Иногда мы располагаем экспериментальными результатами, относящимися ко второму слою, которые можно использовать с удовлетворительной точностью. К сожалению, мы не знаем способов для того, чтобы установить, является ли второй слой топкой прослойкой — подобно прослойке варенья в сэндвиче — пли же он повсюду занимает весь промежуток между рыхлыми осадками и слоем 6,7 км/сек. А это вносит некоторые неясности в определение мощности осадков. Если мы будем считать, что второй слой имеет структуру, напоминающую прослойку сэндвича, то в этом случае примерно в середине 2000-футового слоя осадков окажется центральная прослойка твердого известняка мощностью порядка сотни футов. Но, с другой стороны, здесь может быть и всего лишь 1000 футов осадков, лежащих на вулканическом втором слое. Кроме того, если второй слой является твердым известняком, то общая мощность осадков до границы слоя 6,7 км/сек должна слагаться из 1000 футов рыхлых отложений и примерно 3000 футов известняка. В целом, это больше чем вдвое превышает количество осадочного материала, вычисленного для структуры, напоминающей сэндвич, поскольку фут сцементированного известняка эквивалентен более чем футу рыхлых осадков. Непосредственные наблюдения, которые могли бы выяснить все эти загадки, отсутствуют, и поэтому образование осадочных отложеннй на дне океана и их значение для океанографии пока еще не рассматривалось. В этих отложениях лучше всего могла сохраниться летопись геологической истории Земли, по крайней мере, с того момента, когда из атмосферы выделилась вода. По всей вероятности, новые приборы, разработанные физиками, помогут в недалеком будущем дополнить сейсмические данные, и тогда слой осадков станет той частью океана, о которой мы будем знать больше всего.
Непрерывное выпадение осадков на дно океана должно нести на себе определенные следы событий геологической истории Земли. Если бы можно было собрать полный последовательный ряд образцов из всего разреза осадочного покрова, то по изменению текстуры, окраски и хпмнче1-ского состава глин и твердых пород мы смогли бы установить главные климатические изменения, периоды горообразования и сильной вулканической деятельности. Второй слой — это можно сказать даже без изучения непрерывного ряда образцов — является примером исключительно резкого изменения обстановки во всем мире. Мы могли бы узнать, изучив его, очень многое. Известно, что пыль из верхних слоев атмосферы содержит радиоактивные элементы, которые будут продолжать распадаться и после того, как они были погребены в слое осадков на дне океана. В результате изучения этих элементов мы получаем точную шкалу времени, основанную на изотопном анализе. Хорошо известный изотоп углерода (С14) является в этом отношении одним из самых полезных среди таких индикаторов геологического времени, хотя скорость его распада такова, что он обеспечивает определение возраста событий, происходивших не более 50 тысяч лет назад, — иначе говоря, он показывает скорее историческое, а не геологическое время. Однако и такой промежуток времени достаточно длителен, чтобы изучать особенности условий накопления верхнего слоя осадков. Возраст образцов, собранных с поверхности дна океана, всегда составляет несколько тысяч лет, и для объяснения этого факта приходится предположить перемешивание осадков, по крайней мере, в пределах нескольких верхних дюймов. Если такое перемешивание всегда происходило на дне океана, то следует быть осторожным при определении возраста слоев по скорости осадконакопления и по радиоуглеродным измерениям. В научных исследованиях часто бывает именно так: весьма ясная на первый взгляд картина оказывается сложной и запутанной в деталях.
Старое представление о неторопливом «снегопаде» осадочного материала, который год за годом пли сезон за сезоном ложится на дно океана, сохраняя в себе следы изменений окружающей обстановки, должно быть несколько пересмотрено. Слои «снега» (т. е. осадков) перемешиваются, попадая на дно, и вовсе не создают такую четкую картину, как, например, слои снега на Антарктическом ледяном щите, что легко можно обнаружить с помощью отбора последовательных проб пли при бурении вертикального разреза. На дне океана — это вполне естественно — происходит постоянное перемешивание осадков, о котором можно догадываться уже по тому, что во взятых оттуда пробах мы часто находим голотурий, способных зарываться в рыхлые осадки на несколько футов. Даже в самом благоприятном случае их деятельность обязательно приводит к определенному вертикальному перемешиванию слоя осадков. Благодаря совершенствованию подводных фотоаппаратов с электронными вспышками для фотографирования дна океана на больших глубинах было установлено, что там действительно идет интенсивная жизнедеятельность животных организмов. Следы голотурий и других животных очень часто встречаются на фотоснимках ровного дна глубокого океана, и они вовсе не являются единственным признаком нарушения спокойного залегания осадков. Дно океана во многих случаях изборождено полосами ряби и значительными скоплениями песка, образующими шлейфы за небольшими камнями. Значит, на дне глубокого океана происходит движение воды, достаточное для перемещения и переотложения материала, оседающего сверху. Современные технические средства показывают нам, что там, в глубинах океана, не царит вечная безмолвная и спокойная ночь. Наоборот, океанографы теперь часто обнаруживают признаки, свидетельствующие о движении донных осадков, по крайней мере, в некоторых областях океана. Древние конкреции, поднятые тралами со дна, содержат зубы акул, вымерших еще в третичном периоде несколько сот миллионов лет назад. Эти зубы могли сохраниться от захоронения осадками только благодаря движениям придонного слоя воды.
