Борьба моря с сушей

Алчная волна. - Удивительное равновесие. - Море побывало везде. - Ширится океан или суша?

Эта борьба началась давно, с того времени, когда океанские впадины впервые стали наполняться водой. Приливы, вторгаясь на сушу, размывали берега и уносили с отливом оторванные от берега минеральные частицы. Штормовые волны, неутомимый прибой и прибрежные течения усиливали разрушительную работу приливов. Не довольствуясь прямым нападением, океан засылал в тыл противника отряды дождевых облаков. Питаемые дождями ручейки, горные потоки и более спокойные равнинные реки разрушали поверхность суши, перемалывали твердые скалы в гальку, песок и тончайшие частицы глины. Одновременно они растворяли все, что поддается растворению в породах, образующих сушу, и уже в жидком виде уносили свою добычу в океан. Разрушительная работа воды, начавшись многие сотни миллионов лет назад, продолжается и поныне.

Во всех частях света океан ведет с сушей "локальные войны", причиняющие человечеству, как и все войны, немало вреда. Главное оружие океана в этих войнах - волна. А волна, в свою очередь, увлекает в атаку донные отложения - гравий, песок, эти природные абразивы, которые подтачивают береговые утесы еще сильнее, чем сама волна. Недаром обрывистые берега геологи так и называют абразионными. Работа волны разнообразна. В одном месте она размывает пляжи и разрушает берега, в другом - заносит песком каналы и морские порты, если они построены без учета движения наносов, перемещаемых волной и прибрежными течениями.

Разрушительная работа моря. Развалины древней церкви на берегу Англии, сфотографированные в 1904 г.

Разрушительная работа моря. Развалины древней церкви на берегу Англии, сфотографированные в 1914 г. В 1919 г. от церкви не осталось и следа

На северо-восточном берегу Англии, в районе Шерингема, со времени римского владычества море продвинулось на 4-5 км. В настоящее время система дамб ограждает берег, но это оказывается недостаточным. Море продолжает наступать. Разрушает море и берега Бретани и Нормандии на противоположной стороне Ламанша.

В Северном море хорошо известен остров Гельголанд - вершина знаменитого "мокрого треугольника" (Куксгафен-Гельголанд-Вилъгельмсгафен) в системе германской обороны в первую и вторую мировые войны. Остров может служить образцом разрушительной деятельности моря. Площадь его, измеренная в 1079 г., составляла 900 км². В настоящее время остров окружен скалистым мелководьем, которое образовалось при размыве его берегов, а площадь острова при 60-метровой высоте над уровнем моря меньше половины квадратного километра.

Часто море в одном месте размывает берега, а в другом - их наращивает. Так был совершенно занесен бразильский порт Цеара.

Иногда в одном и том же месте волны, в зависимости от своего характера, то размывают, то наращивают берег. Например, на французском берегу Сален де Жиро в Средиземном море, невдалеке от маяка ВьеФар, длинные штормовые волны за зиму наращивают берег на 30 м, а в течение лета при хорошей погоде невысокие короткие волны размывают его на 35 м. В итоге море ежегодно отвоевывает у суши 5 м. С 1807 г. море отняло в этом районе от суши полосу шириной в 670 м.

На Черном море был неудачно построен порт Очамчире. Вдоль кавказского берега Черного моря под действием волн почти непрерывно движется на юго-восток каменный поток гальки. Мимо каждой точки берега за год он переносит 30 тыс. м³ материала. И вот при постройке порта этот поток гидротехники перегородили молом, после чего по одну сторону мола галька стала накапливаться, делая пляж все шире и шире, а по другую - море сначала уничтожило пляж, а затем принялось разрушать коренной берег. Пришлось строить защитные сооружения. Нечто похожее произошло и с Сочинским портом. На участке Туапсе - Адлер протяженностью 100 км для укрепления берега было построено 4 км волноломов, 45 волноотбойиых ряжей и 350 бун. В течение нескольких лет многие из этих сооружений были деформированы, подмыты, а частью разрушены. Еще большая неудача постигла небольшие порты Швентое на Балтийском и Каспийск - на Каспийском море. Их стало заносить песком.

Неудивительно поэтому, что ученые сейчас настойчиво работают над изучением прибрежного волнения, движения наносов и развития береговой черты с целью разработки теоретических основ для возведения морских гидротехнических сооружений. В этой области во многих странах было допущено немало "железобетонных ошибок", как выразился один из докладчиков на Международном симпозиуме гидротехников.

