У. С. Д. Дампьер-Уэтем, История науки
Я пришел к выводу, что глубины океана, и особенно его дно, являются все еще неведомой областью для многих моих знакомых, которые в других отношениях люди очень бывалые. Это не значит, что я хочу, чтобы мои по крайней мере самые отважные друзья побывали на дне океана за пределами его мелководных прибрежных частей. Это вряд ли возможно, поскольку большая часть океанов — а они покрывают около двух третей земной поверхности — имеет глубину в несколько миль. Тем не менее я все-таки чувствую, что уже наступило время, когда наиболее интересные факты об этом недосягаемом подводном миро должны стать известными не только сравнительно небольшой горсточке океанографов, изучающей его.
Каждый человек обладает какими-то, хотя бы поверхностными, знаниями по геологии: например, что горы образованы пластами горных пород, испытавшими перемещения и складчатость, а затем разрушавшимися под воздействием рек, мороза и дождей. Было бы вполне естественно предположить, что подобные явления характерны и для дна океана. И в самом деле, найдется много почтенных геологов, которые стали бы утверждать, что океаны и континенты легко можно поменять местами и что горные хребты суши обычно продолжаются и под водой. И все же это не так. Слои горных пород океанического дна коренным образом отличаются от тех теологических структур, которые можно наблюдать на материках. Это, конечно, не значит, что дно океана совсем ровное или, наоборот, что океаны представляют собой бездонные пучины. Сейчас проведено уже много детальных измерений глубин в самых различных частях Мирового океана, указавших на широкое распространение в океанических глубинах огромных горных хребтов, гигантских горных пиков, соперничающих с высочайшими вершинами суши, и глубоких подводных долин. Но когда мы применяем современные геофизические методы для изучения горных пород, образующих эти формы подводного рельефа, мы обнаруживаем существенные отличия от хорошо известного нам геологического строения суши. Мы приходим к неизбежному выводу, что океаны постоянны — они существовали всегда и они никогда не станут континентами.
Теперь должно быть уже совершенно ясно то значение, которое имеют для теорий геологической истории Земли две трети ее поверхности, скрытые водами океанов. Если мы согласимся с тем, что океаны и континенты имеют различное геологическое строение, то мы должны будем также признать, что структуры океанов играют важнейшую роль в общем плане строения Земли. С зтой точки зрения хорошо изученные структуры континентов являются скорее исключением из общего правила и вовсе не так уж характерны для Земли в целом. Этот подход позволяет нам простейшим образом представить строение всей нашей планеты. Исходя из особенностей строения океанического дна, мы сможем понять происхождение пе только подводных горных хребтов, островов и коралловых атоллов, но и крупных материковых поднятий, образующих сушу Земли. Нашим новым пониманием геологической истории Земли мы в огромной степени обязаны геологам и геофизикам, изучающим моря и океаны.
Дно океана нельзя больше рассматривать как мир покоя и безмолвия. Новые методы его изучения открыли нам множество животных, чьи норы нарушают первичное залегание осадков, дождем падающих на дно из водной толщи. Существуют и подводные течения, которые играют свою роль в переносе осаждающегося материала из одной части океана в другую. Таким образом, хотя геология дна океана и отличается от геологии суши, перенос осадочного материала и здесь имеет место. В глубинах океана можно найти даже подобие быстро движущихся обвалов и лавин суши. Так называемые суспензионные или мутьевые потоки низвергаются с материковых склонов со скоростью курьерского поезда, неся с собой продукты выветривания с поверхности суши, прорывая подводные каньоны и отлагая свои осадки.
Причина того, что океаны до недавнего времени оставались для геологов закрытой книгой, частично лежит в том, что существовало множество доступных мест на суше, .привлекавших исследователей. Но одного этого было бы недостаточно, чтобы удержать любознательных, если бы сам океан не являлся областью, необычайно трудной для проведения научных исследований. Толща морской воды непрозрачна, и это первая трудность, с которой встречается океанограф. Большинство приборов, необходимых для изучения океана, должно быть основано на более сложных физических принципах, чем оптические методы, которые так успешно применяются при изучении поверхности суши. Кроме всего этого, морская вода содержит такое количество соли, которое делает ее не очень хорошим проводником электричества и вместе с тем лишает свойств изолятора; так что и в этом отношении в морской воде работать гораздо труднее, чем в атмосфере. Соленая вода заставляет исследователей бороться также с коррозией. И в довершение всего, как будто специально для того, чтобы создать для научных исследований максимум трудностей и неудобств, поверхность океана редко бывает спокойной.