Если движение воды на дне глубокого океана способно перемещать осадки, то оно должно быть достаточным и для того, чтобы в придонных слоях воды продолжалось растворение некоторых частей обломочного материала. Если оно происходит очень интенсивно по отношению к радиоактивным химическим веществам, поступившим из атмосферы, то будет нарушено равновесие, необходимое для вычислений возраста. В какой-то степени можно пожалеть, что на дне океана нет тихого и безмолвного ландшафта, напоминающем зимний снежный пейзаж. Это было бы гораздо более благоприятным для того, чтобы восстанавливать историю далекого прошлого, изучая длинные колонки донных осадков. Однако теперь уже ясно, благодаря изучению наиболее длинных колонок, взятых из рыхлых осадков на 50 футов, что осадконакопление в глубинах океана по своей сложности весьма напоминает седиментацию в мелких морях и ни в коей мере не соответствует представлениям о ненарушенном однообразном наслоении. Однако следует иметь в виду, что при сложной в общем картине осадконакопления на дне глубокого океана, несомненно, должны быть участки, где последовательность геологических событий может быть прочитана в колонках осадков с достаточной уверенностью, если тщательно учитывать все нарушающие факторы. В некоторых смыслах придонное движение взвешенного материала, медленно осаждающегося на дно, оказывается для нас благоприятным. Благодаря этому не все формы донного рельефа покрываются осадками и, следовательно, первичный и не преобразованный эрозией тектонический рельеф местами сохраняется в своем первозданном виде. Но по всей вероятности, все же существует процесс, посредством которого могут быть изменены даже твердые вулканические породы на дне океана. На образцах пород, поднятых драгами с подводных гор, часто встречается корочка черной двуокиси марганца. Некоторые обломки иногда имеют такую форму и облик, словно марганец проникал внутрь и раскалывал их так же, как вода на суше проникает в породу и, замерзая, сильно разрушает ее.
Темнота и покой в океанских глубинах нарушаются не только необычными рыбами и роющими голотуриями. Иногда мощный поток проносится вниз по склонам континентального шельфа, сметая и перемешивая на своем пути рыхлые осадки гораздо сильнее, чем все животные, вместе взятые, или медленные движения воды. Это — так называемые суспензионные потоки, нарушающие залегание осадков в океане сильнее, чем какой-либо другой процесс. Они образованы из взвешенных в воде частиц ила. Эта суспензия тяжелее воды и поэтому стремится стекать вниз. Если дно океана имеет уклон, подобный уклону материкового склона, то смесь воды и ила начинает течь вниз по склону подобно реке. Если склоны имеют значительную длину и крутизну, то стекающая илистая суспензия постепенно набирает скорость, пока, наконец, не помчится со скоростью курьерского поезда. Такой поток обладает большой размывающей силой; он, подобно снежной лавине, прибавляет к своей первоначальной массе вновь размытые осадки и устремляется вниз до тех нор, пока не попадет на плоские равнины дна глубокого океана, где сохранившаяся скорость потока еще позволяет ему некоторое время двигаться вперед и врезать свое русло в накопившиеся там рыхлые отложения.
Может показаться странным, что поток смеси воды и ила способен двигаться в воде со скоростью экспресса. И, действительно, первые сообщения с суспензионных потоках были скептически приняты многими геологами. Быть может легче понять это явление, если сравнить его со снежными лавинами в горах. В некоторых лавинах снежная масса сравнительно медленно скользит но подстилающей породе или по другому слою снега, примерно так же, как снег скользит по теплой крыше. Но иногда снег и воздух образуют взвихренную смесь, которая несется вниз по склонам гор со скоростью, измеряемой сотнями миль в час. Кроме того, в горах известны и так называемые катабатические ветры, дующие вниз по горным склонам со скоростью около ста миль в час. Они возникают в том случае, когда холодный и, следовательно, более тяжелый слой воздуха турбулентно скользит под обычным теплым воздухом. Большие скорости оказываются вполне возможными, если допустить незначительное сопротивление движению. Известно, что падение тела по вертикали с высоты в сто двадцать футов достаточно для того, чтобы скорость достигла шестидесяти миль в час. Иногда смесь пепла и горячих газов, выбрасываемая вулканом, образует слой, который тяжелее окружающего воздуха. Такой слой уже не сползает плавно но склонам горы, а несется вниз с громадной скоростью, внезапно настигая многочисленные жертвы, как это было с раскаленным облаком вулкана Мон-Пеле. Математические вычисления показывают, что вода со взвешенными частицами ила при турбулентном движении должна течь плоскими потоками толщиной порядка десяти футов с поразительно малым трением. Теоретические представления поддерживаются лабораторными опытами, наглядно показывающими движение суспензионных потоков в воде, которая, на первый взгляд, должна была бы препятствовать их движению вперед. Никто еще не видел суспензионного потока в природных условиях, и если опыты и вычисления доказывают их возможность, то это еще не означает, что они действительно играют какую-либо роль в развитии глубоких океанов. Известны, однако, некоторые факты из морских наблюдений, которые можно легко объяснить, допустив существование суспензионных потоков.
