяч изолированных подводных гор, разбросанных по дну Мирового океана, преграждают путь течениям и вызывают турбулентность, которая приводит к вертикальному перемешиванию вод.

Подводные вулканы

Вулканы, расположенные на дне океана, значительно превышают по своим размерам и мощности вулканы наземные и являются основным источником возникновения цунами на Земле.

Большинство современных вулканов расположено в пределах трех основных вулканических поясов: Тихоокеанского, Средиземноморско-Индонезийского и Атлантического.

Подводных вулканов на Земле намного больше, чем «сухопутных», – более трех миллионов против полутора тысяч.

Безусловно, подводные вулканы изучены намного хуже из-за их труднодоступности.

Считается, что подводные вулканы производят в год более трех четвертей всей магмы, выбрасываемой из недр нашей планеты. А по некоторым оценкам, если на суше из 20–30 вулканических извержений ежегодно поступает в среднем до 1,5 кубических километров расплавленной магмы, то за это же время из подводных вулканов магмы извергается в 12–15 раз больше.

Большинство действующих подводных вулканов находится на стыке тектонических пластов в так называемых океанических хребтах. Эти хребты проходят глубоко под водой (примерно на глубине 3–4 километра), поэтому большинство извержений невозможно увидеть. Да и заметить произошедшее извержение с помощью акустических приборов часто не представляется возможным. Связано это с тем, что при выбросе магмы в холодную воду на больших глубинах она сразу же остывает и превращается в вулканическое стекло.

Извержение подводного вулкана

Однако подводные вулканы могут очень быстро расти в высоту. По мере извержения они обрастают вулканической массой, которая не разлетается по всей округе, как это происходит на земной поверхности. Со временем вулкан потухает, израсходовав запасы своей магмы. Если за время своей «жизни» вулкан достигает поверхности воды, то вулканический конус может выйти наружу, и таким образом появится новый остров. По существующим оценкам, большинство из 30 000 известных подводных гор являются такими потухшими вулканами. Типичный пример: вулканическим является остров Реюньон в Индийском океане, площадь которого составляет 2512 квадратных километров.

Многократные извержения сразу нескольких подводных вулканов создают цепочки вулканических островов, таких как Азорские, Канарские, Гавайские и др.

Новые подводные вулканы появляются постоянно. Например, в 2011 году рядом с Антарктикой была обнаружена гряда из десятка ранее неизвестных подводных вулканов, часть из которых до сих пор активна. Часть вершин этих вулканов находится на высоте трех километров над океанским дном, то есть совсем немного не достают до поверхности воды. А часть уже видна над поверхностью воды, и это выглядит как цепь островов.

Активные вулканы нагревают окружающую их воду и могут таким образом создавать благоприятные условия для обитания множества живых организмов. Кроме того, достоверно известно, что извержение подводного вулкана выбрасывает в воду органические соединения, необходимые для развития фитопланктона. Но главное – подводные вулканы снабжают фитопланктон соединениями железа, обязательными для фотосинтеза. Дело в том, что частицы железа требуются для большинства пищевых цепочек, и они очень редки в поверхностных водах. Прежде считалось, что попадают они туда в основном с водами рек, но американские ученые доказали, что большая часть железа, необходимого для фитопланктона, поступает на поверхность с самого дна.

Вулканический остров Реюньон в Индийском океане

В связи с тем, что вулканы дают жизнь океанской флоре, было выдвинуто предположение, что большая активность вулканов могла дать толчок к увеличению популяции морских животных и растений. Далее, при гибели и разложении такого количества живой массы якобы был поглощен весь растворенный в воде кислород, а это, в свою очередь, привело к вымиранию 70 % видов животных от удушья.

Понятно, что в этой гипотезе много спорных моментов. Во-первых, равномерное увеличение животной массы не может привести к переизбытку разлагающихся животных, так как их должны были бы уничтожить падальщики, в большом количестве обитающие на дне. Во-вторых, найденные доказательства вулканической активности только подтверждают, что она была, но вовсе не доказывают, что ее было достаточно для такого массового вымирания.

А вот еще одна версия ученых – подводные вулканы работают в качестве «тормоза» глобального потепления. Суть ее такова: подводные вулканы выступают «поставщиками» растворенного в воде железа, необходимого фитопланктону, а тот, в свою очередь, поглощает углекислый газ и сдерживает так называемый «парниковый эффект», являющийся результатом негативного воздействия человека на атмосферу. Утверждается, что моря и океаны поглощают примерно 5–15 % (в некоторых регионах до 30 %) всех выбросов CO₂, связанных с деятельностью человека.

