Геология океанского дна

Чтобы понять Вселенную, человек побывал на Луне и готовится к полету на другие планеты, но для познания многих явлений еще предстоит проникнуть в глубь времен. Наша планета очень стара, ее летопись начертана на каменных отрогах горных вершин и в слоях земной коры, большая часть которой находится под водой. Тот, кто хочет расшифровать древнюю запись природы, должен прежде всего проникнуть в океанские глубины и недра земли.

Своеобразной летописью, отражающей историю Земли, являются отложения, скопившиеся на дне океана за сотни миллионов лет. Среди этих отложений - остатки древнейших организмов, метеориты, вулканический пепел. Спрессованные слои осадков повествуют о геологических катастрофах - землетрясениях, титанических перемещениях земной коры, о ледниковых периодах. Исследуя недра океанского дна, ученые проникают в глубь древнейших времен, разгадывают многие тайны истории.

Изучение океанского дна имеет огромный практический интерес, так как дно Мирового океана и его недра хранят запасы руды, минералов и топлива, возможно превышающие ресурсы суши. Придет время, когда человек станет использовать эти несметные богатства.

Начиная рассказ о геологическом строении "незримой земли" и процессах, происходящих под толщей океанской воды, напомним читателю о том, что земной шар имеет диаметр 12 740 км и, как предполагают, состоит из трех основных геосфер:

• ядра диаметром 6900 км, возможно, состоящего из металлического расплава;
• промежуточной оболочки - магмы толщиной около 2900 км, состоящей из силикатного расплава (огненно-жидких горных пород);
• литосферы, окружающей магму относительно тонкой твердой земной корой, сложенной преимущественно из горных пород и из почвы, образовавшейся под воздействием воды, солнца, воздуха и живых организмов.

Земля при своем движении в мировом пространстве вокруг Солнца со скоростью 29,77 км/с сталкивается с космическими частицами, которые, оседая на ее поверхности, увеличивают массу Земли ежегодно на тысячи тонн; значительная часть этих частиц оседает на дно океана.

Толща земной коры пока еще мало исследована; предельная глубина современных шахт достигает лишь 3000 м, а самые глубокие нефтяные скважины имеют глубину около 8000 м, т. е. занимают примерно 1/5 расстояния от поверхности до мантии. Пробуренная и исследованная толща земной коры состоит из обычных пород, встречающихся и на поверхности. При движении в глубь земли в шахтах температура с каждым пройденным километром увеличивается примерно на 19° С, однако на больших глубинах повышение температуры замедляется. Предполагают, что в центре земли температура должна быть 2000-6500° С.

Карты донных отложений океана. 1 - терригенные отложения; 2 - птероподовый ил; 3 - глобигеновый ил; 4 - диатомовый ил; 5 - радиоляриевый ил; 6 - красная глина.

Если давление на дне наиболее глубоких тихоокеанских впадин составляет 1000-1100 кгс/см², то в земле, на глубине 300 км, оно равно 100000 кгс/см². На нижней границе магмы (на глубине 2900 км) давление уже превышает 1 млн. кгс/см², а в центре земного шара превосходит 3,5 млн. кгс/см².

Плотность пород, залегающих непосредственно под земной корой, равна 3300 кг\мъ\ затем плотность увеличивается и достигает в центре земли 11 500 кг/м³, приближаясь к плотности металлического свинца на земной поверхности. Строение ядра Земли окончательно не установлено. Изучение плотности в глубине земного шара и анализ записей, регистрирующих малейшие колебания земной коры, дают основания полагать, что ядро Земли состоит из внешнего ядра диаметром 7000 км, находящегося в жидком состоянии, и внутреннего твердого ядра диаметром 2600 км. Согласно теории ядро состоит из металлического сплава с примесью кремния.

Фотографии поверхности океанского дна: а - песчаное дно; б - голотурии и кораллы, прикрепленные к обломкам пород; в - норы донных животных; г - поверхность осадочного грунта; д - дно абиссальной равнины; е - марганцевые конкреции.

Другая теория, не отвергая гипотезу о металлическом составе ядра Земли, утверждает, что из-за огромного давления внутри планеты вещество не может находиться в жидком состоянии даже при высокой температуре. Тем не менее, оставаясь твердым, вещество в центре планеты, состоящее из скальных пород или металлов, ведет себя, как жидкое тело.

Это явление будет более понятно, если вспомнить, что металлы становятся текучими при большом давлении. Как известно, на данном свойстве основана холодная штамповка и некоторые другие виды обработки металлов. Не секрет, что вязкая сталь под нажимом мощного пресса становится похожей на жидкое тело. Она течет и может, как жидкость, проходить через тончайшие отверстия. Под давлением всего 4000 кгс/см² из мягкой стали в холодном состоянии можно штамповать любую деталь. Чем выше давление, тем более текуч металл. Если же его подвергнуть давлению 4 млн. кгс/см², то, вероятно, он приобретет свойства жидкости.

Можно предположить, что под влиянием разности температур, вращения Земли, лунного притяжения и других факторов в твердом металлическом ядре существуют мощные течения, описывающие петли в толще Земли. В этом предположении нет ничего удивительного. Турбулентное движение, свойственное атмосфере и гидросфере, может распространяться и на центральное тело нашей планеты, находящееся под огромным давлением наружной оболочки и имеющее свойства жидкого тела.

Как в толще океана движутся глубокие и поверхностные реки - течения, так и в недрах ядра нашей планеты могут перемещаться массы металлического сплава.

Существует несколько теорий о строении ядра нашей планеты, но все они сходятся на том, что ядро состоит из тяжелых элементов, в основном металлов, и, следовательно, руды, обнаруживаемые в поверхностных слоях земной коры, являются результатом выноса металла из глубочайших недр планеты.

Мы еще не знаем, из чего состоит ядро Земли: теория о металлическом ядре в последнее время поставлена под сомнение. Возможно, что ядро сложено из обычных пород, сдавленных огромным давлением так, что их плотность превышает плотность свинца.

Наши представления о внешней оболочке планеты пока еще также не вышли из области теорий.