После войны по предложению академика П. П. Ширшова, в то время министра морского флота, в Институте океанологии АН СССР был организован береговой отдел. В отделе под руководством В. П. Зенковича разработаны теоретические схемы перестройки профиля побережья и береговой линии во время волнения того или иного вида, дающие возможность составить представление о перемещении наносов в любой фазе шторма по волнограммам поверхностных волн. Работы советских океанологов в этой области были высоко оценены на Международном навигационном конгрессе в Балтиморе (США), а разработанный ими метод люминесцентного мечения материала наносов был рекомендован для всеобщего применения.

Грозен прибой на берегу океана. В штормовую погоду волна иной раз, словно детские кубики, отбрасывает бетонные блоки портовых дамб весом в сотни и даже тысячи тонн. Однако волны и течения разрушают берега намного медленнее, чем дождевая вода и реки размывают поверхность суши. Подсчитано, что волны и течения ежегодно отрывают от берегов примерно 1,5 км³, тогда как реки выносят в море более 12 км³ твердого материала в год. Кроме того, реки ежегодно уносят в океан 3300 млн. т растворенных веществ (кремния, железа, алюминия, фосфора, кальция, магния, азота и пр.).

Кальций и кремний извлекаются из морской воды мелкими растительными и животными организмами. Из этих веществ они строят свои скелеты, панцири и створки. Организмы отмирают, разлагаются, а скелеты их погружаются на дно океана.

Осадки во многих глубоководных частях океана, удаленных от берега, состоят почти исключительно из твердых остатков пелагических (живущих в толще воды) организмов. За 1000 лет отлагается слой пелагических осадков толщиной в 5-7 мм. Осадки на материковой отмели образованы преимущественно терригенным материалом - минеральными частицами, оторванными водой от поверхности суши. Со дна материковой отмели они часто относятся течением на большие глубины.

Береговая дамба, разрушенная прибоем

При такой скорости накопления осадков общее их количество на дне океана за 2 млрд. лет существования земной коры составило бы около 800-900 млн. км³. Эта огромная масса донных океанских отложений примерно в шесть раз превосходит объем суши, возвышающейся в наше время над уровнем моря. Если ученые правильно подсчитали количество материала, смытого с суши водой и затем осевшего на океанское дно, то на первый взгляд можно подумать, что от материков не должно остаться и следа. Однако материки существуют и, очевидно, дальше будут существовать. Нет ли в подсчетах ошибки? Может быть и есть, но, вероятно, не очень большая.

Если распределить эту огромную массу осадков по всей площади глубоководных океанских бассейнов, она должна была бы образовать слой толщиной около 3 км. Казалось бы, что такой слой должен почти сравнять дно океанских бассейнов с сушей, вытеснить из них воду и затопить почти весь земной шар. Ни того, ни другого, как мы знаем, не случилось.

Оказывается, уровень океана относительно суши регулируется, можно сказать, автоматически, благодаря тому, что под земной корой, как под ложем океана, так и под материками, находится пластичное подкоровое вещество. Погруженная в него земная кора может находиться в равновесии лишь при условии, что давление столба земной коры на подкоровое вещество в любом месте земного шара будет одинаково. Столб океанской воды весит меньше, чем столб такой же высоты, вырезанный в толще материка. Чтобы выравнять давление на подкоровое вещество того и другого столба, необходимо сделать кору под ложем океана плотнее и тяжелее, чем кора под основанием материков. Так природа и поступила. О том, как это произошло, можно строить любые догадки, но так или иначе в области океана твердая земная кора состоит преимущественно из тяжелого вещества типа базальта, удельный вес которого равен 3,0, в области же материков кора образована преимущественно белее легкими гранитными породами с удельным весом от 2,7 до 2,9. Пониженный удельный вес придает материкам плавучесть, благодаря чему они, подобно поплавкам, не тонут в подстилающем их подкоровом веществе.

Итак, несмотря на огромное количество осадков, заполнявших океанские бассейны, океан не затопил всю поверхность земного шара. Как это могло случиться?

