Всеволод Зенкович
Морское дно

О морском дне можно рассказать много интересного.

Солнечный свет проникает в воду очень слабо и уже на 200-метровой глубине царит полная темнота.

С глубиной резко возрастает наружное давление — через каждые 10 метров на одну атмосферу; на 10-километровой глубине оно равно 1000 атмосфер!

Обычные термометры на глубине в 3–5 километров расплющиваются, превращаясь в стеклянную пыль. Но термометры, защищённые от давления, показывают, что на большой глубине в море круглый год держится одинаковая температура — один-два градуса тепла.

В этих суровых условиях — в полном мраке, холоде и при огромном давлении — обитают разнообразные существа — морские животные и рыбы. Многие из них имеют непропорционально большие глаза и зубы; такие рыбы, снабжённые светящимися органами, похожи на маленьких сказочных драконов.

На дне моря происходят необычные для суши процессы — создаются особые минералы и горные породы; здесь накапливается «пыль» из межпланетных пространств.

Сведения о морских глубинах добыты человеком ценой очень больших усилий. Десятилетиями учёные и инженеры создавали различные сложные приборы, чтобы с их помощью проникать на большую глубину. Специально оборудованные и богато оснащённые корабли разных государств отправлялись в далёкие плавания для изучения океана и его дна.

Многое в этой области сделано учёными нашей страны. Они составили очень точные карты морского дна на больших пространствах, открыли неизвестные ранее подводные хребты. Совсем недавно нашими учёными открыта одна из самых глубоких впадин мирового океана — около Курильских островов. Глубина её — 10 382 метра. Кроме того, советские учёные установили два своеобразных «мировых рекорда»: они сумели извлечь морских животных с десятикилометровой глубины, а также добыли с больших глубин «столбик» морского грунта высотой более 30 метров.

На первый взгляд кажется, что изучение морского дна не имеет какого-либо практического значения. Правда, для кораблевождения нужна карта, на которой нанесены все мели и рифы^[1], указаны глубины вблизи берегов и характер грунта якорных стоянок. Но эти глубины сравнительно невелики, они обычно не превышают 200 метров. Зачем же нужно изучать морское дно на больших глубинах?

Более всего заинтересованы в изучении морского дна геологи.

Казалось бы, геология, изучающая строение и состав земной коры, — наука «сухопутная». Так оно и было в течение продолжительного времени. Но затем, когда геологи стали шаг за шагом воссоздавать историю развития земной коры, им пришлось всё больше внимания уделять морю. Дело в том, что за многие миллионы лет истории нашей планеты почти вся поверхность современной суши неоднократно заливалась морскими водами. Когда отдельные участки суши опускались, море заливало их, а когда поднимались — снова уходило. Море оставило на земле разнообразные отложения — илы, пески, известняки вместе с остатками животных, обитавших когда-то в море. Толщина слоёв морских осадков измеряется сотнями метров и километрами.

Изучая такие слои, учёные смогли узнать многое из истории жизни на Земле.

По древним морским отложениям геологи сумели прочитать историю развития и самой земной коры. Так удалось с большой точностью определить, где и когда опускалась и поднималась земная кора.

Дело в том, что непосредственно измерить движение земной коры не всегда удаётся, так как оно происходит очень медленно. Для таких измерений требуются десятки лет. Поневоле приходится прибегать к косвенным методам измерения. Одним из этих методов и является исследование морских отложений, которые служат своеобразной летописью жизни земной коры.

В морских отложениях отражаются и такие явления, как изменения климата, растительности, деятельность вулканов и т. д.

В различных морских отложениях содержится много полезных ископаемых — нефть, уголь, бокситы, фосфориты, горючие сланцы и др.

Чтобы поиски полезных ископаемых были успешны, нужно знать, в каких условиях эти ископаемые образуются, как они связаны с древними морями, когда они образовались. Для этого необходимо исследовать, что делается на дне современных морей и океанов.

Учёные должны изучить рельеф морского дна: есть ли на нём горы и долины, как связаны они с горными цепями суши.

Кроме того, геологов интересует, какие отложения образуются на морском дне в настоящее время, как они связаны с глубинами, с расстоянием от берега, с физическими свойствами морской воды и общими географическими условиями.

Известно, что на суше горные породы разрушаются в результате смены температур, под влиянием ветра и в особенности от действия текущей воды. Вода промывает в горах глубокие долины, ущелья, образует высокие гребни, крутые откосы и скалы.

В глубинах океанов температура практически неизменна, там нет обычного выветривания и почти нет движения воды. В таких условиях горы сохраняются в том виде, в каком они образовались в процессе движений земной коры. Это — плавные валы высотой в несколько километров и шириной в десятки, а то и сотни километров.

Изучение подводных гор помогает геологам воссоздавать историю горных образований на суше.

Вы видите, насколько большой интерес представляет изучение морского дна.

Можно ли нарисовать общую картину рельефа морского дна, картину, которую нельзя увидеть? Правда, сейчас мы уже можем фотографировать и наблюдать через подводный телевизор морское дно на значительных глубинах, но при этом мы охватываем только очень маленькие участки, которые освещены электролампой, соединённой с прибором. Полную картину рельефа можно создать только путём измерения очень большого количества глубин и притом так, чтобы каждое место, где получена глубина, было точно нанесено на карту.

Кроме того, нужно знать строение дна. Непосредственный метод для этого — получение пробы грунта и не только с поверхности дна.

С незапамятных времён глубину моря измеряли длинным шестом или верёвкой (тросом) со свинцовым грузом на конце. Так был создан первый лот — прибор для измерения морских глубин (рис. 1). В донышке груза делается ямка, смазанная салом. Когда груз касается дна, ямку заполняет донный грунт, и образец его поднимают на поверхность.

Рис 1. Свинцовый лот для малых глубин.

Лотом очень просто измерить сравнительно небольшую глубину, до 100–200 метров. При больших глубинах измерение сильно затрудняется.

До середины XIX века исследователи опускали лот на тросе из растительного волокна. Такой трос довольно тяжёл и непрочен. Выпустив с борта 2–3 километра троса, мы уже не сможем вытащить его обратно — он лопнет от собственного веса. Но и на меньших глубинах точное измерение глубины довольно затруднительно. Обычный вес свинцового груза — около 5 килограммов, но примерно столько же весит 100 метров намокшего троса. Поэтому, начиная уже с 500–600 метров, ощутить момент падения лота на дно почти невозможно. Вес троса становится значительно больше веса груза.

Первые глубины более 1000 метров были измерены в России при Петре I, который изобрёл новый лот с отделяющимся грузом. В этом лоте сквозь тяжёлый чугунный шар проходила металлическая трубка. Шар удерживался на трубке особыми рычажками (рис. 2) и соскакивал с них при ударе о дно. Таким образом, обратно на палубу моряки вытаскивали лёгкую трубку, в которой застревало небольшое количество донного грунта.