Под термином земная кора понимается твердая оболочка планеты, находящаяся в кристаллическом состоянии. Нижняя граница этой оболочки называется поверхностью Мохоровичича (по имени открывшего ее югославского ученого). Расчетами и исследованиями волн землетрясений и взрывов установлено, что ниже этой поверхности находится подкорковое вещество, которое вследствие большого давления и температуры не может находиться в кристаллическом состоянии.

Раздел Мохоровичича, или сокращенно Мохо, отождествляют с подошвой земной коры, а подкорковое вещество называют мантией Земли. Мантия Земли - магматическая оболочка - составляет очень толстый слой, который начинается сразу под земной корой и продолжается до глубины около 3000 км. На магму опирается кора Земли, состоящая из шести основных подвижных плит.

Схема современного дрейфа континентов. В схеме африканская плита считается неподвижной. Стрелки показывают направление движения других крупных плит, ограниченных горными хребтами или глубоководными желобами; показано также несколько более мелких, безымянных плит. Границы между американской и евразийской плитами и к югу от Африки точно не установлены.

В Советском Союзе разработан метод регистрации искусственных взрывов, который, дополняя регистрацию сейсмических волн, позволяет с большой точностью изучать строение земной коры до глубин, превышающих 70 км.

Оказалось, что толщина земной коры в различных районах земного шара неодинакова и изменяется от 5 до 80 км. Под океанами толщина коры гораздо меньше - 5-15 км, под континентами - 30-80 км. Под самыми высокими горами располагается наиболее утолщенная кора. Эти утолщения называют корнями гор. Как и подводные части айсбергов, корни гор вспять раз больше, чем сами горы, возвышающиеся над поверхностью Земли.

Внутренний рельеф коры Земли на границе с мантией имеет такое же сложное строение, как и наружная поверхность земного шара. Чтобы разгадать внутреннее строение планеты, нужно знать состав вещества подкоркового слоя. Многие из важнейших процессов, влияющих на развитие нашей планеты, -образование материков и океанов, вулканическая деятельность, внутреннее тепло, магнитное поле и т. п. - зависят от процессов, происходящих в мантии Земли, пока еще не доступной для наблюдения и исследований.

Получение из недр Земли образцов вещества и их всесторонний анализ приоткрыли бы завесу под сокровенными тайнами планеты и прежде всего объяснили бы природу образования рудоносных жил в коре Земли. На суше глубина залегания подкоркового вещества составляет более 15 км, что является большим препятствием для получения таких "проб"; тем не менее в Советском Союзе с этой целью заложены глубокие скважины.

Самая тонкая земная кора находится под дном Тихого океана. В некоторых местах его северной части она составляет всего 6 км и даже менее, но глубины океана в этих районах достигают 4-6 км, В 320 км к северу от острова Пуэрто-Рико, находящегося в Атлантическом океане, в районе Карибского моря, где глубина океана равна 4250 м, найден участок коры с еще меньшей толщиной - всего 5500 м. В этом месте подкорковое вещество расположено близко к поверхности Земли. В последнее время наиболее подходящим местом для бурения считают район возле Гавайских островов.

Предполагают, что все месторождения металлической руды, расположенные вблизи поверхности, являются результатом вулканической деятельности, непрерывно происходящей на нашей планете.

Внутри земной коры имеются очаги жидкой магмы, содержащие металлические сплавы. Магматическая оболочка планеты, сжатая огромным давлением земной коры, несмотря на высокую температуру, расплавиться не может. Если же в земной коре образуется трещина, давление резко падает, и в раскаленной подкорковой породе магма переходит в жидкое состояние; она может выйти на поверхность и образовать вулкан или, встретив на пути пустоту, заполнить ее. Магме, поднимающейся из глубинных недр Земли, всегда сопутствуют металлические пары и газы, являющиеся исходным материалом для образования рудных месторождений.

На суше, где кора Земли имеет наибольшую толщину, вулканы действуют относительно редко, и существующие рудные жилы обязаны своим происхождением действию вулканов древнейших геологических периодов. В океанских глубинах до сих пор происходит интенсивная вулканическая деятельность. Жидкая магма проникает через возникающие расщелины и трещины и выносит новые образования руды с богатым содержанием различных металлов.

Исследования последних лет свидетельствуют о чрезвычайно изрезанном рельефе океанского дна, ложе которого является ценной кладовой минералов и руд с богатым содержанием цветных и редких металлов. Огромные запасы полезных ископаемых и нефти хранятся в недрах шельфа, который содержит те же ископаемые, что и расположенные рядом районы материка, так как обычно имеет одинаковую с ним структуру.

Схема континентальных шельфов. Площадь всех шельфов примерно равна площадям Европы и Южной Америки. Условно считают, что край шельфа, где уклон дна заметно увеличивается, соответствует глубине 200 м, но более точно средняя глубина края шельфа равна 130 м, а средняя ширина шельфа для земного шара составляет 78 км. 1 - хорошо изученные шельфы; 2 - изученные недостаточно; 3 - не изученные.

По геологическому строению шельфы разделяются на два главных типа: шельфы, сложенные осадочными породами, и шельфы, сложенные магматическими и метаморфическими породами.

Наиболее характерные события в истории континентальных шельфов произошли в плейстоцене в течение 1 млн. лет, когда ледники так разрослись на материках, что уровень океана снизился примерно на 150 м ниже его современного положения. Карты донных осадков на шельфах, составленные в последние 20 лет, показали, что размер зерен в осадках не связан с расстоянием от берега. Большинство шельфов покрыто крупнозернистыми песками, которые содержат пустые раковины моллюсков.

Схемы образования осадочных пород шельфа, накопившихся между береговой линией материка и краевым поднятием, выполняющим роль плотины Существуют три вида поднятий: а - тектонические - поднятие осадочных пород или излияние лавы; б - рифы, построенные морскими организмами; в - диапировые структуры, связанные с развитием соляных куполов; г - простой тип шельфа, где нет никаких поднятий. Вертикальный масштаб в шесть раз крупнее горизонтального (дан в км); осадки, отложившиеся до образования краевых поднятий, показаны на разрезах косой штриховкой.

Зоной, где наблюдается последовательное уменьшение частиц от побережья в сторону открытого моря, является полоса между берегом и глубиной 10- 20 м. Мелкие пески и глинистые частицы в виде суспензии переносятся через весь шельф и оседают в более спокойных и глубоких водах океана.