По мере накопления осадков на дне океана уровень его медленно поднимался, но лишь до известного предела. Затем наступал момент, когда равновесие нарушалось. Под тяжестью осадков земная кора у края материков прогибалась, а иногда разламывалась, дно океана начинало оседать, вытесняя этим во все стороны подкоровое вещество, материки же одновременно для компенсации начинали всплывать. Этот двойной процесс продолжался до тех пор, пока вновь не устанавливалось изостатическое равновесие. Чтобы сохранить равновесие при оседании земной коры под океаном, скажем, на 175 м, материки под воздействием вытесненного в их сторону подкорового вещества должны подняться на 500 м. Это только в результате соотношения площадей океана и суши, без учета удельных весов океанической и материковой земной коры.

Геологическая история Земли - это история непрерывной борьбы Нептуна с Плутоном. Подземные силы, до сих пор до конца не разгаданные наукой, вздымали на поверхности Земли и на дне океана горные хребты, вулканы и, в противовес погружению океанского дна, поднимали материки. Могучий океан размывал берега и время от времени вторгался на сушу, затопляя на миллионы лет огромные территории. Это были "тотальные войны", которые океан объявлял суше. Без ошибки, пожалуй, можно сказать, что на Земле почти нет такого места, где бы в какой-либо геологический период не бушевали волны океанов и морей. На севере Индии, в Гималайских горах, на высоте 2300 м найдены известняки, образовавшиеся из раковин и скелетов морских организмов; советская памирская геологическая экспедиция недавно обнаружила на высоте 4000 м хорошо сохранившиеся остатки древних морских кораллов; под болотистыми равнинами полуострова Флориды в Северной Америке скрыты коралловые скалы; в Европе и, в частности, в СССР встречаются меловые горы, выросшие из створок фораминифер - мельчайших морских животных, и залежи солей, отложенные высохшими морями. Курские железные и чиатурские железо-марганцевые руды образовались па дне морей. Даже на месте нашей Москвы около 20 млн. лет назад расстилалось огромное солоноватое внутриконтинентальное море. О всех наступлениях моря на сушу и его отступлениях или, как говорят, морских трансгрессиях и регрессиях наглядно свидетельствуют оставленные морем следы. Это отложения солей, ила, песка, известковых скелетов. Уплотняясь, эти осадки, с течением времени превращались в сланцы, песчаник, мел и мрамор, которые поэтому получили название твердых осадочных пород. После того как дно моря снова становилось сушей, соли и осадочные породы вновь подвергались дроблению, размыванию, растворению, и весь цикл начинался сначала.

Жизнь, как мы знаем, возникла в океане. Условия, в которых она возникла, разгадал академик А. И. Опарин. Научная интуиция позволила ему заглянуть далеко в глубь биологической истории Земли. Наступления океана на материки и последующие отступления способствовали выходу морских животных на сушу.

Однако вернемся к колебаниям уровня океана. Другой причиной, значительно менявшей его уровень, был лед, который в периоды оледенений отнимал у океанов огромные массы воды.

Наша планета пережила четыре ледниковых периода. Трудно что-нибудь сказать о положении уровня океана во время первых трех ледниковых периодов, они были очень давно. Четвертое оледенение, конец которого мы переживаем сейчас, во время своего максимального развития, по мнению большинства ученых, понизило уровень океана примерно на 150 м.

Последнее оледенение прерывалось периодами значительного потепления климата. В межледниковые периоды лед таял, ледники отступали, а море надвигалось на сушу.

Многочисленные следы межледниковых трансгрессий моря мы и сейчас находим на поверхности суши. Это остатки морских организмов, береговые террасы, созданные морским прибоем, и волноприбойные ниши в скалах, расположенные высоко над уровнем моря и нередко далеко от берега. В Италии геологам известен так называемый Калабрийский пляж, бывшая береговая терраса, находящаяся сейчас на высоте 180 м. В Норвегии на о. Торгаттен туристам показывают пещеру, расположенную на высоте 130 м. Длина ее 177 м, объем 135 тыс. м³. Можно себе представить, сколько времени потребовалось морю для того, чтобы совершить такую огромную разрушительную работу.

Следов низкого уровня моря, скрытых под водой, найдено гораздо меньше. Осадки, отложенные морем после подъема уровня, скрыли древние береговые террасы, пещеры и другие признаки неутомимой деятельности отступившего на время моря. К тому же сравнительно небольшие глубины материковой отмели еще мало исследованы.