Во многих колонках, взятых с поверхности ровного дна глубоководных областей Атлантического океана, вместо одних только обычных глин обнаружены чередующиеся прослойки песка и ила, в которых содержатся ископаемые, сходные с характерными для мелководных отложений и безусловно являющиеся остатками животных мелководных морей. Вполне возможно, что некоторое перемещение осадочного материала с мелководий на глубины океана может происходить просто при оползании больших масс осадков по материковому склону, и несомненно оно и происходит на самом деле. Но таким оползанием трудно объяснить перенос песка и ископаемой мелководной фауны на большие расстояния — вплоть до почти плоских равнин глубоководных областей океана. Кроме того, это не объясняет также особенностей слоистости и сортировки песчаных зерен, наблюдаемых в колонках и хорошо соответствующих теории суспензионных потоков.
Прокладка кабелей в Атлантическом океане была в свое время одной из основных причин организации исследований дна океана, начавшихся в XIX в., но уже в самое недавнее время океанографы и специалисты по прокладке кабелей вновь обнаружили, что их одинаково волнуют удивительные факты, связанные с теорией суспензионных потоков. В течение долгих лет разрывы кабелей связывались с землетрясениями, но всегда казалось странным, почему кабели, поврежденные землетрясением, разрывались не одновременно. Время повреждения обычно отмечалось точно, поскольку кабели находились в действии, и полученные при этом записи давали хороший экспериментальный материал. Возможно, что землетрясение разрыхляло большую массу осадков, сползавшую затем на кабель, но такая огромная масса материала не могла переноситься на большое расстояние, если только не возникал суспензионный поток. Зато суспензионные потоки могли скатываться вниз по материковому склону, разрывая все кабели на своем пути. Если изучить все разрывы кабеля, имея в виду возможность их разрыва суспензионными потоками, то времена разрыва отдельных кабелей будут пропорциональны расстояниям между ними. Эта особенность хорошо объясняется тем, что суспензионные потоки двигаются вниз по склону, перемещаясь со скоростью около 50 миль в час при уклоне 1:10 и с меньшей скоростью — около 12 миль в час — на более ровной части океанского дна. Следовательно, гипотеза о суспензионных потоках вполне обоснованно объясняет разрывы кабелей, и в свою очередь по времени и местоположению разрывов можно определить скорость движения суспензионных потоков.
Однако теория суспензионных потоков все еще до сих пор встречает много противников. Вполне возможно, конечно, что наблюдаемая последовательность разрывов объясняется хотя и очень сложными, но все же обычными оползнями. Предлагалось и другое объяснение: разрывы могут вызываться волной разжиженного осадка, образующейся при землетрясения, подобно тому как влажный песок на берегу моря может стать рыхлым и текучим при легком постукивания ногой или лопатой. Однако нужно всегда помнить, что в этом обширном и сравнительно новом предмете океанографии следует избегать догматических суждений. Правильнее сказать поэтому, что на дне океана могут иметь место и оползни и суспензионные потоки, вызывающие разрывы кабелей, но при этом некоторые случаи разрывов могут быть связаны с каким-то еще неизвестным нам третьим процессом. Трудно, однако, объяснить имеющиеся факты без существования суспензионных потоков, и, в частности, каньоны с крутыми стенами, столь характерные на материковом склоне — это еще один возможный пример вероятной активности этих мощных подводных сил. Многие подводные каньоны, судя по данным эхолотов, по-видимому, напоминают такие хорошо известные формы рельефа суши, как Большой Каньон реки Колорадо пли ущелье Чеддар. Их образование на суше связано с эрозионной деятельностью рек, и разве нельзя предположить, что стремительно движущиеся суспензионные потоки выполняют точно такую же работу под водой? По мнению некоторых географов пот необходимости объяснять происхождение всех подводных каньонов деятельностью суспензионных потоков, поскольку многие из них создавались обычным эрозионным путем на суше, а затем были погружены под уровень моря вместе со всей окраиной материка. Такое объяснение вполне справедливо для каньонов, находящихся вблизи современной поверхности суши, так как мы знаем, что мощные слои осадков, образующих сушу, отлагались на небольших глубинах и, следовательно, здесь должны были происходить очень большие вертикальные движения. Кроме того, как мы уже видели в гл. IV, сейсмические данные свидетельствуют о том, что породы, слагающие сушу, тянутся вплоть до края континентального шельфа, и поэтому в течение отдельных этапов геологической истории часть материкового склона вполне могла подниматься над уровнем океана. Однако дно океана, судя по сейсмическим измерениям, качественно отличается от материков и оно никогда не становилось сушей, да и сами материки, несмотря на вертикальные движения, никогда не погружались больше глубин материковых отмелей и не затоплялись глубоким океаном, над дном которого всегда было несколько миль воды. Правда, некоторые подводные долины были обнаружены на плоских равнинах ложа океана, но они, по всей вероятности, были врезаны суспензионными потоками. Само существование таких плоских абиссальных равнин требует, как мы уже видели, постепенного перемещения осадков в понижения первичного рельефа, из одной котловины — ловушки осадков — в другую, лежащую на еще более низком уровне и т. д. В данном случае суспензионные потоки могут быть вполне приемлемым процессом, хорошо объясняющим придонное перемещение осадков.
Две хорошо выраженные абиссальные равнины в Бискайском заливе связаны между собой каналом, который очень похож на речную долину суши. Около места стока из верхней абиссальной равнины капал имеет крутой уклон, но по мере приближения к нижней равнине он выполаживается. Картина подводного рельефа, полученная эхолотом, не оставляет сомнений в существовании здесь потока между верхней и нижней равнинами.