Более 70% шельфов земного шара покрыто осадками, отложенными в последние 15 000 лет, после самого позднего связанного с оледенением снижения уровня океана примерно на 130 м ниже современного. Тогда весь шельф был обнажен и на Земле не существовало Балтийского, Белого, Карского и других морей и заливов, глубина которых в настоящее время не превышает 130 м. Широкая прибрежная низменность, являющаяся ныне морским дном, была покрыта многочисленными озерами и болотами, которые заполнялись обломками растительной массы, отмирающими деревьями и травами. Накопление древесной растительной массы приводило к образованию залежей торфа, каменного угля и нефти, которые обнаруживаются сейчас на шельфах Европы, Америки, Японии и в других местах. Анализ возраста отложений на шельфе свидетельствует о последовательной смене тундровой растительности, хвойных деревьев, имеющих возраст 12 000 лет, и лиственных лесов, возраст которых 8500 лет. Из смолы хвойных растений, произраставших на дне нынешних морей, образовался янтарь.

Сейсмограмма соляного купола на континентальном шельфе Мексиканского залива. Глубина моря составляет 10-20 м, поэтому отражение от поверхности дна практически совпадает с верхним краем записи. При бурении в соляном куполе обнаружены углеводороды.

Прибрежная растительность привлекала множество крупных животных: мамонтов, мастодонтов, мускусных быков, крупные кости которых обнаруживаются в шельфовых отложениях. Обнаружение подводным аппаратом Алвин стоянки древнего человека на глубине 43 м позволяет предположить, что люди каменного века заселяли покрытую лесом низменность: вероятно, здесь были в изобилии дичь и рыба, но люди не подозревали, что через несколько тысяч лет эта область будет затоплена морем. Сейчас тоже приморских жителей не волнует, что настанет время, когда растают оставшиеся ледники, уровень моря поднимется на 60 м и затопит их города,

В последние десятилетия морские страны и международные организации начали проводить на шельфах обширные геологические исследования и составлять карты донного рельефа, чтобы выявить наиболее перспективные районы для рыболовства, добычи нефти, газа и твердых полезных ископаемых.

Схема разрастания глубоководного дна океана за счет излияния расплавленных пород мантии.

Современный метод непрерывного сейсмографического профилирования позволяет быстро получать информацию о структуре подокеанской коры толщиной в несколько километров и строить профильные геологические разрезы. Сейсмографические материалы, добытые бурением, и драгирование позволяют получить наиболее достоверную информацию о геологической структуре и полезных ископаемых континентального шельфа.

Таким образом, основная часть полезных ископаемых пока еще скрыта от человека в недрах дна Мирового океана, и мы даже не представляем себе, какие огромные богатства (металлы, минералы, горючее) лежат в недрах "незримой земли".

Океанографические исследования последних десятилетий расширили наши знания о подводной поверхности планеты. До недавнего времени земная кора представлялась как стабильный слой, покрывающий жидкую мантию и ядро Земли. Допускалось, что отдельные блоки земной коры могли плавать по пластическому веществу мантии на небольшие расстояния. Теперь эти представления невозможно совместить с геологическими данными, собранными за последние 30 лет. Научные открытия свидетельствуют в пользу гипотезы разрастания морского дна и тектонической гипотезы, согласно которой земная кора состоит из нескольких гигантских плит, развивающихся путем нарастания, с одной стороны, за счет изливающихся потоков мантии в районах срединно-океанических хребтов и за счет разрушения, с другой стороны. Там, где плиты движутся в противоположном направлении, между ними образуется разрыв, являющийся "центром разрастания" земной коры.

Общий объем вулканического материала, поступающего через все активные "центры разрастания", составляет около 4 км³ в год, в 4 раза больше, чем на континентах. Излияние вулканической лавы происходит на больших глубинах, поэтому на поверхности океана не обнаруживаются признаки подводного вулканизма.

Подушечная лава, образование которой связано с быстрым охлаждением в морской воде лавы, которая выбрасывалась из вулканических кратеров и трещин при разрастании дна океана (фотография М. Юинга из Ламонтской геологической обсерватории).

Вулканические извержения и лавовые потоки на всем протяжении срединно-океанического хребта образуют горы и уступы. Этот процесс отчетливо проявляется в Исландии, которая представляет часть Срединно-Атлантического хребта, поднявшегося над уровнем океана. Дно рифтовой долины этого хребта усеяно двумя сотнями молодых вулканов, извергающихся примерно один раз в пять лет. Из них тридцать вулканов действуют в наше время.

Многие из крупных кратеров остаются открытыми в течение десятков миллионов лет. Вулканы извергаются и растут, а кора стареет и погружается. Те вулканы, которые извергают меньше 100 км³ лавы за 1 млн. лет, никогда не превращаются в острова, так как дно океана погружается слишком быстро и вулканы не успевают вырасти до поверхности моря.

В то время как происходит наращивание плиты земной коры на дне океана за счет извергающихся потоков лавы, ее передний край с такой же скоростью разрушается. Иногда он скользит под надвигающийся край другой такой же плиты и возвращается в астеносферу (мантию Земли). При этом образуются глубоководные желоба, например Марианский и Тонга в Тихом океане. В других районах встречное движение плит создает молодые горные цепи. Если скорость сближения плит меньше 5-6 см в год, кора может амортизировать сжатие и коробиться, образуя крупные горные цепи типа Гималаев.

Оказалось, что геология дна океанов совершенно отлична от континентов. Горные цепи в океанах совсем не похожи на Альпы или Гималаи, которые сложены в основном смятыми в складки осадочными породами. Вдоль гребней срединно-океанических хребтов проходят похожие на трещины долины, где образуются новые участки океанического дна за счет жидкой лавы, вытекающей из недр Земли.

Схема образования желобов на дне океана. Плита, возникшая при быстром разрастании дна (больше 6 см/год), сталкивается своим передним краем с другой плитой, под которую погружается и расплавляется в астеносфере, имеющей высокую температуру.