Рис. 2. Лот с отделяющимся грузом.

В XVII–XVIII веках стали быстро развиваться естественные науки. В это время были составлены первые карты рельефа дна. Вначале это была обычная карта моря, на которую наносились цифры, указывающие глубину в различных местах. Общей картины рельефа морского дна такие карты не давали.

В 1736 году французский географ Бюаш соединил одинаковые отметки, нанесённые через 10 морских саженей, линиями, получившими название изобат, то есть линий равных глубин (интересно, что такой же способ изображения рельефа суши появился лишь спустя несколько десятилетий). Сейчас этот способ изображения рельефа наиболее распространён и точен. Пример подобной карты дан на рис. 3.

Рис. 3. Карта рельефа дна Каспийского моря с изобатами через 200 и 500 метров.

В XVIII веке в России был создан военный и торговый флот. Для нужд мореплавания стали составлять морские карты и производить промеры глубин. Большие работы были развёрнуты в Финском заливе, в Каспийском море и на озере Байкал.

Глубина Финского залива лишь в отдельных местах превышает 100 метров, поэтому промеры не представляли там особых трудностей. Составленная карта отличалась такой точностью и полнотой, что она была удостоена премии Парижской Академии наук. Сложнее было изучить глубины Каспийского моря. Сейчас мы знаем, что его максимальная глубина составляет 990 метров. В XVIII веке русские гидрографы Соймонов и Колодкин составили довольно полную карту дна Каспия, но в некоторых местах определить глубину не удалось.

Большие успехи в измерении глубин были достигнуты штурманом Алексеем Пушкарёвым на озере Байкал (1772 г.). Наибольшая измеренная глубина превышала там 1200 метров.

В прошлом веке через океан начали прокладывать телеграфные кабели. Перед прокладкой нужно было определять рельеф дна. Для измерения глубин применялся лот с отделяющимся грузом. С этого времени начались обширные исследования океанских глубин. Англичане снарядили для этой цели большой корабль «Чэлленджер», который 4 года (1873–1876 гг.) бороздил воды земного шара. В экспедиции участвовали крупнейшие учёные того времени, но ни одного геолога среди них ещё не было. В течение следующих 20 лет различными государствами было организовано большое число океанографических экспедиций, среди которых известно плавание русского корабля «Витязь» под командованием адмирала Макарова. Учёные сделали значительное число промеров, по которым удалось составить первые карты рельефа дна океана. Почти во всех экспедициях примитивными ещё приборами собирались пробы грунта, что позволило составить и первые карты донных отложений.

Таким образом, к концу XIX столетия учёные уже имели общее представление о строении дна океанов и морей.

Промеры показали, что в общем, дно океана исключительно ровно. На нём преобладают совершенно незаметные глазу уклоны — менее одного градуса. Если бы вода внезапно исчезла, то перед наблюдателем возникла бы необозримая равнина.

Но среди этой равнины местами поднимаются плоскогорья и возвышенности с отлогими склонами, идущими под углом около двух-трёх градусов, а иногда и очень крутые горы. Некоторые из этих гор, особенно в Тихом океане, имеют правильные округлые очертания и возвышаются на 4–5 километров над ровным дном. Учёные распознали в них подводные вулканы.

В Атлантическом океане, примерно по его середине, был обнаружен широкий подводный хребет. В северной части океана по обе стороны от хребта расстилается плоскогорье. Глубина здесь достигает 3–4 километров. Это плоскогорье получило название «Телеграфного плато».

Но наиболее интересно для геологов, что вблизи материков и многих крупных островов дно моря представляет собой полого опускающуюся равнину, которая идёт от берега примерно до глубины в 200 метров, а потом заканчивается относительно крутым склоном, падающим до многокилометровых глубин. Эту равнину начали называть материковой платформой или шельфом (по-английски — ступень), а круто наклонённую часть дна — материковым склоном.

Далее идёт ложе океана.

Ширина шельфа бывает различна — от нескольких километров (например, у гористых берегов Тихого океана или Средиземного моря) и до многих сотен километров (например, на севере СССР и Западной Европы или у юго-восточной оконечности Азии)

Многие окраинные моря, окаймляющие материки или представляющие собой большие заливы океана, расположены только на шельфе. Там нет ни материкового склона, ни ложа. Таковы, в частности, все северные моря Советского Союза, с Баренцова и Белого до Чукотского^[2]. Шельфовыми морями являются также Северное и Балтийское моря в Европе, Жёлтое море в Азии и некоторые другие.

Но вместе с тем существуют моря, строение дна которых напоминает океанское. Они, как и океаны, имеют полосу шельфа, склон и ложе. Многие из таких морей непосредственно соединены с океанами, как, например, наши дальневосточные моря — Берингово, Охотское и Японское. Такое же строение и у южных «замкнутых» морей — Чёрного и Каспийского (рис. 4).

Рис. 4. Схематический профиль дна в северо-западной части Чёрного моря.

Изучение морских отложений также дало очень чёткую и закономерную картину.

Почти на всей поверхности материков происходит разрушение горных пород. Значительная часть этих пород в измельчённом виде уносится реками в море и отлагается па его дне.

Исследования показали, что почти всё пространство шельфов покрыто отложениями, состоящими из продуктов разрушения суши, таких, как галечники, валуны, гравий, ил и песок. В некоторых местах шельф покрыт остатками морских животных, преимущественно ракушками, а там, где господствуют сильные морские течения, встречаются выходы обнажённых коренных пород — гранита, базальта^[3] и т. д.

Материковые склоны, если они не особенно круты, обычно покрыты илом. Морской ил состоит из очень мелких частиц (чаще всего кварцевых) размером в сотую и тысячную доли миллиметра, а иногда и ещё меньше.

Там же, где склон более крут и где он омывается сильными течениями, преобладают песок, гравий и камни. Встречаются также отложения, состоящие из твёрдых остатков морских животных — моллюсков, иглокожих, ракообразных^[4] и др. Есть здесь и особый минерал глауконит, который образуется только в море. Он представляет собой соединение кремния, железа и калия. Глауконит встречается в виде зелёных зёрнышек.

Совсем иные типы отложений образуются в глубоком море. Чем дальше от берега, тем всё меньше частичек материкового происхождения, входящих в состав ила. В то же время становится больше частичек, образовавшихся в самом море. Последние представляют собой остатки мельчайших животных, обитающих в поверхностных слоях воды.

Множество таких животных имеет скорлупки (раковины) из извести, пронизанные дырочками. Поэтому их так и называют дырочниками или, по-латыни, фораминиферами. В донных отложениях чаще всего встречаются фораминиферы, называемые глобигеринами (рис. 5). На больших пространствах их бывает так много, что илы и пески называют там глобигериновыми (рис. 6).

Рис 5. Известковые скорлупки глобигерин в пробе глубоководного ила (под микроскопом).

Рис. 6. Схематическая карта грунтов северной части Атлантического океана.