На дне современных морей местами удается встретить следы пребывания человека и наземных животных, убедительно доказывающих, что здесь некогда была суша. Над Доггер-банкой в Северном море глубина достигает сейчас нескольких десятков метров. Эта банка широко известна благодаря тому, что в первую мировую войну около нее произошло большое морское сражение, и еще больше известна тем, что сотни рыболовных судов почти круглый год ловят на ней сельдь. Тралы и дрифтерные сети рыбаков, задевая дно, нередко приносят первобытные орудия, изготовленные человеком каменного века, кости крупных животных, стволы и корни деревьев и даже куски торфа, который мог образоваться только в пресноводном болоте. Исследования береговой зоны Средиземного моря также когда-нибудь откроют особенности жизни и быта палеолитического человека, который жил в пещерах на берегу отступившего моря и занимался охотой на оленей, медведей и диких быков, сбором съедобных моллюсков и рыбной ловлей.

В настоящее время ледники Антарктики, Гренландии и высокогорные ледники в умеренных и тропических странах связывают около 30 млн. км³ воды. Если бы все ледники растаяли, уровень океана поднялся бы на 56 м; около 1/8 поверхности суши было бы затоплено морской водой.

Земля переживает сейчас конец четвертого оледенения. С небольшими пульсациями в ту или другую сторону климат меняется в сторону потепления. Ледники медленно, но верно отступают, а количество воды в океане все увеличивается. Годовое повышение уровня в разных частях океана за последние 25 лет колеблется от 0 до 11 мм в год, а в среднем по всему океану составляет 1,2 мм. Что ж, может быть, начинается новое наступление Мирового океана на сушу!

Мы знаем, сколько сейчас воды в океане, сколько ее сковано льдами, содержится в реках и озерах и носится в атмосфере. Предположительно знаем, сколько воды заключено в земной коре. Однако всегда ли было столько воды? Увеличивается, уменьшается или остается без изменений общее ее количество на Земле? На этот счет нет в науке единого мнения.

Те, кто считает, что основная масса воды выделилась при формировании земной коры, полагают, что количество ее практически не меняется; другие представляют себе, что вода заполняла океаны постепенно на протяжении долгих геологических периодов, и процесс этот заметным образом должен продолжаться и в наше время.

Прибывает ли все-таки вода сейчас? Да, прибывает, но в ничтожном количестве, не имеющем практического значения. По мнению академика А. П. Виноградова, при выплавлении базальтов во время вулканических извержений выделяется 5-10% водяного пара. Голландский геолог Кюенен подсчитал, что приход такой ювенильной воды не превышает 0,25 км³ в год. По сравнению с объемом океана это величина незаметная.

Сейчас же возникает и другой вопрос - расходуется ли куда-нибудь вода? Вода химически связывается при выветривании минералов и разлагается на водород и кислород в атмосфере электрическими разрядами молний и, кроме того, по мнению аргентинского ученого Гейнсгеймера, под действием космических лучей. Весьма вероятно, что водород, освободившийся при разложении водяных паров, покидает Землю и теряется в космическом пространстве. Однако количественно оценить этот расход воды затруднительно. Во всяком случае и приход и расход воды, на которые было указано, так невелики, что существенного влияния на уровень океана сейчас не оказывают.

Итак, количество воды на нашей планете, по всей видимости, остается практически неизменным. Таково мнение академиков В. И. Вернадского и А. П. Виноградова.

Механическая и химическая способность воды разрушать материки огромна. Борьба между водой и сушей на Земле давно окончилась бы полной победой океана, от материков не осталось бы следа, если бы в этой борьбе не принимали участие неведомые нам пока потоки подкорового вещества, подстилающего ложе океана и основания материков. Значительные колебания уровня океана неледникового происхождения, не раз вызывавшие мощные морские трансгрессии и регрессии, нельзя объяснить иначе, как действием этих подкоровых потоков на рельеф пластичной земной коры.

Однако между учеными существуют две противоположные точки зрения относительно результатов воздействия подкоровых процессов на соотношение на Земле площадей, занимаемых сушей и океаном.

Одни ученые считают, что суша постепенно расширяется за счет океана, и доказывают это тем, что посередине материков находятся более древние основные породы, а по краям - более молодые. Значит, они образовались позднее, оттеснили океан и присоединились к суше. Другие, наоборот, утверждают, что края материков постепенно или время от времени огромными блоками погружаются в воды океана, чему тоже есть немало доказательств, и таким образом поверхность суши уменьшается. К сожалению, решить этот спор наука пока не может, и чей будет верх в борьбе моря с сушей - предсказать сейчас невозможно. Борьба Нептуна с Плутоном еще не окончена.