Скорость разрастания дна на каждом склоне хребта составляет от 1 до 8 см в год, скорость образования новой земной коры удваивается и может достигать до 16 см в год. При такой скорости все дно Тихого океана (ширина около 15 тыс. км) могло образоваться за 100 млн. лет. Расположение магнитных аномалий позволяет предполагать, что дно океана может двигаться как твердая плита на площади шириной в несколько тысяч километров. Толщина жесткой плиты, видимо, составляет от 10 до 100 км. В некоторых местах континент является частью океанической плиты и движется вместе с ней. В других местах, например на Тихоокеанском побережье Южной Америки, океаническая плита ныряет под континент и погружается вниз под углом 45°. Это движение вызывает многочисленные землетрясения - от поверхностных вблизи побережья до глубоких, происходящих на глубинах до 700 км уже внутри материка. Во многих местах плита опускается вниз под цепью островов, например в районе Алеутских островов, к югу от Индонезии и у архипелага Тонга. В таких случаях вулканы действуют на островах, а глубокие землетрясения отмечаются под окраинными морями.

Движение и разрушение океанической коры объясняет великую загадку геологии, почему океаны, существующие миллиарды лет, имеют дно с осадками возрастом всего 80-150 млн. лет. Очевидно, более древние осадки уносились движущимися плитами и нагромождались на краю континентов или увлекались вниз, под кору, и расплавлялись в мантии Земли.

Тектоническая теория подвижных плит предполагает, что верхняя мантия ведет себя как жидкость и что разность температур под океанами и континентами достаточна для возникновения конвекции - с поднимающимися, потоками под срединно-океаническими хребтами и опускающимися потоками под континентами.

Воздействие малых сил в течение длительных периодов времени вызывает течения в недрах мантии, которые могут переносить плиты, как по ленте конвейера. Вероятно, движение плит, наблюдаемое в наши дни, происходило всегда, и в течение всего периода, исчисляемого в 4 млрд. лет, континенты раскалывались много раз и образовывали новые океаны, а иногда сталкивались и соединялись вместе.

Многие факты свидетельствуют, что 150 млн. лет назад Атлантического океана не было. Он возник после раскола древнего единого материка и образования из него Европейского, Американского и Африканского континентов. Задолго до этого, от 650 до 400 млн. лет назад, существовал более старый океан, в котором отлагались осадки, входящие теперь в горы Европы и Северной Америки. Может быть, старый океан исчез задолго до образования современной Атлантики, определившей Апалачские горы на востоке от их продолжения в Европе.

Схема образования горных цепей на суше, когда плиты сближаются со скоростью менее 6 см/год. Обе плиты изгибаются, сминаются и между ними возникают молодые горные цепи.

Имеются некоторые доказательства, что Сибирь возникла из отдельных частей, которые первоначально были разделены древними морями. Возможно, и Уральские горы когда-то находились вблизи края океана, отделявшего Сибирь от современного Европейского материка.

По дну океанов простираются цепи гор. Один из подводных хребтов, являющийся самой длинной горной цепью Земли, практически опоясывает весь земной шар. Он начинается на дне Ледовитого океана хребтом Ломоносова, открытым советскими полярниками. Дальше, с севера на юг, вплоть до Антарктики, по дну Атлантического океана проходит Срединно-Атлантический хребет, вершины которого возвышаются над его основанием на 3000 м и более. Так, находящийся на юге остров Святой Елены является не чем иным, как одной из таких вершин, поднимающейся из глубины 4500 м. Эта же цепь гор пересекает Индийский океан, проходит около Австралии и непрерывным хребтом шириной в несколько сотен километров достигает Камчатки. Ученые предполагают, что общая длина этого горного хребта вместе с ответвлениями достигает 70 000 км, а его отдельные вершины возвышаются над основанием местами на 9000 м и более, иногда выступая над поверхностью океана в виде островов.

Вероятное расположение континентов - Европейского, Американского и Африканского - перед образованием Атлантического океана, полученное Э. Буллардом с помощью электронно-вычислительной машины. Совмещение сделано по действительному краю каждого континента, где континентальный шельф круто падает вниз, к океанскому дну. Частично совпадающие площади суши и шельфа отмечены точками; пробелы, где края континентов сходятся не полностью, показаны черным цветом.

Сам хребет представляет широкое раздробленное поднятие земной коры. Установлено, что горная цепь, проходящая по срединной линии Атлантического океана, занимает примерно одну треть океанического дна. Огромный по ширине гребень хребта включает долину и осевую трещину шириной до 50 км и глубиной около 3000 м.

Вдоль подводного хребта Атлантического океана проходит непрерывная гигантская трещина общей протяженностью в несколько десятков тысяч километров. Науке пока еще неизвестно происхождение глубоководных океанских впадин, имеющих вид глубоководных желобов.

В районе впадин гравитационное поле Земли настолько изменяется, что даже отклоняет искусственные спутники от очень точно вычисленных орбит. Изучение гравитационного поля в океане имеет большое значение для подводной навигации.

Профиль Срединно-Атлантического хребта.

Советские экспедиции на Витязе обнаружили и промерили много океанских впадин. Из восемнадцати глубоководных впадин Тихого океана обследовано четырнадцать. В частности, измерена глубина Марианской впадины, имеющей максимальную известную глубину Мирового океана - 11034 м. Марианская впадина занимает первое место по глубине, впадина Тонга - второе (10880 м), Курило-Камчатская - третье (10382 м), далее следует Филиппинская (10265 м), Кермадек (10046 м), Пуэрто-Рико (9200 м) и Японская (7400 м). В Северном Ледовитом океане промерена впадина глубиной 5200 м.

В 1967 г. наши ученые на крупнейшем научно-исследовательском судне Академик Курчатов совместно с Витязем провели в Индийском океане многосторонние исследования. Было установлено, что в рифтовых ущельях, рассекающих срединно-океанический хребет, мантия Земли выходит на поверхность океанского дна.

Рифтовая зона характерна большой тектонической активностью. Во время наблюдений за три дня было зарегистрировано 387 землетрясений.

В рифтовой зоне обнаружено интенсивное образование руд, со дна извлечены образцы чистой хромовой руды. Экспедиция открыла и исследовала новый подводный хребет в Индийском океане, названный именем академика И. В. Курчатова.