Суспензионный поток, очевидно, должен быть связан с землетрясением, по крайней мере в тех случаях, когда речь идет о разрывах подводных кабелей. Вполне вероятно, что каждое внезапное нарушение спокойного залегания рыхлых осадков на подводном склоне может вызвать их движение, напоминающее лавину. Редкие и катастрофические события, вроде громадных волн цунами и ураганов, требуют — для того чтобы оставить ощутимые следы — геологических масштабов времени, поскольку отложения накапливаются очень медленно, и геологи отмечают такие события в пределах миллионов лет. Большие катастрофы в природе происходят раз в десятилетие, а землетрясения, которые достаточно сильны, для того чтобы вызвать движение суспензионных потоков, происходят гораздо чаще. За несколько тысячелетий дно океана испытало достаточно много смещений, которые вполне объясняют его нынешний облик. Следовало бы, наверно, использовать опыт прекрасных и поучительно замедленных киносъемок, показывающих развитие растения. Они делались так: каждый отдельный кадр фильма снимался через несколько часов, а затем фильм демонстрировался с обычной скоростью, и перед глазами зрителей растение развертывало и вытягивало свои листья, а затем появлялся и цветок. Замедленные съемки на дне океана должны бы быть не менее интересными. У подножия материкового склона интенсивная деятельность экзогенных процессов напоминала бы, наверное, оживленный перекресток в часы пик. Тут и там с большой скоростью проносятся небольшие морские животные. С грохотом летят, словно поезда, суспензионные потоки, а огромные оползни мягко замедляют там свой ход, словно трамвай у остановки. Подводные оползни, стремительные суспензионные потоки, эрозионная работа глубоководных течений, растворение древних осадков — все это в течение длительного времени участвует в формировании дна глубокого океана. Общий же результат деятельности этих процессов, который можно видеть с помощью эхолота пли при взятии донных образцов, а в будущем — прямо из иллюминатора батискафа, показывает, что строение осадочного чехла дна океана лишь немногим отличается от структуры мелководных отложений, хотя прежде думали, что между ними существует большая разница.
В некоторых местах на дне глубоких котловин океана также могут иметь место нарушения, вызванные суспензионными потоками. Это может быть на поднятиях, несущих острова, вокруг которых вниз по склонам должны стекать суспензионные потоки. На возвышенностях, где имеются признаки вулканической деятельности, также нельзя взять типичных колонок с нормальной стратификацией, и поэтому выбор места для взятия колонок глубоководных осадков оказывается довольно трудным делом. Это, конечно, не означает, что любая колонка не будет репрезентативной для понимания основных особенностей осадконакопления, а просто свидетельствует об изменении самой проблемы: вместо одинакового покрова осадков на дне всех океанов мы имеем в действительности нарушенную местами и перемешанную толщу осадков сложной структуры иногда с примесью материала, принесенного с мелководий. Но так же, как и на суше, геологи подчас находят полный разрез слоев горных пород, позволяющий объединить длительные и разобщенные периоды осадконакопления. А это дает возможность восстановить всю геологическую историю.
Если сравнить мощность осадков, обнаруженных сейсмическими методами на дне океана, с оценками скорости осадконакопления, то можно определить возраст океана. Трудно, конечно, получить достоверную среднюю скорость накопления для глубоководных осадков. Изучение образцов современных донных осадков дает величину, с применением которой возраст океанов оказывается равным всего нескольким сотням миллионов лет, что составляет лишь одну десятую часть всей жизни Земли и, следовательно, противоречит нашим представлениям о постоянстве океанских впадин. Отложение осадков на дне океана должно быть связано с поступлением материала, смываемого с материков. Большинство обломочного материала оседает в прибрежных мелководьях, обеспечивая условия для накопления мощных осадочных толщ суши. Самые же тонкие частицы выносятся в глубоководные области океана, проходя при этом громадные расстояния, которые часто превосходят в несколько раз длину окружности Земли. Но, рано или поздно, они все же осаждаются на дно. Конечно, нет никаких оснований думать, что скорость осадконакопления в океане всегда была такой же, как ныне, и не менялась в течение геологической истории. Весьма вероятно, что в самом начале материки слагались твердыми горными породами, которые разрушались очень медленно, но теперь, когда эрозии подвергаются более податливые глины и известняки, скорость размыва, очевидно, превышает среднюю величину. Кроме того, следует учитывать материал, принесенный на дно океана суспензионными потоками. Возможна и обратная миграция материала к материку, связанная с растворением химических веществ в донных осадках, которое происходит при движении воды в глубинах океана. Во всяком случае, в этом вопросе имеется очень много неясного. Однако можно думать, что 1000-футовая толща осадков, выявленная сейсмическими исследованиями на дне Тихого океана (в тех местах, где влияние суспензионных потоков совершенно исключается), могла быть накоплена за весь период существования Земли или, точнее, за то время, которое прошло с тех пор, как впервые разделились вода и суша.