У некоторых морских животных твёрдые скелетные частицы — не известковые, а кремниевые. Таковы, например, радиолярии. Их скелеты имеют симметричное кружевное строение (рис. 7, стр. 14). Радиоляриевые илы особенно широко распространены в Тихом океане.

Рис. 7. Кремниевые скорлупки и скелетные частицы радиолярий (под микроскопом).

В высоких широтах^[5] во множестве встречаются особые одноклеточные, так называемые диатомовые водоросли. Они имеют двойную скорлупку из кремнезёма, очень нежную и тонкую. Скопление на дне таких скорлупок даёт диатомовый ил. Частички имеют в основном размеры от 0,1 до 0,01 миллиметра.

Значительную часть донных отложений океана составляет масса красновато-бурого цвета, состав которой долго не могли разгадать, так как её частицы очень мелки (диаметром меньше 0,001 миллиметра). Эта масса залегает на больших глубинах в открытом океане. Океанографы называют её глубоководной красной глиной. Глина эта покрывает поверхность морского дна, превышающую половину площади всего земного шара.

Впоследствии учёные нашли, что в красной глине содержится много больше марганца и железа, чем в материковых породах (отсюда её своеобразный красно-бурый цвет). По некоторым характерным признакам установлено также, что глубоководная глина образовалась в результате разложения вулканических продуктов.

В толще красной глины найдены многие очень интересные образования, например мельчайшие правильные шарики железа, иногда с примесью никеля и кремния. В этих шариках учёные очень скоро распознали остатки метеоритов — твёрдых частиц вещества, попадающих в земную атмосферу из межпланетного пространства.

Но почему же мы не находим таких остатков на материках или в отложениях мелководных морей? Оказывается, они есть и там. Но если в илах Баренцева моря за многие годы было сделано всего две-три такие находки, то в глубоководной глине эти шарики содержатся в каждой пробе. Объясняется это вот чем.

В глубоководной глине были найдены кости и зубы рыб, вымерших ещё сотни тысячелетий назад. Однако толщина слоя, покрывающего эти остатки, ничтожна — всего 20–40 сантиметров. Следовательно, такая глина накапливалась чрезвычайно медленно, тысячелетиями. Скорость образования других отложений (на небольших глубинах) неизмеримо больше.

В центральные части океана не попадают материковые отложения Известковые частицы органического происхождения в глубинной воде растворяются^[6], глубоководная же глина не растворяется. А так как её отложения образуются с ничтожной скоростью, то и метеоритного вещества в каждой пробе мы находим больше, чем где-либо.

Не менее интересным образованием, которое встречается преимущественно в глубоководной глине, являются желваки окислов железа и марганца — так называемые «конкреции». Они имеют величину от горошины до крупной картофелины. Если разрезать конкрецию, то будет видно, что она состоит из тонких слоёв; внутри неё часто имеется небольшое ядро, обычно — из твёрдых остатков животных (рис. 8) или комка ила. Происхождение этих глубоководных конкреций ещё не вполне ясно.

Рис. 8. Глубоководная железо-марганцевая конкреция в разрезе. Ядром её является зуб акулы.

Существуют и мелководные конкреции; они образуются там, где отложение илов замедлено.

Уже первые исследователи пытались выяснить, изменяется ли состав донных отложений в толще дна и носит ли такое изменение слоистый характер. Этот интерес совершенно естественен: ведь слоистость присуща большинству древних горных пород, образовавшихся в морских бассейнах. Однако употреблявшиеся на первых порах приборы весьма примитивного устройства не давали возможности получить столбик грунта высотой более 80–90 сантиметров. Обычно такие пробы давали совершенно однородный осадок, и лишь в отдельных случаях были получены различные по составу столбики грунта.

Было установлено, что в средней части Атлантического океана в некоторых случаях глобигериновый ил оказался залегающим на глубоководной глине. Там же, ближе к берегам, глобигериновый ил залегал на иле, имеющем материковое происхождение. Наконец, в антарктических водах под слоем диатомового ила были встречены ледниково-морские отложения, представляющие собой разновидность материкового ила с примесью валунов, гальки и т. д. Такие отложения разносятся по морю айсбергами.

Эти находки показали, что в сравнительно недавнее время климатические условия океанов претерпели резкие изменения. Их можно связать только с ледниковым периодом, который закончился на земном шаре около 8000—10 000 лет назад. В этот период айсберги заходили в низкие широты (близкие к экватору) и рассеивали по океану свой твёрдый материал.

Описанная картина строения морского дна не могла, однако, удовлетворить интересы геологов. Новый исключительно интересный материал был получен лишь в последние десятилетия, благодаря изобретению новых совершенных приборов и методов исследования морского дна. Одним из таких приборов явился эхолот.

Если крикнуть в горах, то через короткое время мы услышим отзвук — эхо. Причина этого известного природного явления проста. Звук — это колебания частиц воздуха или иной среды (воды, металла и т. д.). От источника звука распространяется звуковая волна, подобная той, которую мы часто наблюдаем на поверхности воды. Если на пути звуковой волны встречается какое-либо большое препятствие, то она частично отражается им и возвращается обратно в виде эха^[7].

Звук распространяется не мгновенно, а с определённой скоростью. Для воздуха эта скорость приблизительно равна 340 метрам в секунду. Поэтому эхо будет слышно тем быстрее, чем ближе преграда, от которой отразился звук.

На использовании этих свойств и построен эхолот — прибор для измерения глубины моря по времени прохождения звуковой волны от источника звука до морского дна и обратно. Эхолот имеет длинную историю; разработать точный метод измерения глубин с помощью звука было очень трудно. Только в последние десятилетия благодаря новейшим достижениям физики этот способ нашёл практическое применение.

Первые действующие образцы эхолотов, в которых звук производился путём взрыва, удара пули о воду или удара молоточка о металлическую пластинку, были созданы в 20-х годах нашего столетия. Звук отражался от дна, а эхо улавливалось наблюдателем на борту судна с помощью специальных усилительных приборов. Однако точность такого метода была невелика, так как момент возвращения звуковой волны отмечался человеком на слух.

Этого удалось избежать, когда для излучения и улавливания звука было использовано одно интересное свойство кристаллов — так называемый пьезоэлектрический эффект. Если кристалл, например кварц, подвергнуть сжатию или растяжению, то на его гранях возникают электрические заряды. Если, наоборот, к граням кристалла присоединить металлические пластины — электроды и подключить их к электрической батарее, то кристалл немного сожмётся или, наоборот, расширится (это зависит от того, на какой грани сосредоточен положительный заряд, и на какой отрицательный). Такое явление и называется пьезоэлектрическим эффектом (пьезо по-гречески означает давить)^[8]. Если же подключить электроды к источнику переменного тока^[9], то кристалл начнёт попеременно сжиматься и растягиваться с частотой этого тока Когда частота таких колебаний лежит в области звуковых частот^[10], кристалл издаёт сильный звук. И, наоборот, если мы поместим кристалл на пути звуковых волн, то под воздействием звука он станет вибрировать, и на его электродах возбудится слабый переменный ток, который с помощью специальных приборов может быть усилен до нужной величины.