На дне глубоководных впадин земная кора очень тонка. Некоторые впадины имеют глубокие вертикальные откосы, напоминающие высоченные ступени гигантской лестницы. Сложный рельеф склонов этих впадин не могут зафиксировать самые лучшие эхолоты; лишь через иллюминаторы батискафа просматриваются мельчайшие детали отрогов земной коры.

На глубине 10 и 11 тыс. м ширина желобов не превышает нескольких километров.

Все изменяется в природе. Очень медленно, но непрерывно изменяются контуры материков и океанов, рельеф суши и океанского дна. Геологическая история формирования земной коры и рельефа суши исчисляется многими сотнями миллионов лет. Это настолько продолжительнее всей истории цивилизации, что у человека создается впечатление, будто современные горы и долины, моря и океаны вечно сохраняют первозданный вид. Если же заглянуть в глубь геологической истории, то оказывается, что в древнейшие времена лик нашей планеты был совсем иным. Там, где сейчас возвышаются величайшие горы, миллионы лет назад простирались обширные моря и океаны.

Еще недавно предполагали, что океанские глубины - царство вечного покоя. Исследования последних лет полностью опровергли такое предположение. Оказалось, что в глубинах океана происходит постоянная титаническая работа.

Хотя толща воды надежно защищает подводные скалы от разрушающего действия мороза, жаркого солнца и выветривающих потоков воздуха, в подводном мире также действуют силы, медленно изменяющие рельеф "незримой земли".

В прибрежной зоне придонные течения, с большой скоростью увлекая за собой каменистый материал и песок, истирают в порошок коренную породу океанского ложа, а в отвесных склонах материков вымывают коридоры, ниши и пещеры. За миллионы лет реки и морской прибой переместили в прибрежные зоны океана огромные массы размельченных горных пород и почвы. Вода не строит, подобно ветру, песчаных барханов, но поверхность подводных равнин покрыта рябью, похожей на рисунок песчаного речного дна.

Наряду с мощными, но относительно спокойными глубинными течениями порой наблюдается быстрое и стремительное перемещение воды от побережья к центральным частям океанов. Бывает, что по склонам океанского дна со скоростью горных рек несутся потоки песка, смешанного с илом. Такая черная река роет на дне океана глубокие русла и овраги; когда песчаные потоки подходят к крутым склонам, образуются низвергающие вниз лавины, напоминающие водопады.

В других районах океанского дна, где слабое течение воды не может переносить ил и песок, скопляется осадочный грунт. Вместе с остатками морских животных и растений на дне океана откладывается песок, занесенный ветром с суши, и метеоритная пыль из космоса. Осадки медленно опускаются, покрывая равнины, ущелья и горные цепи.

Геологический разрез глубоководного участка дна океана вблизи подножия Срединно-Атлантического хребта между Южной Америкой и Африкой к востоку от острова Тринидад. В этом районе западной абиссальной равнины осадки залегают ровно и однородно, толщиной 1000-1500 м. Глубина океана около 5300 м. Отношение вертикального масштаба к горизонтальному 8:1. 1 - поверхность океана; 2 - отраженное эхо поверхности и геологической структуры дна; 3 - осадочные породы; 4 - коренные породы.

Многие горные хребты под водой стоят в стороне от течений. Ежегодно непрерывно падающий "черный снег" скапливается толстыми шапками на вершинах и склонах гор. Так, проходят столетия, пока под влиянием подземных толчков или в результате чрезмерной тяжести не произойдут оползни осадочного грунта. Когда миллионы тонн рыхлого ила и песка обрушиваются с подводных склонов материков, обвалы поднимают гигантские грязевые бури, распространяющиеся на тысячи километров вокруг. Если на поверхности земли ветер поднимает и разносит тучи пыли, то в краевых зонах океана течения распространяют поднятые грязевыми облаками потоки мути, перенося их в застойные низины океанского ложа.

Глубоководные ландшафты "незримой земли" уже не в состоянии более скрываться от вездесущих человеческих глаз. Люди освоили фотографию и телевидение, построили глубоководные аппараты и с каждым погружением вырывают у океанских глубин все новые и новые тайны. Все яснее становится подводный рельеф, шире раскрываются завесы, скрывающие богатства, водного пространства и ложа Мирового океана.

В последние годы составлены карты океанского дна, однако детализация рельефа дна еще далеко не закончена.

Современные карты дна океана по степени точности и детализации напоминают карты земной поверхности, составленные 250 лет назад.

Подробные карты рельефа океанского дна необходимы для океанографии и многих практических целей. Помимо топографии дна необходимо также знать, что лежит под дном.

Способ профилирования донных отложений по отражению сейсмических волн позволяет получать непрерывные разрезы осадочных толщ и измерять их непосредственно с надводного движущегося судна. Этим методом установлены очень большие колебания толщины осадочного слоя, под которым рельеф коренной породы весьма неровный, а в некоторых местах гористый.

В толще Мирового океана наряду с титаническими силами подводных землетрясений, вулканов и течений действуют медленные, но необъятные по размаху химические процессы, вызывающие накопления полезных ископаемых.

В составе морской воды, вероятно, имеются все элементы, входящие в таблицу Менделеева. Однако многие из них содержатся в столь ничтожном количестве, что современными методами химического анализа удается обнаружить только 50 элементов.

Почти все обитатели моря строят свои раковины, створки и скелеты из кальция и кремнезема, находящихся в составе солей, растворенных в воде. Но, кроме того, водоросли и губки поглощают йод, моллюски - медь, медузы - цинк, олово и свинец, а микроскопические простейшие животные - радиолярии - стронций.

Геологический разрез вблизи гребня Срединно-Атлантического хребта. Отдельные пики поднимаются на высоту 1700 м над средним уровнем дна вблизи хребта. Характер сейсмических отраженных сигналов в этом районе позволяет предположить наличие как молодой, так и древней тектонической активности; осадочных отложений нет даже в углублениях.

Этой способности морских организмов поглощать и сохранять в своем теле определенные химические вещества принадлежит важная роль в геологической истории Земли. Огромные запасы ряда полезных ископаемых обязаны своим происхождением именно такой деятельности морских организмов.