Большие глубины океана связаны с большими давлениями; на глубине всего лишь 30 футов от поверхности давление удваивается по сравнению с атмосферным. Сложные условия морских исследований можно сравнить разве с трудностями работы нефтяников, когда они исследуют свойства подземных коллекторов. Еще совсем недавно было широко распространено мнение, что даже тяжелые предметы, скажем затонувшие стальные суда, не достигают дна океана из-за увеличения плотности воды при возрастании давления с глубиной, так что они скорее всего плавают где-то в океанских глубинах, а не лежат на дне. Гидростатическое давление действительно вызывает некоторое увеличение плотности воды в глубинах океана, а следовательно, и плавучести погруженных тел. Этого увеличения плавучести с глубиной оказывается достаточно, чтобы удерживать в толще воды специальные поплавки для измерения течений методом, который будет описан позднее, но его недостаточно, чтобы создать сказочное кладбище погибших кораблей на полпути до дна океана.
Современные морские исследования развиваются благодаря усилиям океанографов всего мира. Огромный вклад в эти исследования внесли, например, советские ученые. Вместо тех сравнительно маленьких судов, которые удавалось применять для океанографических исследований в прошлом, в СССР применяются сейчас такие корабли, как «Витязь», на котором свободно размещаются двадцать — тридцать ученых и просторные лаборатории. И такие корабли работают в СССР в течение уже нескольких лет! В настоящее время Управление военно-морского флота США предлагает программу океанографических исследований, проведение которой будет стоить свыше ста миллионов долларов. Она является ответом на указание Министерства обороны о необходимости получить более подробные сведения о физических свойствах океанов.
Чем же объяснить такой внезапный интерес к океану? Безусловно, такие крупные средства вкладываются сейчас в исследования океана в связи с потенциальной возможностью использования глубин океана для скрытого передвижения подводных лодок, несущих ядерное оружие. Расширение морских исследований поддерживают также те ученые, которые в прошлом были вынуждены добиваться успехов океанографии, проводя лишь малое количество наблюдений. Теперь, когда самая дорогостоящая часть любой морской экспедиции — судно и его команда — обеспечивается государственным бюджетом на оборону,. появляется множество идей для разнообразных исследований богатств подводного мира.
Следует сказать о мирных аспектах океанографических исследований, которые так же важны в наши дни, как и военные. Благодаря улучшению медицинского обслуживания и росту жизненного уровня, смертность среди населения уменьшилась и наблюдается увеличение населения земного шара. В связи с этим вновь возникает давняя проблема увеличения запасов продуктов питания. Океан представляет собой огромные плодородные равнины, с которых можно получить колоссальные количества пищи, и понятно, почему биологические стороны океанографических исследований поддерживаются правительственными субсидиями. Возможность традиционного использования моря как места свалки для промышленных отходов и сточных вод сейчас требует строгой научной проверки, поскольку объем всевозможных отходов деятельности человека быстро возрастает. С появлением большого количества радиоактивных отходов атомной промышленности опасность бесконтрольного захоронения в океане таких продуктов с длительным временем распада представляет большую потенциальную угрозу для всего человечества.
Система исследования океанов всегда носила двойственный характер. С одной стороны, это были региональные исследования в сравнительно кратковременных экспедициях, которые тяготели к морским портам, разбросанным по всему земному шару. Результаты, полученные в этих плаваниях, связывались воедино теми крупными исследовательскими рейсами, которые составляют второй вид исследований и длятся в течение нескольких лет. Они и позволяют проводить сравнения различных океанов пли их частей. Экспедиция на английском судне «Челленджер» в 1872 г. была одним из первых кругосветных плаваний такого рода, и она явилась началом детального изучения глубин океана многими последующими экспедициями. В 1949 г. военно-морской флот Великобритании снарядил аналогичную экспедицию, и — что поразительно — на судне, которое вновь носило название «Челленджер». Экспедиция на «Челленджере» и полученные ею результаты послужили основой для данной книги. Эта экспедиция никоим образом не открыла всего того, что известно сейчас о геологическом строении дна океана, и результаты плавания «Челленджера», возможно, отступят на второй план в сравнении с результатами, полученными другими научно-исследовательскими океанографическими экспедициями в различных частях земного шара. Но характер работ и трудности, сопутствующие изучению дна океана, примерно одинаковы для всех экспедиций, так что опыт одних исследователей может послужить примером для многих других.