Вот как в общих чертах работает эхолот. Электроды кристалла на мгновенье подключаются к источнику переменного тока. При этом в воде, окружающей кристалл, возникает кратковременный импульс звуковых волн — своего рода всплеск. Он достигает дна и, отразившись от него, возвращается обратно к кристаллу, возбуждая в нём ответный импульс тока. Специальные электрические приборы «засекают» время посылки и время возвращения звукового импульса, а отсюда определяют и глубину моря.

Но крупные кристаллы кварца редки и дороги. Поэтому кварцевый кристалл в эхолоте заменён так называемым триплетом — набором из нескольких тонких кварцевых пластинок в стальной оправе.

Вместо кварцевых триплетов часто применяют наборы металлических пластинок из сплава железа с никелем. Такие пластинки также обладают свойством колебаться с частотой переменного тока. Но здесь это связано с особыми магнитными свойствами материалов.

Звуковая волна в воде распространяется от источника звука во все стороны. Когда дно почти горизонтально, это обстоятельство значения не имеет, но представим себе, что судно приближается к крутой наклонной скале (рис. 9). Тогда обратно к судну первым возвратится эхо от ближайшей точки дна, а уже потом добежит эхо, отражённое от дна под корпусом корабля. В таком двойном эхе будет трудно разобраться. Результат измерения глубины над наклонным дном будет всегда несколько меньше, чем в действительности. Чтобы избежать подобных ошибок, стали применять колебания более частые, чем звуковые, — ультразвуки. В современных образцах эхолотов частота колебаний составляет более 50 000 в секунду. Ультразвуковые волны можно посылать узким пучком (подобно лучу света) в нужном направлении, например, вертикально вниз.

Рис. 9. Отражение эха от наклонного дна.

Были внесены и другие усовершенствования в конструкцию эхолота. Так, например, в настоящее время распространены эхолоты-самописцы (рис. 10). Здесь через прибор медленно движется разграфлённая бумажная лента. Над этой лентой расположено специальное перо. В момент, когда прибор получает ультразвуковой импульс, перо касается ленты и оставляет на ней след. При возвращении эха перо вторично касается ленты, и на ней появляется вторая точка или короткий штрих. Скорость движения ленты строго постоянна и заранее известна, поэтому по расстоянию между метками можно судить о глубине моря.

Рис. 10. Общий вид записывающего устройства эхолота-самописца.

Остановимся на некоторых особенностях измерения морских глубин.

Скорость звука в морской воде не всегда одинакова, она зависит от её солёности и температуры. Поэтому результат измерения нужно ещё исправить в зависимости от свойств воды. Так как в океанах и морях вода неоднородна, свойства её в различных слоях неодинаковы, то для каждого района, где ведутся измерения, необходимо знать послойное изменение свойств воды, соответствующее тому времени года, когда производятся работы.

Недостатком эхолота является то, что направленная волна ультразвука не идёт точно по одной линии, а образует в пространстве как бы конус. Поэтому чем глубже море, тем от большей площадки на дне отражается ультразвук (рис. 11). Неровности дна, находящиеся в пределах этой площадки, эхолот «не замечает». Поэтому рельеф дна изучается с помощью эхолота тем детальнее, чем меньше глубина моря.

Рис. 11. Отражение ультразвуковой волны от дна на разных глубинах. Чем больше глубина, тем расплывчатее форма рельефа.

Другой недостаток эхолота состоит в том, что пользоваться им можно только при отсутствии сильной качки. Если судно сильно качает, то ультразвуковая волна эхолота будет направлена то прямо на дно, то влево или вправо, и точно измерить глубину моря не удастся.

И всё-таки эхолот в настоящее время незаменим благодаря своим достоинствам — удобству пользования и возможности быстрого измерения больших глубин, где обычный лот почти непригоден.

У эхолота есть и ещё одно очень важное для учёных и моряков свойство. Он может не только показывать глубину моря, но и определять характер дна. Скалистое дно хорошо отражает ультразвуковую волну, поэтому эхо получается резким и достаточно сильным. Если же дно покрыто мягким илом, то значительная часть энергии ультразвука поглощается, и эхо оказывается слабым, размазанным. При песчаном дне эхо имеет также иной характер. А в тех случаях, когда каменистое дно покрыто тонким слоем ила, эхо получается двойным (рис. 12).

Рис. 12. Характер эхограммы (ленты с записью эхолота) на дне сложного строения. Под толщей ила залегают коренные породы. На выступах дно обнажено, а во впадинах слой ила резко утолщается. (В морских саженях показана глубина морского дна.)

Если в самой толще воды имеются какие-либо предметы, способные отражать ультразвук, то эхолот их сразу обнаружит. Этим свойством сейчас широко пользуются при разведке косяков рыбы. Ещё два-три десятилетия назад нельзя было и мечтать о таком надёжном способе промысловой разведки.

Мы уже говорили о том, какую важную роль играет изучение грунта, покрывающего морское дно. Учёные стремятся проникнуть в толщу дна как можно глубже.

В 1905 году шведский океанограф Экман усовершенствовал трубчатый лот — удлинил трубу и снабдил её специальным приспособлением, облегчающим извлечение пробы грунта. Для устойчивости к трубке прикреплялся стержень с крыльями, похожими на оперение авиационных бомб. В таком виде прибор дожил до наших дней и употребляется на небольших судах, когда нельзя использовать более совершенные приборы.

Схема устройства трубки Экмана дана на рис. 13; А — это неподвижные грузы, число которых можно менять в зависимости от глубины дна и плотности ила; Б — груз, скользящий по трубе. При достижении прибором дна освобождается цепь, удерживающая этот груз, и он падает, толкая «храпцы» В, которые закрывают снизу отверстие трубы, препятствуя выпадению столбика ила; Г — клапан для свободного прохода воды во время падения трубки.

Рис. 13. Схема устройства грунтовой трубки Экмана.

В 1925–1927 годах немецкая экспедиция на корабле «Метеор» получила такой трубкой большое количество проб грунта в Атлантическом океане. Подобная трубка улучшенной конструкции и большей длины применялась советскими учёными (1924–1930 гг.) в Баренцевом, Белом и Карском морях. Были получены столбики грунта рекордной для того времени высоты — почти в 1,5 метра. Ещё более высоких результатов добились сотрудники гидрографического судна «1-е Мая» во время работ на Чёрном море в 1928–1929 годах. Гидрографы ещё удлинили трубку и утяжелили её. Когда такая трубка со свинцовым грузом в 400 килограммов падала на дно, то на палубе корабля стоял грохот от бешено вращающейся лебёдки, весь корпус судна содрогался. С силой врезалась трубка в грунт на глубине в две тысячи метров, а то и больше; в этот момент трос резко ослабевал.