Согласно сейсмическим измерениям мощность осадков в Атлантическом океане немного больше, чем в Тихом. Это может быть связано с тем, что все дно Атлантики находится в сфере деятельности суспензионных потоков и, следовательно, оно получало материал, который должен был бы в обычных условиях отлагаться в полосе мелководья, окаймляющей материки. Скорость осадконакопления в мелководных местах, где улавливаются материковые отложения, превышает от десяти до ста раз скорость накопления глубоководных осадков. Поэтому весьма удивительно, что мощность осадков в Атлантике лишь немногим больше, чем в Тихом океане. Не говоря о суспензионных потоках, мы должны помнить, что Атлантический океан гораздо уже и благодаря этому соотношение площадей суши, поставляющей обломочный материал, и океана, где они отлагаются, становится больше. Оно увеличивается еще резче благодаря массивным горным грядам Средне-Атлантического хребта, занимающего значительную часть центральной Атлантики. Осадки не удерживаются на крутых склонах этого подводного горного хребта и переносятся вниз оползнями или суспензионными потоками совершенно так же, как они сносятся с поверхности материкового склона. Мощность осадков под плоскими равнинами дна глубоких котловин Восточной и Западной Атлантики должна быть значительно больше, чем в Тихом океане, разумеется, в том случае, если эти океаны примерно одного возраста. Можно не сомневаться, что горы Средне-Атлантического хребта не несут на себе покрова рыхлых осадков, так как там были взяты драгой образцы твердых пород. Это подтверждается еще и тем, что на фотографиях поверхности Средне-Атлантического хребта отчетливо видны признаки ряби. По всей вероятности, там тоже существует очень правильная циркуляция между тонкими частицами осадка и входящими в него химическими компонентами. В морской воде обнаружено присутствие большинства химических элементов. Их концентрация такова, какую следовало бы ожидать, если вода находилась бы в равновесии с твердым исходным соединением, содержащим данный элемент. Необычные концентрации характерны лишь для некоторых элементов, особенно для никеля, ванадия и кобальта; они не представлены в морской воде в достаточных количествах. Очевидно, эти элементы извлекаются каким-то способом из морской воды и не возвращаются обратно в нее путем растворения осадков на дне океана. Почти несомненно, что никель, ванадий и кобальт извлекаются какими-то животными пли растениями, но, как это ни странно, после смерти таких организмов эти элементы не возвращаются в осадок в растворимом состоянии. Такие «рассеянные» элементы, как их иногда называют, появляются в крови некоторых .морских животных, где они химически связаны в форме устойчивых соединений — порфиринов. Они обнаружены в сырой нефти, и это не только подтверждает их устойчивость, но и является одним из доказательств морского происхождения нефти. Даже при сгорании нефти ванадий остается в саже и во время войны ее собирали в дымовых трубах, чтобы получить этот металл, необходимый для выплавки специальных сортов стали. Иногда ванадий оказывается вредным. Если газовая турбина работает на дешевом горючем, то ванадий, попадая на ее лопасти, портит их. Это мешает массовому применению газовых турбин для производства энергии.
Извлечение из морской воды живыми организмами некоторых химических элементов может оказывать значительное влияние на скорость восстановления численности рыб.
Процесс восстановления полезных веществ в глубоководных областях осадконакопления не действует должным образом для всех элементов, необходимых для развития жизни в океане, и поэтому не все нужные для питания организмов вещества возвращаются в населяемые ими мелкие воды. Для изучения геологической истории Земли особенно важно то, что отдельные элементы сохранились связанными в осадках на дне океана. В какой-то мере они могут быть полезными признаками возраста осадка, хотя большое количество материала, достигшего дна в виде осадка, впоследствии перерабатывалось и вновь растворялось. Нефтяная промышленность создала интересное направление исследований, от которых можно ожидать полезных результатов. Речь идет о радиоактивной форме редкого элемента бериллия, период полураспада которого составляет около трех миллионов лет. Скорость разложения этого элемента позволяет использовать его в качестве «геологических часов», охватывающих промежутки времени почти до половины возраста мелового периода, т. е., говоря иначе, такие часы расскажут нам о возрасте пород за прошедшие сто миллионов лет. Для использования таких часов необходим первоначальный процесс отложения радиоактивных атомов. Через три миллиона лет половина атомов распадется, через следующие три миллиона лет половина оставшихся атомов также распадется, а после третьего периода, равного также трем миллионам лет, останется лишь одна восьмая часть первоначального количества атомов радиоактивного бериллия. Предельное число лет, которое, может быть измерено таким образом, определяется точностью анализа оставшихся радиоактивных атомов, так как их количество уменьшается вдвое через каждые три миллиона лет, и через 21 миллион лет сохранится только одна сотая первоначальной активности.
Существует радиоуглеродный метод датировки археологических образцов. Радиоактивный изотоп углерода С14 непрерывно поступает из верхних слоев атмосферы, и благодаря такому устойчивому притоку его в углекислом газе атмосферы создается постоянное количество этого изотопа. Если углекислый газ поглощается морской водой и в конечном счете превращается в раковину моллюска, то поступление С14 сразу же прекращается, а имеющиеся атомы радиоактивного углерода постепенно распадаются, образуя обычный углерод. Быть может, и радиоактивный бериллий также входит в поток мелких частиц из верхних слоев атмосферы и поэтому на поверхности океана оп может быть представлен в постоянном количестве. Смесь радиоактивного и обычного бериллия затем осаждается, и в отложениях на дне океана радиоактивные атомы начинают свой медленный и равномерный распад. Если потом извлечь бериллий, например, из красной глубоководной глины со дна океана, то по количеству радиоактивных атомов можно будет определить ее возраст. Слои донных осадков перемешаны различными процессами, действующими на глубинах, которые, как мы уже видели, вовсе не так спокойны и неподвижны. Однако, несмотря на это, есть признаки того, что весь бериллий все равно уже не растворяется вновь и продолжает распадаться в течение длительного времени даже в самой морской воде. Имеются признаки того, что он мог также усваиваться в какой-то устойчивой форме морскими организмами, поскольку мы встречаем его как рассеянный элемент в сырой нефти.