По мнению ученых, вулканизм является если не единственным, то, во всяком случае, одним из главных создателей Мирового океана – колыбели жизни на Земле. За миллиарды лет ее существования вулканы вынесли на поверхность больше половины объема воды Мирового океана. Более того, подсчитано, что и сейчас в результате вулканической деятельности уровень Мирового океана ежегодно повышается на одну тысячную долю миллиметра.

Кроме того, подводные вулканы не только способствуют образованию цунами, но и влияют на формирование рельефа дна морей и океанов, а также на состав морской воды.

Как известно, более 50 % полезных ископаемых, известных в мире, имеют отношение к вулканогенно-осадочным отложениям. По мере истощения полезных ископаемых на суше все большее значение приобретает их добыча из морей и океанов: морское дно представляет собой огромную и еще почти не тронутую кладовую. Причем некоторые полезные ископаемые открыто лежат на поверхности морского дна, иногда почти у самого берега или на сравнительно небольшой глубине. Естественно, такие месторождения начинают разрабатывать в первую очередь.

По оценкам специалистов, мировые подводные запасы железомарганцевых руд составляют 1500 миллиардов тонн, что намного превосходит запасы всех ныне разрабатываемых рудников. Особенно велики залежи железомарганцевых руд в Тихом океане, где дно местами буквально устлано их конкрециями. Проблема заключается лишь в том, чтобы наладить глубоководную добычу.

В настоящее время лидерами в гонке за подводными полезными ископаемыми являются Россия и Китай. В частности, в 2011 году Китай получил одну из первых лицензий на поиск и добычу полезных ископаемых в подводных вулканах в Индийском океане. А ведь на дне можно найти не только железомарганцевые руды, но и золото, серебро, медь, цинк, свинец и т. д.

Еще в 2001 году Китайская ассоциация по разведке и добыче полезных ископаемых в океане подписала 15-летний контракт с Международным агентством по морскому дну – ISA (International Seabed Authority), следящим за добычей полезных ископаемых под водой в международных водах.

Агентство ISA, штаб-квартира которого находится на Ямайке, также выдало Китаю и России разрешения на разведку недавно обнаруженных полиметаллических сульфидов, которые находятся в районе подводных вулканов. Геологи уверены, что они содержат огромные количества металлов – до 110 миллионов тонн.

На сегодняшний день исследованы всего лишь примерно 5 % потенциальных мест залегания полиметаллических сульфидов, так что открытий будет еще очень и очень много.

Различаются три типа добычи подводных полезных ископаемых: мелководная (на глубинах до 10 метров), на шельфе (на глубинах не более 200 метров) и глубоководная (от 200 метров до предельных глубин). В первых двух глубинных зонах обычно добывают полиметаллические и железосодержащие пески, строительные материалы, сырье для химической промышленности, драгоценные камни и металлы, энергетическое сырье. В глубоководной же зоне перспективна добыча железомарганцевых конкреций, нефти, газа и суль фидов.

В настоящее время основным видом ценного подводного минерального сырья представляются железо-марганцевые конкреции. Их добыча в промышленных масштабах еще не ведется, но ученые уже давно думают о возможных способах извлечения подводных сокровищ с глубин до 6000 метров и даже более.

Китайский глубоководный аппарат «Цзяолун»

Пока предлагаются два основных метода добычи: метод гидравлического землесоса, использующий всасывающую и подъемную силы потока воды в трубе, и метод ковшовой драги, движущейся по поверхности дна и механически сгребающей минералы.

Коралловые рифы

Коралловые рифы – это известковые геологические структуры, образованные колониями коралловых полипов и некоторыми видами водорослей, умеющими извлекать известь из морской воды.

Соответственно, коралловыми полипами называют класс морских беспозвоночных организмов. Многие виды коралловых полипов обладают известковой защитной оболочкой, а всего их насчитывают около 6000 видов.

Кораллы обитают в море. Они неподвижны и по виду напоминают ветви растений. В самом деле, коралловые рифы очень похожи на причудливые деревья и кусты. Когда прикасаешься к ним, кажется, что они каменные. Однако это все же не растения: каждая ветвь коралла – это скопление мельчайших коралловых полипов, то есть живых существ. Такие скопления и называются колониями.

Коралл

Когда рождается новый полип, он прикрепляется к предыдущему и начинает строить новую известковую оболочку – так коралл «растет»; большие скопления кораллов и образуют коралловые рифы.

По сути, внешне неподвижный риф на самом деле состоит из миллионов живых полипов. После смерти полипы оставляют свой «скелет». Когда целая колония погибает, множество таких «скелетов» образуют то, что принято называть кораллами.