Согласно одной из теорий исходным материалом для каменного угля на Земле явились растения и отчасти животные. В течение миллионов лет они поглощали и усваивали из окружающей среды углерод, водород и другие элементы. Отмирая, растения и животные в виде осадков скапливались на дне морей и океанов. В последующем эти отложения покрывались глиной и песком. Находясь под большим давлением, они постепенно превращались в уголь.

Меловые известковые залежи представляют скопление скелетов, раковин и панцирей морских животных. Развиваясь в морской воде, они поглощали кальций и кремний; остатки этих животных падали на дно, постепенно наращивая известковые или кремнеземовые отложения толщиной в сотни метров.

На поверхности дна многих морей и океанов рассыпаны упоминавшиеся выше железомарганцевые конкреции. В большом количестве они покрывают, например, дно Баренцева, Карского и Балтийского морей, а в Тихом океане устилают пространства в десятки миллионов квадратных километров. Иногда количество конкреций достигает нескольких десятков килограммов на один квадратный метр.

Согласно одной из гипотез огромное количество этих рудных образований возникло в результате жизнедеятельности особых форм бактерий, способных концентрировать элементы, растворенные в морской воде. Эти формы бактерий, помимо железа и марганца, концентрируют и другие металлы (никель, кобальт, медь, талий и ряд редких ценных элементов).

Всем известный йод трудно обнаружить в морской воде химическим анализом, а водоросли и некоторые животные накапливают в своем теле йод в сотни тысяч раз большем содержании, чем в окружающей воде.

Таким образом, длившаяся миллионы лет деятельность растений и животных на Земле явилась своеобразной природной промышленностью, создавшей огромные запасы полезных ископаемых. Но если на суше эти богатства уже давно используются человеком, то на дне морей и океанов они лежат пока нетронутыми.

Такое "безразличное" отношение к богатствам, устилающим дно, объясняется, в частности, тем, что открыты они недавно, а кроме того, на суше разработки залежей гораздо более доступны.

До последнего времени было широко распространено мнение, что дно морей и океанов, сложенное в основном рыхлыми илистыми и песчаными отложениями, не содержит полезных ископаемых, пригодных для промышленного использования. Однако фотографированием поверхности дна на больших глубинах, исследованиями проб грунта и непосредственными наблюдениями из гондол батискафов установлено, что огромные пространства дна устилают поля рудных конкреций с высоким содержанием многих ценнейших металлов.

В океанах конкреции залегают на различных глубинах, но огромное их количество находится на глубине от 4 до 7 км. Железомарганцевые конкреции представляют черные, иногда округлые, похожие на картофелины, образования или слоистые натеки. Нередко они устилают дно сплошным покровом и отдельные его участки становятся похожими на булыжную мостовую.

Марганцевые конкреции на глубине 900 м. Диаметр конкреций - 5 см, масса - 100 г.

Советские ученые на судне Витязь провели обширные исследования Индийского океана. Они, в частности, открыли большие скопления конкреций в центральной его части на глубине от 4 до 5 км. В некоторых ядрах конкреций были обнаружены зубы давно вымерших гигантских акул.

Общие запасы рудных конкреций в океане измеряются сотнями миллиардов тонн. Исследования дна океанов показывают, что в Атлантическом океане содержится 45 млрд г железомарганцевых конкреций, в Индийском - 41 и в Тихом - 112. Таким образом, запасы только трех океанов составляют около 200, а всего на дне Мирового океана находится не менее 300 млрд. т этой высококачественной руды.

Анализ показал, что в некоторых конкрециях содержится: марганца - 45%, кобальта - до 1%, никеля - 1,5% и меди до 2%. Кроме того, в этой руде имеется большое количество радиоактивных, рассеянных и редких элементов, также необходимых современной промышленности. В частности, в конкрециях содержание таллия в 50-100 раз выше, чем в осадочных породах суши. Можно напомнить, что мировые запасы ценнейшего металла кобальта на суше определяются в 1 млн. т, а количество кобальта в конкрециях достигает 2 млрд. т.

Богатства, растворенные в водах океана, огромны. Если, например, извлечь все золото, находящееся в морской воде, то его станет больше, чем на земле меди. Когда человек узнает секреты биохимического накопления элементов растениями и животными, возможно, будут найдены новые методы извлечения из морской воды ценных металлов, редких и рассеянных элементов. Но до сих пор эти богатства недоступны и человек лишь приступает к их исследованиям.

Обширные районы дна океанских бассейнов заполнены кремнеземовыми и известковыми илами, представляющими продукт накопления панцирей, створок и скелетов организмов, в далекие времена населявших океан. В течение миллионов лет тонущие отмирающие растения и животные устилали дно скелетными остатками.

Красная глина на суше не встречается, она является исключительно продуктом моря. Как показали исследования океанических осадков, красные глины занимают огромные площади дна трех океанов. В верхнем слое они содержат такое количество радия, которое превышает его запасы в недрах коры всей суши.

В составе красной глины обнаружены мелкие "магнитные" шарики, содержащие большой процент никеля. Некоторые ученые считают, что эти шарики космического происхождения, но на поверхности суши они пока не обнаружены. Наибольший диаметр таких шариков 130 микронов. Предполагается, что общий вес никелевых шариков, выпадающих в год на поверхность Земли, колеблется от 175 до 2400 т.

Историки пока не могут ответить на вопрос, что стало известно человеку раньше: уголь или нефть? В храме огнепоклонников около селения Сураханы более 8000 лет назад горели "вечные огни", питаемые природными газами, выходящими на поверхность из недр Земли. Нефть и асфальт добывались на берегу Евфрата за 5 тысячелетий до нашей эры. Древнегреческий писатель Плутарх в своих описаниях походов Александра Македонского упоминает о бакинской нефти.

Тем не менее, начиная с глубокой древности вплоть до нашего столетия, нефть в качестве топлива не применялась, а использовался каменный уголь. Только с изобретением двигателей внутреннего сгорания началось широкое использование нефти. Мировая добыча нефти в 1850 г. составляла всего 500 т, а в настоящее время превышает миллиард тонн и продолжает ежегодно увеличиваться. Нефть служит не только источником энергии, но и ценным сырьем для производства многих синтетических материалов.