Индикатор возраста в сырой нефти должен иметь большое значение для нефтедобывающей промышленности. Подземные резервуары нефти, образованные известняками или песчаниками, не всегда оказываются теми самыми породами, в которых образовалась нефть. Пористость этих двух типов пород позволяет им становиться подземными нефтехранилищами большой емкости, откуда нефть легко извлекается через сравнительно небольшое количество буровых скважин. Обычно считают, что глины являются главной материнской породой, в которой происходит зарождение нефти, так как именно при их отложении существовали довольно стабильные условия, в которых шло разложение морских животных, образующих нефть. Возраст нефти, следовательно, должен соответствовать возрасту пород, в которых она образовалась, — так называемых материнских пород. При достоверном определении материнских пород данного нефтяного месторождения геолог может восстановить всю картину миграции нефти до ее конечного резервуара, а эта картина должна дать непосредственные указания на те места, где следует продолжать поиски, чтобы найти возможно больше мигрировавшей нефти. Определение возраста пород в нефтяных исследованиях может иметь и другие результаты. Во многих нефтеносных областях мира :выходы нефти образуются при ее медленном просачивании к поверхности. Они проявляются по-разному: от газовых факелов, пылавших прежде на склонах гор, до той горной смолы, которую библейский Ной употреблял, чтобы просмолить свой ковчег. Определение времени образования такого выхода нефти может в значительной мере помочь восстановить геологическую историю материнской породы. Кроме того, мы можем установить нижнюю границу породы, в которой следует ожидать нефть, поскольку миграция из материнских пород в резервуары направлена только вверх благодаря тому, что нефть легче морской воды, являющейся другим жидким компонентом земных недр.
Прежде чем применять какие-либо рассеянные элементы, вроде бериллия, для изучения дна океана или для поисков нефти, нужно установить соотношение атомов радиоактивного и обычного бериллия, выпадающих на земную поверхность. Количество таких атомов очень мало и. следовательно, они накапливаются в течение длительного времени. Если осадки не подвергались нарушениям, они особенно интересны в этом смысле, но всегда трудно бывает утверждать, что осадки действительно ничем не нарушены. Быть может, лишь в некоторых защищенных от ветра местах пустынных областей сохраняется в неизменном виде пыль, выпадающая из космического пространства. Можно, разумеется, оценить относительное количество атомов путем теоретических и практических исследований ядерных процессов, которые постоянно происходят в верхних слоях атмосферы. Появление спутников и ракет обеспечит дальнейший прогресс исследований и даст хороший ключ к этим потенциально возможным геологическим часам.
Исследования изотопов кислорода, не связанные с изучением радиоактивности, также могут иметь большое значение в океанографии. Оказывается, соотношение изотопов кислорода позволяет установить температуру морской воды в то время, когда отлагались осадки. Температура воды, несомненно, оказывает большое влияние на жизнь в океане и на количество материала, которое может поступить в раствор из донных отложений и переноситься водой. Температурные требования коралловых полипов, как уже было показано, ограничивают распространение атоллов в океанах. Следовательно, температура воды оказывается весьма интересной характеристикой при любом описании условий, существовавших миллионы лет назад во время образования осадочных пород.
Понятно, почему нефтяные компании помогают развитию наших знаний о процессах седиментации в океане, финансируя обширные программы морских геологических исследований со взятием многочисленных проб осадков со дна океана драгами и грунтовыми трубками, с применением нового типа эхолота, посылающего мощные звуковые волны, которые проникают через рыхлые осадки до подстилающих их твердых пород. Осадочные породы, образующие или содержащие нефть, отлагались преимущественно в мелких водах. Зачастую это происходило, по-видимому, даже в устьях больших рек, которые размывали удаленные от океана части материка и выносили обломочный материал к побережью. Поэтому дельты таких больших рек, как Миссисипи и Нигер, представляют собой весьма интересные объекты для изучения процесса осадконакопления. В прошлом геолог делал свои выводы дедуктивно, изучая разрезы пород, обнаженные денудацией, пли в буровых скважинах. Теперь же ому помогает океанография, восстанавливая характеристику обстановки, существовавшей в океане в разные отдаленные периоды геологической истории.
Работы в Мексиканском заливе имели самое непосредственное практическое значение, поскольку месторождения нефти находятся в его мелководной части. Они приурочены к сравнительно небольшим линзам песка, положение которых устанавливается довольно трудно. Если известно, что они являются остатками пляжа, вытянутого вдоль древней береговой линии, тогда становится ясным, где следует искать новые нефтяные поля. Однако песок мог отлагаться также и под прямым углом к берегу в виде отмелей древней реки, когда-то протекавшей через дельту. Возможно, что даже такие незначительные признаки, как распределение песчаных зерен, окажутся достаточными для создания достоверной картины режима, существовавшего при отложении песков, с которыми связаны нефтяные месторождения. Океанографические исследования современных дельт и соответствующих отложений должны учитывать все признаки, помогающие восстановить геологическую историю.