Коралловые полипы обитают в теплых тропических водах, температура которых не опускается ниже +20 °C (понижение температуры может вызывать массовую гибель кораллов) и на глубинах не более 10–20 метров. Для них необходим обильный планктон, которым они питаются. Обычно днем полипы сжимаются, а ночью вытягиваются и расправляют «щупальца», с помощью которых ловят различных мелких животных. При этом большие одиночные полипы способны ловить даже сравнительно крупную «дичь» – рыб и креветок. С другой стороны, коралловые рифы – это и гостеприимный дом для многих рыб и морских животных.

Большинство существ, населяющих риф, питаются кораллами или находят в их «зарослях» убежище. Некоторые из коралловых рыб имеют мощные челюсти, которыми они могут отгрызать куски коралла. Например, рыба-попугай своим «клювом» легко откусывает коралловые веточки, на которых растут водоросли.

«Клюв» рыбы-попугая

Коралловый риф (атолл) в Микронезии

Итак, коралловые рифы образуются на мелководье в тропических морях. Расположены они в основном в Тихом и Индийском океанах.

Коралловый риф – это настоящий оазис в океане. Цвета обитателей коралловых рифов поражают воображение: ослепительно желтые, красные, сиреневые, зеленые и т. д. Эти цвета позволяют им ловко маскироваться «под кораллы», поскольку в коралловых лесах их на каждом шагу подстерегают враги. Например, хищные мурены – рыбы, гибкие, как змеи, которые являются грозой всех мелких жителей рифов. Они могут напасть даже на человека. Опасность для человека представляют и разноцветные медузы, которые жалят посильнее крапивы (на их щупальцах размещается множество клеточек с ядом, которые лопаются от прикосновения к ним).

Кораллы удивительно красивы, и они широко используются в ювелирном деле. В результате около трети коралловых рифов в мире уже погублено.

Коралловые рифы Карибского бассейна и северо-восточного побережья Австралии уже давно стали «туристической Меккой» и источником заработка для местного населения. С другой стороны, некоторые обитатели коралловых рифов снабжают человека ценнейшими лекарствами. Так, например, вытяжка из асцидий широко применяется в борьбе с вирусными инфекциями, а из вещества, защищающего коралловые полипы от солнца, изготавливают препарат для лечения рака кожи.

На планете насчитывается более 27 миллионов квадратных километров коралловых рифов.

Они подразделяются на нескольких видов: береговые, барьерные, атоллы и др.

Береговые рифы расположены прямо на уровне моря или чуть ниже его, окружая острова на мелководье. Они представляют собой неширокую террасу, начинающуюся с кромки берега и обрывающуюся на некотором удалении.

Те рифы, которые удалены от берега, называют барьерными рифами. От береговых рифов их отделяет глубокая впадина. Наибольшую популярность приобрел Большой Барьерный риф у берегов Австралии. Его длина превышает 2500 километров, а ширина местами доходит до 150 километров. Общая площадь Большого барьерного рифа превышает площадь Великобритании.

Если коралловый риф полностью скрыт под водой и не имеет выступающих участков над водой, то его называют атоллом. Атолл – это возвышение на дне, увенчанное коралловой надстройкой. Обычно атоллы образуются путем обрастания вулканического острова коралловым рифом, формирующим кольцевой пояс. Отличает атоллы от барьерных рифов и то, что они расположены в открытой воде вдали от берега.

Один из крупнейших атоллов на нашей планете – это атолл Кваджалейн в архипелаге Маршалловы острова в Тихом океане. Его площадь превышает 2000 квадратных километров, из которых более 90 % приходится на вытянутую лагуну. Суммарная площадь 92 островков этого атолла составляет 16,4 квадратного километра. Другой крупный атолл – Рангироа в архипелаге Туамоту (Французская Полинезия) – представляет собой скопление из 415 островков.

Течения

Морские течения – это постоянные или периодические потоки (поступательные движения масс воды) в морях и океанах. На поверхности течения распространяются широкой полосой, захватывая слой воды той или иной глубины.

На больших глубинах и у дна существуют значительно более медленные потоки в генеральном направлении, чаще всего обратном по сравнению с поверхностным течением. Все это составляет общий круговорот вод Мирового океана.

Течения классифицируют по различным признакам: по вызывающим их силам, по физическим свойствам и устойчивости, по глубине расположения в толще вод, по характеру движения и т. д.

Выделяют три группы главных течений: градиентные, ветровые и приливные.

Градиентные течения возникают в морях и океанах в результате образования в них разности давления столба воды. Разность давления создается под влиянием сгонов и нагонов воды ветрами, разности плотностей, вызванной неравномерным нагреванием или неравномерным распределением солености воды, притока материковых вод или вод из других водоемов и т. д.

1

Так называется сложенная речными наносами низменность в низовье реки, прорезанная разветвленной сетью рукавов и протоков. Дельта является противоположностью эстуария.