С помощью такой трубки гидрографу В. Снежинскому удалось получить столбики грунта почти 5 метров высотой.

Подобную же трубку применяли наши учёные на Баренцевом море в 1932–1935 годах, но там она дала худшие результаты, так как под тонким слоем современных мягких илов оказались очень плотные ледниковые глины. Попав в такие глины, трубка нередко гнулась, и длина столбиков лишь немного превысила 2 метра.

В 1934 году американский учёный Пигго изобрёл новый трубчатый лот, который был назван «пушкой». Эта «пушка» действительно стреляла. Она состояла из двух отдельных частей: из стального корпуса, куда закладывался заряд пороха и капсюль, и из трубки, являвшейся своеобразным снарядом (рис. 14). Когда такой лот касается дна, происходит выстрел, и трубка с колоссальной силой врезается в грунт. Затем корпус «пушки» и трубка вытаскиваются, как обычно, с помощью лебёдки.

Рис. 14. Грунтовая трубка — «пушка» Института океанологии Академии наук.

На рис. 14 А — это собственно «пушка», в которую верхним концом вставлена труба; мотки стального троса соединяют пушку с трубой после выстрела; Б — стабилизатор.

Пигго исследовал дно Атлантического океана и получил столбики грунта высотой до 3 метров. Это был рекорд для больших глубин. Он дал много для науки.

Затем в 1944 году в Швеции были созданы Петерсоном и Кулленбергом поршневая и вакуумная трубки. Первая сравнительно проста. В ней трос крепится не за трубку, а за поршень, который вдвинут в неё до самого конца. Пока такая «закупоренная» трубка падает, вода сквозь неё не проходит. Достигнув дна, трубка врезается в грунт, а поршень остаётся на поверхности. Этим устраняется одна из главных причин, препятствующих углублению трубки в грунт, — сопротивление воды.

Такая трубка дала хорошие результаты, но ещё лучше оказалась трубка вакуумная (гидростатическая).

Советские конструкторы Н. Сысоев и Е. Кудинов применили для неё ствол от тяжёлого орудия (рис. 15). Одним своим концом ствол через специальный кран соединялся со стальной трубой, составленной из нескольких 10-метровых отрезков, другой конец пушки был закрыт наглухо. Перед спуском этого устройства в воду кран закрывается так, чтобы между трубой и стволом не было никакого сообщения.

Рис. 15. Общий вид вакуумной (гидростатической) трубки перед спуском на дно. Через блок на стреле пропущен трос, на котором висят стальной баллон и соединённая с ним трубка, частично уже погружённая в воду (исследовательское судно «Витязь» Института океанологии Академии наук СССР).

Схема вакуумной трубки показана на рис. 16. На нём А — стальной баллон около 2 метров длины; Б — труба нержавеющей стали из нескольких отрезков, общей длиной до 40 метров; В — корпус крана и Г — рычаг, поворачивающий кран в результате давления трубы, которая уперлась в дно.

Рис. 16. Схема вакуумной трубки.

Как действует такая трубка? Вспомним, почему летает ракета. В ней сгорает взрывчатое вещество. Образующиеся газы давят с равной силой на все внутренние стенки ракеты, кроме той, в которой имеется отверстие. Здесь газы не встречают сопротивления, поэтому их давление на эту сторону значительно меньше, чем на другие. Разница в давлениях носит название реактивной силы. Она и заставляет ракету лететь^[11].

А теперь вернёмся к вакуумной трубке. Внутри цилиндра давление равно атмосферному, поскольку он со всех сторон закрыт, во внешней же среде на больших глубинах, куда опускается прибор, оно чрезвычайно велико. На глубине 5000 метров давление воды составляет около 500 атмосфер, то есть около 500 килограммов на каждый квадратный сантиметр. С колоссальной силой вода давит на цилиндр сверху, снизу и с боков, причём со всех сторон давление одинаково. Если мы теперь, открыв кран, создадим сообщение между полостью цилиндра и внешней средой, то вода хлынет через кран внутрь и давление с этой стороны резко упадёт. В результате возникнет реактивная сила, направленная в сторону крана. Как раз это и происходит, когда вакуумная трубка достигает грунта.

Когда труба входит в ил, цилиндр начинает давить на неё своим весом и автоматически поворачивает кран, соединяющий трубу с баллоном. Расчётами установлено, что возникающий при этом удар достигает 60 тонн! Практика показывает, что 40-метровая трубка, если она не попала на камень и отвесно опустилась на дно, входит в толщу ила больше чем на 30 метров. Рекордный столб грунта достиг 34 метров высоты!

С помощью вакуумной трубки были получены очень интересные результаты: оказывается, Чёрное море совсем недавно было пресным! Иловая вода, выжатая из нижней части тридцатиметрового столба грунта, имеет совсем ничтожную солёность — всего 3 грамма соли на литр.

Геологи уже давно предполагали, что Чёрное море одно время резко опреснялось, но когда это было? Теперь мы видим перед собой эту законсервированную на дне опреснённую воду и можем измерить её солёность. Подсчитав годичные слои в извлечённых пробах, учёные установили, что «возраст» этой воды — всего 5000 лет. Таким образом, Чёрное море было почти пресным, когда в Египте строились пирамиды! Вот какие существенные геологические изменения произошли на глазах человека.

У вакуумной трубки есть и недостатки. Она может работать только на больших глубинах, не менее 1000 метров, где давление воды достаточно велико. А как же получить пробу грунта на материковой платформе, как пробить песчаные слои и углубиться в древние морские или наземные отложения? Здесь иногда применимы обычные трубки.

Однако лучшие результаты даёт взрывная трубка — пушка конструкции А. Симонова. При испытании на суше «снаряд» этой пушки (стальная труба диаметром в 5 сантиметров) вошёл в слой битого кирпича на 80 сантиметров. Когда же её испытывали на море, она наделала много хлопот. Вот что рассказывают очевидцы.

…Тяжёлая махина со взведённым бойком, вся обвешанная тросами, раскачивается за бортом. Вот уже выдернут предохранитель, и пушка медленно опускается на дно. Раздаётся оглушительный гул, корпус корабля содрогается, трос взлетает вверх и соскакивает с блока. Затем следует мощный рывок, и трос лопается. Оборвавшуюся пушку так и не удалось найти. Что же случилось?

По-видимому, вследствие отдачи пушка подскочила вверх, а потом упала. Трос не мог смягчить удар, так как соскочил с блока.

Пришлось повторять испытания со вторым экземпляром пушки. На этот раз трос всё время натягивался специальным грузом, чтобы не допустить его ослабления в момент выстрела.

…Снова глухой взрыв, но на этот раз трос даже не дрогнул. После того как труба была вытащена, оказалось, что столб грунта в ней равен всего двум с половиной метрам. Но что это был за столб! Вверху песок, ниже мощный слой ракушки со щебнем, потом снова песок и в самом низу бурая глина материкового происхождения. Значит, на этой глубине недавно была суша. Вот какой важный научный вывод сразу же дали испытания взрывного метода.