Существует множество учений о природе образования нефтяных залежей, но все они сводятся к двум теориям: неорганического и органического происхождения нефти.

Сущность первой теории, автором которой является Д. И. Менделеев, заключается в том, что нефть образовалась в результате химических реакций между карбидами тяжелых металлов, залегающими в недрах Земли, и водой. В дальнейшем, по мере развития науки, эта теория становилась все более сомнительной. В настоящее время принята органическая теория происхождения нефти, доказывающая, что родиной нефти являлись моря и океаны, давно исчезнувшие с лица земли. Так, 240 млн. лет назад между Ледовитым океаном и Каспийским морем находилось огромное теплое море. Остатки растений и животных опускались на его дно и постепенно превращались в ил. В результате изменений климатических и геологических условий отложение органического материала прекратилось и образовавшееся илистое дно покрылось глинистыми и песчаными отложениями. Огромное количество отложений, изолированное от кислорода воды и воздуха, оказалось под большим давлением. При благоприятных условиях органические отложения, много лет находившиеся без доступа воздуха, превратились в нефть. Через миллионы лет в этом месте поднялась земная кора. Море отступило, а его дно стало гористой страной. Так образовались несметные нефтяные богатства на обширной территории от современного Закавказья и к западу от Урала до Архангельской области. Аналогично образовались и сибирские нефтяные залежи, простирающиеся до шельфа Ледовитого океана.

Геологический профиль осадочных слоев дна моря. Высокие узкие структуры, по-видимому, являются соляными куполами, по бокам которых часто образуются месторождения нефти.

Советские палеонтологи и геологи в настоящее время располагают точными научными данными о том, что органическая жизнь бурно развивалась два миллиарда лет назад, что нефть сибирской платформы имеет возраст порядка 550 млн. лет, а возраст нефти, открытой в районе сибирского города Нефтеленска, примерно равен миллиарду лет.

Процессы нефтеобразования происходили не только в древние геологические периоды; они происходят и в настоящее время. Там, где существуют благоприятные условия, морские растения и животные продолжают давать исходный материал, необходимый для образования огромных запасов нефти.

Неограниченные возможности "природной промышленности" нефтяного сырья подтверждаются необычайно быстрым ростом морских растений, о чем уже известно читателю. Кстати, можно добавить, что микроскопические водоросли - диатомеи - при особо благоприятных условиях (в том случае, если ни одна из особей не погибнет) могут за восемь дней образовать массу, по объему равную всей нашей планете, а растительный планктон океана связывает ежегодно 60 млрд. т органического углерода (что вдвое превышает вес открытых запасов нефти на Земле).

Разведчики нефтяных месторождений считают, что самые богатые запасы нефти находятся в море, так как нефть скапливается в пластах наиболее пониженных участков земной поверхности, которые закрыты плотными осадочными породами и, как правило, затоплены морями и океанами. Эта теория подтверждается открытием нефти и газа в недрах дна Северного, Балтийского морей и Северного Ледовитого океана. В настоящее время еще далеко не все нефтеносные залежи открыты на суше, но, возможно, еще больше их скрыто в недрах дна морей и океанов.

Трудно сейчас что-либо добавить о сокровищах Мирового океана, но следует отметить, что все осадочные горные породы, являющиеся источниками многих ценных ископаемых на суше, в далекие времена образовались в морских глубинах.

Изучение дна Мирового океана очень важно для развития раздела геологии, изучающего формы залегания горных пород и историю перемещения земной коры. В различных районах земной коры, находящихся под океаном, скрыта разгадка многих тайн геологических процессов как происходивших в древние времена, так и протекающих в наши дни. Эти процессы привели к образованию и глубочайших впадин океана, и горных хребтов.

Особый интерес представляют островные дуги западного района Тихого океана. В их состав входит и Камчатско-Курильская гряда, изучение которой является одной из сложных задач, стоящих перед нашей наукой.

Камчатско-Курильская дуга - не только цепь островов. Это обширный геолого-географический комплекс шириной во много сотен километров, которому свойственны сильная и разнообразная подвижность и формирование горных цепей. На запад от Курильской гряды расположено Охотское море с глубинами до 3,5 км, а с востока к ней прилегает глубоководная впадина дна океана. Промеры этой впадины показали, что ее глубина достигает 10382 м. По восточной стороне дуги на океанском дне находятся многочисленные центры землетрясений. По западной стороне Тихого океана на большом протяжении проходит линия разломов и изгибов земной коры, находящейся в движении; ее отдельные участки вздымаются горными хребтами с вершинами высотой 11-13 км до уровня дна.

В этом районе разломанная земная кора, скрытая под толщей океанской воды, подвергается огромному боковому давлению, которое и производит ее смещение. Часть земной коры, находящейся под океаном, как бы перемещается под материковый массив, подобно льдине, заходящей под соседнюю льдину во время ледохода. Такие перемещения земной коры, скрытые под толщей океана, не проходят бесследно для густонаселенных японских островов. Они сопровождаются сильными землетрясениями, разрушающими целые города и приносящими гибель тысячам людей.

Там, где действуют подводные вулканы, раскаленные лава и газы, извергаясь из недр Земли, встречаются с толщей воды и вызывают в глубинах океана сильные взрывы. Огнедышащие вулканы гаснут при соприкосновении с водой, но энергия взрыва, так же как и подводные землетрясения, образует на поверхности океана огромные волны, распространяющиеся со скоростью 800 км/ч. Достигая суши, волны обрушиваются на берег и производят внезапные катастрофические разрушения. Эти страшные волны японцы называют цунами ("цу" означает порт, "нами" - волна).

Цунами возникают в результате внезапного опускания или поднятия больших площадей морского дна, падения масс грунта в море с прибрежных склонов материка или оползней, образующихся на склонах подводных каньонов. В результате подводных вулканов или колебаний океанского дна происходит моретрясение. Огромные водные массы начинают колебаться, и волны высотой до 40 м распространяются со скоростью до 800 км/ч.

В океане над большими глубинами возникают волны высотой до 100 м. Однако на поверхности они имеют небольшой уклон, поэтому незаметны.