Суспензионные потоки также могут быть важными для нефтяной промышленности. Общая картина образования нефти свидетельствует об ее морском происхождении, но трудно все же понять, как маслянистые остатки мертвых животных сохранились на дне океана. Возможно, это бывало только в тех редких случаях, когда существовали застойные условия, сопровождаемые отсутствием кислорода, и тогда образовывалась нефть. Такие условия появляются при наличии огромного количества живых организмов и с последующей обильной концентрацией разложившегося вещества. Например, у западного побережья Африки известны места, где присутствие исключительно большого количества рыбы, по-видимому, обусловлено течением, выносящим со дна океана кверху питательные соли, в том числе и очень необходимые рыбам рассеянные элементы. Остатки организмов могли сохраниться и в том случае, когда содержащие их осадки "покрывались оползнями пли суспензионными потоками. При захоронении остатков организмов, образующих нефть, они продолжали разлагаться без доступа кислорода. Поскольку обычно считается, что суспензионные потоки стекают по материковым склонам на большие глубины, то они могли быть инструментом для захоронения потенциально нефтеносных отложений в те периоды, когда область их накопления была затоплена океаном.
В связи с этим любопытно заметить, что в океанографических исследованиях и при добыче нефти часто появляются почти одинаковые интересы и техника исследований. Это проявляется особенно ярко теперь, когда нефтяные компании обнаружили важные промышленные месторождения вдали от берега. Инструменты, которыми пользуются разведчики нефти, взяты прямо из снаряжения морского геолога. О сейсмическом методе мы уже говорили довольно подробно, так как он был основным методом работы экспедиции на «Челленджере». Измерения колебаний силы тяжести также одинаково широко применяются как в океанографии, так и при поисках нефти. Правда, для океанографических целей сила тяжести должна измеряться с точностью примерно до одной миллионной, тогда как для поиска возможных нефтеносных структур требуется точность в десять раз больше.
Гравиметрические измерения с такой точностью чрезвычайно трудно производить даже на суше, а в океане, где нет устойчивой площадки, такие измерения требуют исключительной изобретательности и высокого мастерства. Самые первые наблюдения были сделаны в каюте океанского лайнера путем сравнения атмосферного давлепия, показываемого ртутным барометром и вычисленного по точке кипения воды. В показания ртутного барометра должна вноситься поправка на силу тяжести, тогда как точка кипения воды зависит только от массы воздуха в атмосфере. Этот любопытный опыт должен был показать общее соответствие между силой тяжести над сушей и над океанами. Однако первые действительно точные измерения были сделаны на подводной лодке методом качания маятников. Лодка шла на глубине 50 футов, где можно было добиться сравнительно устойчивого положения для платформы маятников. Впрочем, и при этом на небольшую бортовую и килевую качку приходилось вносить соответствующие поправки. Очень интересна поправка, которую приходится вносить для учета скорости движения самой подводной лодки. Если изменить искомую величину и использовать очень точную новую аппаратуру, разрабатываемую сейчас, то можно определять по результатам измерения силы тяжести скорость движения подводной лодки.
Измерения силы тяжести уже теперь можно использовать для вычисления широты. Мы уже видели, что Земля не имеет идеальной сферической формы, и поэтому человек на ее поверхности окажется на полюсах ближе к центру, чем на экваторе. Притяжение к Земле на полюсах будет больше и, следовательно, определенная величина силы тяжести соответствует определенной шпроте. Кроме этой поправки на форму, нужно учитывать также влияние центробежной силы Земли, вращающейся вокруг своей оси. На полюсах она равна нулю, на экваторе ее величина максимальна. Применение гравитационных измерений для определения широты усложняется прежде всего тем, что достаточно точные данные можно получить только на подводной лодке. На обычных кораблях нужно делать специальные гироскопически стабилизированные платформы. Но для подводных лодок такие измерения очень полезны, так как при подводном плавании нельзя определиться по звездам. Для точных определений широты таким методом нужна также подробная карта всех «аномалий» силы тяжести над океанами и, в частности, над глубоководными впадинами. В общем гравитационные измерения в океане представляют сейчас очень большой интерес для современного военного флота и вполне понятно, почему он оказывает океанографам помощь в создании самых совершенных приборов.
В результате гравиметрических наблюдений оказалось, что сила тяжести в океане почти такая же, как и на суше. На первый взгляд это удивительно — ведь притяжение в океане должно бы быть гораздо меньше, поскольку вода имеет меньшую плотность по сравнению с горными породами.
Однако полученные результаты очень хорошо согласуются с представлениями о структуре дна океана, выявленной сейсмическим методом. В самом деле, плотные породы мантии (8,1 км/сек), лежащие ниже Мохо, в океане гораздо ближе к поверхности, чем под материками. И если мы возьмем в океане колонку длиной 25 миль вглубь Земли, то она будет состоять преимущественно из плотной породы мантии и в значительно меньшей мере из воды и нескольких миль промежуточного материала (6,7 км/сек). Аналогичная колонка на материке будет иметь иное строение: в ней будет содержаться преимущественно материал 6,7 км/сек вместе с легкими кислыми породами. Однако обе колонки в целом имеют одинаковый вес, и поэтому притяжение в обоих случаях окажется одинаковым, тем более что внутренняя часть Земли, находящаяся под земной корой, является одной и топ же, независимо от того, находится ли она под океаном или под материком1.