Описать в нашей книжке всю аппаратуру, с которой работает морской геолог, невозможно, да и не нужно. Каждый год создаются всё новые приборы. А новая техника рождает новые методы исследования, благодаря которым всё более полными и достоверными становятся и картина строения морского дна и те выводы, которые делают на этом основании геологи.

Познакомимся теперь с результатами новейших исследований морского дна, с самым интересным, что удалось обнаружить там геологам.

Вдоль берегов всех океанов и многих глубоководных морей, в любых широтах, от полюса до экватора тянется плоская мелководная платформа. Общая протяжённость этой платформы измеряется сотнями тысяч километров. Различна её ширина, различна глубина, на которой она обрывается и дно резко уходит вниз в пучину океана, различен грунт (местами ил, местами песок, местами обнажённая скала), различен, наконец, и рельеф, то исключительно ровный, то изборождённый желобами.

Материковая платформа составляет как бы одно целое с теми низменностями на побережье суши, которые граничат с океаном. Существование этой платформы говорит о том, что в развитии земной коры как на суше, так и на море есть какие-то очень важные общие закономерности. Какие же?

Первым, кто поставил себе задачу изучить происхождение и строение материковой платформы, был норвежский учёный, знаменитый полярный исследователь Фритьоф Нансен, один из создателей современной океанографии, науки об океанах и морях. Изучив материковые отмели — в Северном Ледовитом океане, где отмель особенно широка, а затем вдоль северо-западных берегов Европы, где материковая отмель была наиболее детально промерена, — Нансен вывел заключение о том, какие процессы могли привести к образованию платформы на морском дне.

Каковы же эти процессы и насколько правильны взгляды Ф. Нансена?

Первый процесс — разрушение морем его берегов; этот процесс называется абразией. Попадая на мелководье, морские волны возбуждают сильнейшие придонные движения воды, а у самого берега образуют прибой. Удары штормовой волны о прибрежные утёсы достигают колоссальной силы: до 60 тонн на квадратный метр! Нужно ещё заметить, что перед береговыми обрывами обычно лежат обломки камней в виде гальки и валунов. Волна подхватывает их и словно тараном ударяет ими об утёсы. В результате береговые породы постепенно разрушаются, и обрыв отступает. Скорость этого процесса, однако, невелика и зависит от состава пород. Кристаллические породы (например, гранит) иногда за столетия не дают заметных изменений. Обычные осадочные породы (такие, как известняки, песчаники, сланцы) отступают со скоростью в несколько сантиметров в год. Только очень рыхлые породы (глина, пески) разрушаются в настоящее время сравнительно быстро — до метра в год.

По мере того как обрыв отступает, остаётся плоская, слегка наклонная поверхность материковой платформы (рис. 17). На дне волны также дробят и истирают породу, перекатывая по ней валуны и более мелкие наносы, но процесс этот идёт несравненно медленнее. Постепенно море у берега всё более мелеет. Волны ударяют о берег всё слабее, поскольку их энергия растрачивается теперь на трение о пологое прибрежное дно.

Рис. 17. Профиль края материка, срезаемого морем в процессе абразии. А — полоса материковой отмели, лежащая на месте срезанной суши; точками показаны материковые отложения, покрывающие подводный откос материка.

Кроме того, волны несут с собой массу наносов, которые, скапливаясь у берега, образуют низменную полосу и препятствуют его разрушению. Поэтому, если уровень моря не меняется, разрушение береговых пород с течением времени замедляется. Нансен считал, что абразия может разрушить достаточно широкую полосу суши только в том случае, когда уровень моря повышается. Но в его время этот вывод ещё не был подкреплён точными фактами.

В настоящее время советские учёные детально изучили работу волн и подтвердили правильность объяснения, данного процессу абразии Нансеном.

Но абразия — это лишь одна из нескольких причин образования шельфа. Вторая причина носит название морской аккумуляции (это слово означает накопление). Реки выносят в море большие массы щебня, песка и мельчайших минеральных частиц, образующих морской ил. Известно, что в устьях крупных рек иногда возникают дельты — плоские илисто-песчаные равнины, которые выдвигаются в море со скоростью, достигающей десятки метров в год. Дельта имеет и свою подводную часть, напоминающую шельф в миниатюре, но очень мелководную (рис. 18). Эта часть иногда выступает в море на несколько километров и заканчивается крутым склоном, падающим уже на середину шельфа. Иногда она сливается с его краем и доходит до материкового склона (таковы, например, дельты Миссисипи и Нила). Исследования этих подводных отмелей показали, что они целиком сложены речными отложениями.

Рис. 18. Профиль, показывающий внутреннее строение речной дельты. Пологая прибрежная равнина является здесь поверхностью аккумуляции.

У небольших рек волны и морские течения не дают возможности строить дельты. Весь выносимый материал — щебень, песок и т. д. — разносится здесь вдоль берега и образует ровную поверхность дна, которая медленно выдвигается в сторону океана. Такой процесс и называется морской аккумуляцией.

Третья причина образования материковой платформы — это процессы вертикальных движений отдельных участков земной коры. В очень многих местах посредине шельфа и даже на его краю были встречены россыпи валунов, которые не могут выносить равнинные реки. Затем были найдены и выходы оголённых коренных пород без всяких наносов.

Нансен связал это со сбросами, которые, по его мнению, ограничивают все материки. Сбросом называется смещение пластов земной коры в результате её разломов, когда один участок опускается относительно смежного. Величина такого смещения бывает различна: от немногих метров до километра и более! Иногда несколько сбросов, находящихся близко друг от друга, образуют своеобразную лестницу — ступенчатый сброс (рис. 19). Сбросовый характер имеет, например, часть шельфа у берега Норвегии. Здесь можно видеть целую серию сбросов, находящихся частично над водой, а частично под водой в виде резких уступов (рис. 20). Громадный сброс обнаружен и у нас на Мурманском побережье Баренцева моря.

Рис. 19. Ступенчатый сброс, опустивший поверхность земной коры по нескольким плоскостям разлома.

Рис. 20. Участок сбросового шельфа вдоль берега Норвегии (по карте норвежского исследователя О. Хольтедаля). Здесь целая серия перекрещивающихся сбросов расколола поверхность земной коры на ряд призм, опущенных на разную глубину. Некоторые из призм увенчаны островами.

А вот и ещё одна причина образования шельфа (её сейчас считают наиболее важной). Очень многие шельфы в своём рельефе и строении сохранили черты, показывающие, что морское дно тут сравнительно недавно было сушей. Даже в те времена, когда было сделано ещё сравнительно мало промеров, Нансен сумел в деталях рельефа Баренцева моря разглядеть следы древней речной сети. На дне моря найдены, например, продолжения рек Печоры, Северной Двины и некоторых других (рис. 21).