Наиболее мощным средством исследования, имеющимся у современного морского геолога, является метод сейсмического зондирования. И он применялся экспедицией на «Челленджере» для выяснения характера горных пород, залегающих под поверхностью дна океана. Кроме решения вопроса о том, действительно ли океаны перманентны или под их водами лежат древние затопленные материки, результаты сейсмической разведки дают также представление о мощности покрова рыхлых осадков, а также о толщине земной коры под океанами. Отдельные главы этой книги посвящены описанию различных слоев земной коры, слагающих дно океанов. Данные о строении коралловых островов — атоллов — и обнаруженные совсем недавно затопленные подводные горы с плоскими вершинами подтверждают ту простую гипотезу происхождения атоллов, которая была предложена Дарвином еще в прошлом веке. О том, как подтверждается эта гипотеза с помощью новых методов исследования, рассказывается в гл. VI. Однако, прежде чем исследовать, что лежит под дном океана, сначала нужно получить представление о рельефе самого дна. Эхолот позволил обнаружить большое разнообразие форм подводного рельефа и заставил отказаться от старых представлений об однообразной, плоской равнине океанического ложа. Он открыл нам страну с огромными горными хребтами, высокими пиками и долинами, с более изрезанным рельефом, чем это можно видеть обычно на суше.
Современные океанографические экспедиции проводят и другие виды исследований. Наблюдения за температурой и течениями, отбор образцов донных осадков и планктона — все это помогает узнать, как циркулируют огромные водные массы в бассейнах океанов. Сюда же относятся и все естественно-научные исследования, которые проводятся, зачастую попутно, всеми экспедициями, проникающими в редко посещаемые воды.
Последняя часть книги посвящена выводам, которые можно сделать в настоящее время на основании все увеличивающегося объема собираемых сведений. Например, Средиземное море по строению коры рассматривается как образование, переходное между перманентными океанами и континентами. Оно возникло, возможно, в результате разделения Африки и Европы, которое произошло в далеком геологическом прошлом. Признаки такого раздвижения были получены в большом количестве с помощью многочисленных скважин, пробуренных нефтяными компаниями. Эти скважины производят в представлениях геологов такую же коренную ломку и таким же дорогостоящим путем, как морские исследования, изменяющие идеи океанографов. Глубокое бурение — дорогостоящее предприятие, и поэтому геологи, особенно в Великобритании, сосредоточивались на местных проблемах, которые могут быть разрешены путем бурения лишь неглубоких скважин. Геофизические методы исследования и аэрофотосъемка значительно расширяют паши представления и о строении Земли. И хотя геологов-нефтяников иногда считают узкими практиками, работающими для экономических целей, в действительности они идут в первых рядах ученых, овладевающих новыми идеями геологической науки.
К геологам-нефтяникам недавно присоединились геофизики, и теперь они вместе подвергают сомнению прежний скептицизм по отношению к гипотезам о движении континентов. Вопрос о том, представляли ли прежде Америка, Европа и Африка один огромный материковый массив, пока еще не решен; в настоящее время лучше всего заняться сбором фактов и не торопиться с окончательными выводами.
Решительный ответ на большинство вопросов о том, как Земля достигла своего современного вида, будет получен в ближайшие несколько лет путем глубокого бурения, которое даст возможность узнать, что лежит под наружной корой Земли. Сочетание достижений нефтяников-разведчиков с энтузиазмом океанографов и финансовой поддержкой военно-морских ведомств всех стран мира обеспечит решение этих проблем. Я работал во всех этих трех лагерях — с океанографами перед войной, как научный руководитель на «Челленджере», с военными моряками во время войны и сейчас в одной из крупных британских нефтяных компаний. Я хорошо представляю себе их возможности и надеюсь, что такое сочетание даст возможность вписать еще одну интересную главу в историю развития человеческих знаний о земном шарь, который является нашим родным домом.