Эта четкая компенсация между материками и океанами не всегда выдерживается достаточно точно. Если тяжелый вулканический остров замещает более легкую воду, возникает временный избыток массы и сила тяжести превышает нормальную. Остров, как мы уже видели, станет погружаться до тех пор, пока не будет достигнуто изостатическое равновесие. Измерения, сделанные в Скандинавии, дают необычно низкую величину силы тяжести. Это связано с тем, что громадные ледники во время ледниковой эпохи давили своей тяжестью на сушу, заставляя ее прогибаться. Когда лед растаял, то образовался недостаток массы и теперь суша поднимается со скоростью около половины дюйма в год. Поднятие прекратится лишь тогда, когда восстановится нормальный вес колонки пород. В глубоководных желобах, обнаруживаемых эхолотом, гравитационное притяжение меньше средний величины. Это указывает, по-видимому, что они были образованы при прогибании земной коры, но на этот раз, конечно, не под тяжестью льда, а скорее под действием боковых сил. Почти таким же путем появляются морщины на жирной и толстой физиономии: ведь иначе никак нельзя приспособить излишек материала, облекающего кости. По мере того как легкая порода на дне океана прогибается вниз, она замещает некоторую часть подстилающего тяжелого материала. В таких случаях чрезвычайно большие мощности леткой породы вызывают необычно низкую величину силы тяжести. Но так же, как кусок дерева, погружаемый в воду, стремится всплыть на поверхность, так и опускающаяся вглубь мантии порода пытается подняться вверх. Измерения силы тяжести показывают, как велико это стремление, и помогают нам понять причины движений земной коры.
При проведении гравиметрических измерений для морской разведки нефти сейчас используют гравиметр, состоящий в основном из очень чувствительных пружинных весов, помещаемый в водонепроницаемый кожух и опускаемый на дно. Это, конечно, гораздо дешевле, чем использовать подводную лодку, и позволяет успешно обнаруживать аномалии силы тяжести, указывающие на нефтеносные структуры. Самый первый патент на гравиметр предусматривал, кстати сказать, его применение только для океанографических целей. В 1876 г. Сименс изобрел такой аппарат для использования в океане, «надеясь, что он позволит капитану определять глубину воды без лота». Гордый изобретатель, несомненно, должен был основательно разочароваться, если бы применил свой прибор на практике, потому что, как мы уже видели, слабое притяжение морской воды компенсируется добавочной мощностью плотных пород мантии и, следовательно, гравитационные измерения не дают 'возможности определить глубину океана. Однако после этого прошло сравнительно немного времени и гравиметрические измерения уже позволяют капитанам подводных лодок определять шпроту места и, быть может, даже скорость движения. Эти методы, по-видимому, со временем будут приняты и на обычных надводных кораблях, и тогда окажется, что Сименс не так уж сильно ошибался!
Океанографы используют и другой геофизический метод разведки, связанный с аномалиями магнитного поля Земли. Рыхлые осадки обычно мало влияют на магнитное поле, и его изменения в большинстве случаев связаны с подстилающими осадки вулканическими породами. Магнитные измерения не только раскрывают структуру вулканических пород, скрытых под осадочным покровом, но и обнаруживают признаки напряжений в земной коре. В Тихом океане у побережья Калифорнии были прослежены протяженные зоны разломов ,и сбросов, сопровождающиеся разрывом слоев и горизонтальным смещением их на сотни миль. Магнитные измерения обнаруживают такое смещение по относительному сдвигу правильного рисунка магнитных силовых линий по каждую сторону от линии сброса.
Фотографирование дна океана в известном смысле весьма далеко от поисков нефти, но инструменты, необходимые для аппаратуры, используемой при подводных съемках, очень сходны с теми, которые применяются для изучения строения нефтяных залежей. В самом деле фотокамеры часто применялись уже для обнаружения трещин в известняке, потому что такие трещины очень важны для накопления нефти и ее выхода в буровые скважины. По сути дела, кроме разведчиков нефти и океанографов, лишь немногие ученые производят измерения при давлении в десятки тысяч фунтов на квадратный дюйм и занимаются исследованиями процессов, действующих на глубине нескольких миль.
Океанография имеет общие интересы с нефтяной промышленностью и еще в одной области, касающейся изучения волн и течений в океане, а также разрушения побережий. Дело не только в том, что моряки, перевозящие нефть на танкерах, должны быть знакомы с такими вещами. Знание этих процессов необходимо для успешной разработки конструкций погрузочных причалов и удаленных от берега нефтепроводов. Теперь на мелководьях уже во многих местах пробурены многочисленные нефтяные скважины. При этом методы прогнозирования волн, разработанные во время войны для десантных операций, оказались очень полезными как при разработке конструкции буровых платформ, способных противостоять самой большой волне, которая может встретиться в данном месте, так и для оценки поведения этих конструкций на волне в тот критический момент, когда поддерживающие их опоры будут медленно опускаться на дно. Таким образом, мы видим, что изучение океана имеет большую практическую ценность для многих работ, связанных с нефтью, и дает некоторую общую основу для решения вопроса о ее происхождении.
Примечания
1. Мы уже отмечали, что верхняя мантия неоднородна. Различия в строении верхней мантии под материками и океанами достигают глубин порядка 100 км, а может быть, даже и больших. Ценные сведения о неоднородности верхней мантии получены при наблюдениях за движением искусственных спутников Земли.