Рис. 21. Карта Ф. Нансена, изображающая древнюю сушу на дне Баренцева моря.

Советский учёный акад. А. Д. Архангельский обнаружил в северо-западной части Чёрного моря под слоем морских песков и ракушечников древние речные отложения в виде торфа с остатками камышей и речных животных. Это — отложения древней дельты Днепра, которые залегают сейчас в десятках километров от берега, на глубине больше 25 метров.

В море Лаптевых и Восточно-Сибирском море были найдены подводные продолжения рек Хатанги, Оленека, Лены, Яны, уходящие далеко в сторону впадины Ледовитого океана.

Советский учёный Г. Линдберг, изучая видовой состав пресноводных рыб в реках Советского Дальнего Востока и Японии, подметил одно интересное явление. Оказалось, что в некоторых реках, устья которых теперь разделены морскими проливами или даже целыми морями, водятся одни и те же рыбы, в то время как в видовом составе рыб других рек, устья которых находятся относительно близко друг от друга, имеются различия. Продолжив мысленно устья рек в сторону моря, Линдберг увидел, что одни реки как бы объединяются в нём, а другие разделены большими расстояниями. Такое сопоставление позволило ему воссоздать древнюю географию той области Земли, которая ныне лежит на дне моря.

Ещё удивительнее пример древних речных долин Зондского архипелага^[12] (Индонезия). В затопленных руслах здесь сохранились наносы, содержащие в себе очень ценную оловянную руду. Разработки олова ведутся в этом районе издавна, и так как на суше месторождения уже значительно истощены, оказалось выгодным добывать и перерабатывать оловосодержащие пески с морского дна. Нет ни малейшего сомнения в том, что речные русла здесь действительно уходят на морское дно,

А вот ещё несколько интересных фактов. Посредине Северного моря расположен хорошо известный район рыбной ловли — Доггер-Банка с глубинами около 30 метров. Здесь в рыбачьи тралы неоднократно попадали древние наземные отложения, содержащие кости ископаемых животных (мамонта, носорога) и даже изделия человека каменного века. В южной части Балтийского моря также имеется ряд мелководных отмелей, с которых тралами вытаскивали большие куски торфа и даже сучья и пни деревьев.

Дно в этом месте обследовали водолазы. Они нашли на нём целый подводный лес. Конечно, стволы давно погибли, но из глинисто-торфяной почвы торчат многочисленные пни.

В других местах, в частности у нас в Баренцевом море и по окраинам Атлантического океана, на откосах дна были обнаружены ровные узкие площадки, которые тянутся на десятки километров. Эти площадки ограничены крутыми уступами.

Целый ряд фактов позволил установить, что такие площадки являются древними береговыми образованиями. На них обнаружены россыпи окатанных прибоем камней.

Все эти примеры показывают, что море лишь сравнительно недавно затопило широкую полосу низменной суши чуть ли не по всем окраинам материков. Не является ли материковая платформа результатом этого? Нансен считал этот процесс одной из основных причин, приведших к образованию шельфа.

Материал, накопленный за последние десятилетия, подтвердил предположения Нансена о том, что материковая платформа представляет собой зону перехода от океана к материкам и что она возникла в результате целого ряда упомянутых выше процессов. Но современный свой облик платформа получила в основном именно вследствие наступления моря на сушу.

Уровень океана поднялся на десятки метров в результате таяния огромных масс льда, которое продолжалось около двадцати тысяч лет. Чтобы дать представление о масштабе этого процесса, укажем, что по подсчётам ряда учёных ледниковый покров Гренландии, растаяв, может повысить уровень океана на 8 метров, а ледники Антарктики — на целых 43 метра!

Вы познакомились с рельефом и составом донных отложений материковой платформы. Но это — только ступень, облегчающая нам знакомство с более глубокими и удалёнными от материков областями дна.

Наиболее полные данные о строении материкового склона были получены советскими учёными на Чёрном море. В 1927 году в Крыму произошло землетрясение. Удары пришли из моря, где дно круто опускается. Моряки-гидрографы^[13] исследовали это место. В течение двух лет они тщательно промеряли глубины и собирали пробы отложений.

А. Д. Архангельский, изучая эти материалы, обратил внимание на то, что материковый склон у южного берега Крыма имеет ступенчатое строение. На глубине в несколько сотен метров были обнаружены уступы, иногда наклонённые в сторону суши (рис. 22). По своему расположению эти уступы напоминают ступенчатый сброс, характерный для суши и для мелководья. Может быть, и здесь когда-то была суша?

Рис. 22. Ступени, наклонённые в сторону суши, на материковом склоне Чёрного моря.

Воды Чёрного моря, начиная с глубин около 200 метров, содержат сероводород. В этой застойной воде, лишённой кислорода, могут существовать только одни бактерии. Однако на уступах пробы донных отложений до глубин 800 метров состояли из тонкого глинистого песка с ракушками.

По видам этих ракушек удалось определить, что возраст отложений — несколько десятков тысячелетий. Однако отложения более глубоких частей моря показывают, что в этот период море, как и сейчас, было заражено сероводородом. Следовательно, ракушки жили на мелководье вблизи берега и лишь впоследствии были перемещены на большую глубину в результате сбросов.

В других пробах, взятых на тех же глубинах, были обнаружены отложения прибрежного гравия и даже гальки. Всё это подтверждает правильность сделанной догадки.

Далее выяснились ещё более интересные вещи. В некоторых пробах грунта, полученных на самых крутых частях материкового склона, последовательность слоёв оказалась необычной. Отдельные слои грунта сползли вниз по склону и по пути смялись, перемешались. Подобные оползни происходят на глинистых берегах рек весной и в дождливую погоду. Но на морском дне такие явления были установлены акад. Архангельским впервые.

Как же происходит процесс оползания? Слои ила по мере накопления делаются всё толще и тяжелее. Наконец, вес их становится настолько большим, что масса ила преодолевает трение, существующее между слоями, и приходит в движение.

Оползание может происходить без видимой причины, но чаще всего оно начинается под влиянием землетрясений. В Чёрном море илы очень «жирные»^[14]. Они могут начать ползти при уклонах всего в 2 градуса. Более же плотные и «тощие» илы удерживаются иногда и на очень крутых склонах (до 10 градусов), как это было недавно установлено в морях Зондского архипелага.

Таким образом, было установлено, что материковый склон Чёрного моря по крайней мере частично представляет собой серию ступенчатых сбросов. В результате этих сбросов участки шельфа сравнительно недавно опустились на многие сотни метров.

Наибольшее количество очагов землетрясений, охватывающих побережья всех морей и океанов, приходится, как правило, на область материкового склона, что ещё раз подтверждает сделанный вывод. Часто при этом происходят резкие движения морского дна. Например, во время землетрясения 1931 года в районе Нью-Фаундленда (Северная Америка) мгновенно прервалась связь по телеграфным кабелям, проложенным на дне моря. Когда кабели были подняты для исправления, то оказалось, что все они порваны по линии материкового склона.