Цунами с огромной силой обрушиваются на сушу и смывают целые поселения, расположенные на берегу, причем гибнут тысячи людей, за несколько минут до этого даже не подозревавшие об ожидающей их участи.

В настоящее время на побережьях, подвергающихся разрушениям цунами, оборудуют гидроакустические станции предупреждения. Население оповещается о приближении цунами и успевает уйти в горы.

Особое значение имеет изучение грунта дна. В морских отложениях легче установить возраст отдельных слоев и, следовательно, можно многое узнать о геологическом прошлом нашей планеты. Для получения проб грунта со дна океана используют грунтовые трубки. Они дают возможность поднять с любой глубины колонки грунта длиной в несколько метров, что соответствует толщине грунта, отлагавшейся в течение примерно 1 млн. лет. Анализируя отложения грунта, можно точно восстановить климатические изменения, которые происходили за этот период времени. Так, в 1949 г. при исследовании грунта Черного моря удалось установить, что оно в течение 21 млн. лет несколько раз меняло свою соленость. Еще сравнительно недавно пролива Дарданеллы не существовало: Черное море не соединялось со Средиземным и имело меньшую соленость.

Изучение остатков организмов, захороненных в различных слоях толщи грунта, дает возможность с большей точностью определить климатические условия прошлых геологических периодов. Раскрытие истории и смены климата за последние десятки тысяч лет представляет большой интерес и для антропологии - науки, занимающейся изучением истории развития человека.

Изучение современных морских животных дает возможность выяснить геологическое прошлое Земли. Так, изучение глубоководной фауны позволило установить, что примерно 4-5 млн. лет назад материки Северной и Южной Америки не были связаны Панамским перешейком: Атлантический океан соединялся с Тихим.

Разностороннее изучение океана позволяет установить широкие связи между рядом наук и сделать далеко идущие выводы. "Сухопутные" науки не могут дать основы для многих таких выводов и обобщений, поскольку, как уже отмечалось, в поверхностных, доступных изучению слоях Земли изменения происходили и происходят относительно быстро.

Представление о могуществе и богатствах Мирового океана будет неполным, если не упомянуть о его энергетических ресурсах, пока не используемых человеком.

Мы уже говорили, что океаны являются огромными аккумуляторами тепла, получаемого от Солнца и из недр Земли, океанские течения переносят тепло от экватора к полюсам и холод в обратном направлении. Только из Атлантического океана в Арктику ежегодно поступает до 240000 млрд. ккал тепла, которое может растопить около 3 млрд. г льда. Теплоемкость воды в три с лишним тысячи раз больше теплоемкости воздуха. Это означает что, охладив 1 м³ воды на 10° С, мы нагреем на 10° С 3000 м³ воздуха. Океан с помощью атмосферы выравнивает и сглаживает резкие изменения температуры и тем самым формирует климат на нашей планете.

Но не только тепловой энергией богат океан.

Когда по морю бегут волны высотой 5 м, на одном квадратном километре "пропадает" 3 млн. квт энергии. У открытых океанских берегов даже в тихую погоду никогда не прекращается прибой. Обычно высота волн прибоя 3-6 м, но иногда она достигает 10 м. Огромная энергия прибоя разрушает и размывает берега, отвоевывая большие участки суши, перемещает массы песка и ила, засоряя фарватеры каналов и рек. Прибой и морские волны причиняют огромные бедствия и убытки. Однако попытки человека использовать эту колоссальную энергию волн пока еще не вышли из стадии проектных разработок.

Механическая энергия океанов проявляется не только в виде ветровых волн; мощность океанских течений также выражается невероятной цифрой. Только один Гольфстрим переносит почти в 1000 раз больше воды, чем Обь и Енисей вместе взятые. Но многоводные реки давно используют для получения электроэнергии, а вот океанские течения из-за их малых скоростей остаются недоступными для современной энергетики.

Кроме постоянных течений, громадные массы воды переносятся в морях и океанах приливами и отливами, возникающими под влиянием сил притяжения Луны и Солнца. Эти космические силы создают разницу уровня между приливом и отливом в 10 и даже в 12 м, в то время как современные гидротурбины могут работать при разнице уровня уже в 2 м.

Полная мощность океанских приливов превышает 1 млрд. кет, но ее использование пока ничтожно. Только в Китае и во Франции работают приливные гидростанции небольшой мощности. Разработаны проекты крупных приливных гидростанций, способных вырабатывать 10-15 млрд. кВт ч электроэнергии в год. Одну из таких гидростанций предполагают построить в Аргентине (в заливе Сан-Хозе).

В 1967 г. во Франции в бухте между городами Динар и Сен-Мало построили приливную гидроэлектростанцию с плотиной длиной 350 м. Вслед за ней планируется построить гигантскую приливную электростанцию мощностью 12 млн. квт, длина плотины которой будет 18 км.

В 1969 г. в Кольском заливе в губе Кислой зажглись огни от первой в Советском Союзе приливной электростанции.

Для выработки электроэнергии можно использовать разницу как уровней воды океанских приливов и отливов, так и уровней температур воды поверхностных и глубинных горизонтов. В тропиках эта разница достигает 20° С, а в морях умеренного климата 10° С. Уже сейчас в Абиджане (на атлантическом берегу Африки) работают два турбогенератора общей мощностью 14 000 кет. Поверхностную воду с температурой 28-30° С подают в паровой котел, в котором создан вакуум; вода в котле закипает, и пар вращает турбину. Для охлаждения отработанного пара используют холодную воду, подаваемую по трубам с глубины 500 м.

В будущем источником энергии может служить тяжелая вода, запасы которой в океанах оцениваются в 274000 млрд. т. Атом кислорода в тяжелой воде соединен с двумя атомами дейтерия - тяжелого водорода, 1 кг такой воды при использовании в атомном реакторе даст энергию, эквивалентную энергии 400 г каменного угля. Если из тяжелой воды выделить дейтерий и соединить его с литием, то 1 кг такого вещества, называемого дейтеридом лития, даст энергию, равную энергии 300 тыс. т угля.

Сказанным далеко не исчерпываются энергетические ресурсы Мирового океана. По мере изучения океана открываются все новые и все более грандиозные перспективы использования его огромной энергии.