Таких фактов к настоящему времени накоплено очень много, и почти все геологи, изучавшие этот вопрос, единодушно считают, что материковый склон играет важную роль в развитии земной коры. По линии материкового склона произошли грандиозные сбросы, которые и придали современный облик океанам и материкам.

Что представляет собой поверхность материкового склона? С помощью эхолотов на нём обнаруживаются более или менее резко выраженные неровности. Можно сказать, что склон имеет «глыбовое» строение. Однако в тех местах, где с материка сносится большое количество ила, склон бывает относительно ровным. Это объясняется тем, что ил, покрывая неровности, сглаживает их иногда настолько, что делает склон пологим. Такое строение имеют материковые склоны, расположенные против устьев крупных рек, например, Амазонки, Миссисипи, Дуная.

Но в большинстве мест отложения ила невелики, а склон омывается сильными морскими течениями. Здесь грунтовые трубки-снаряды приносят со дна камни, иногда с песком. Случается, что грунт вовсе не попадает в приборы, и на палубу поднимают только животных, которые живут, прикрепившись к скалам (актинии, гидроиды, мшанки и др.).

В конце 60-х годов прошлого века русские моряки-гидрографы вели промеры глубин вдоль Кавказского берега Чёрного моря. Здесь требовалось провести телеграфный кабель на глубинах в несколько сот метров, так, чтобы его не могли повредить ни бури, ни течения. Тогда господствовало убеждение, что материковый склон является как бы ровной «осыпью», образованной отложениями. Однако промеры показали резкие скачки глубин. На дне оказались своеобразные долины и гребни, напоминающие рельеф Кавказских гор. Эти наблюдения были опубликованы в «Морском сборнике» (1869 г.), но в своё время не привлекли внимания, так как науки о рельефе морского дна тогда ещё не существовало.

В начале XX века подобная картина была обнаружена в Атлантическом океане, против устья р. Конго, а также на материковых склонах у Британских островов и Северной Америки. Эти открытия также были сделаны при прокладке телеграфных кабелей.

Начиная с 30-х годов нашего столетия, когда широкое применение получил эхолот, стали появляться всё новые и новые сведения об открытии в разных местах земного шара громадных «оврагов», идущих поперёк материкового склона на две и более тысячи метров глубины (рис. 23). Так как эти «овраги» похожи иногда на ущелья суши (рис. 24), которые в Америке называются каньонами, их стали называть «подводными каньонами».

Рис. 23. Пологий подводный каньон, идущий от устья р. Ингур в восточной части Чёрного моря.

Рис. 24. Сравнительные поперечные профили подводного каньона Монтерей у берегов Калифорнии (вверху) и большого каньона реки Колорадо (внизу) (вертикальный масштаб на этом рисунке в пять раз больше горизонтального).

Появились различные теории, пытающиеся объяснить это непонятное явление. По мнению одних, подводные каньоны возникают в результате действия так называемых артезианских вод, которые вырываются под напором из трещин морского дна. Эти воды якобы растворяют окружающие породы, образуя на дне «овраги». Другие считали, что каньоны промыты особыми «плотностными» течениями. Известно, что мутная вода немного тяжелее чистой. В устьях рек, впадающих в большие пресные озёра, можно наблюдать, как мутные паводковые воды быстро стекают по склону в глубину. При этом они иногда промывают в иле углубления в виде желобов. Может быть, именно так образуются и подводные каньоны. Третьи считали, что каньоны — это затопленные долины рек.

Какая же из этих теорий правильна? Это можно выяснить только путем детальных исследований. Ясно, однако, что вопрос о происхождении каньонов нельзя решать, основываясь на каком-либо одном факте, как поступали авторы перечисленных выше теорий.

Чтобы узнать, каково строение подводных каньонов, были применены самые различные методы. Во-первых, детальный промер. Эхолот не всегда даёт точную картину рельефа подводных каньонов, так как склоны их бывают очень крутыми, настолько, что отражение не только звуковых, но и ультразвуковых волн сильно искажается. Здесь пришлось вернуться к проволочному лоту.

Многие каньоны действительно напоминают долины горных рек. Крутизна склонов каньонов нередко достигает 20–30 градусов (рис. 25). Есть и ещё более крутые участки вплоть до отвесных. Никакие рыхлые отложения на этих склонах не держатся. Поэтому они сложены коренными породами.

Рис. 25. Крутосклонный подводный каньон Кап-Бретон в Бискайском заливе (Франция).

Чтобы получить образцы этих пород, были сконструированы особые приспособления, которые буквально отдирали от скал непрочно держащиеся куски. Выяснилось, что в некоторых каньонах стены сложены кристаллическими породами, такими, как базальты или граниты.

Но какая же река сможет за короткий период «пропилить» столь глубокую долину в таких прочных породах? Ясно, что каньоны — это вовсе не русла затопленных рек, как считали некоторые. Попытались изучить состав отложений дна каньонов, но в них под поверхностными илами залегает мощная толща отложений, которую пробить пока не удалось.

Наконец, был спущен в каньон и водолаз с фотоаппаратом. Он проник до глубины почти в 100 метров и заснял отвесные стены и россыпи камней.

Удалось установить, что в каньонах часто происходят оползни. Илы и пески довольно быстро скапливаются в верхней части каньона, а затем под влиянием сильного шторма или землетрясения вся эта масса оползает вниз по крутому дну. Поэтому глубина вершины каньона время от времени резко изменяется. Такие явления были известны ещё в конце прошлого века у нас на Чёрном море.

Каньоны существуют вдоль берегов самого различного строения; часто они являются продолжением речных устьев. Характерно также, что они встречаются обычно группами (рис. 26). Известны только отдельные случаи единичных подводных каньонов. В этом отношении они напоминают фиорды — глубокие ущелья в береговой зоне, которые образуют узкие и длинные бухты Норвегии, Чили, Новой Зеландии, Чукотки и многих других мест.

Рис. 26. Группа подводных каньонов у берегов Калифорнии. В центре — каньон Монтерей, профиль которого изображён на рис. 24.

Наиболее замечателен твёрдо установленный факт геологической молодости каньонов. Интересно сходство многих каньонов с горными долинами — и по очертаниям, и по профилю, и по продольным уклонам. Не все каньоны связаны с долинами суши. Есть каньоны, которые своими вершинами упираются в берег, имеющий характер высокого нерасчленённого плато, или в горные цепи, идущие параллельно берегу.

Надо внимательно разобраться во всех этих фактах.

Есть ещё одна теория происхождения каньонов. Сторонники её считают, что каньоны представляют собой глубокие разрывы земной коры на материковом склоне, образовавшиеся при неравномерных вертикальных движениях. Такие тектонические разрывы известны во многих местах на суше, но характер их несколько иной, чем у подводных каньонов.

Великий русский учёный М. В. Ломоносов ещё в середине XVIII века, не зная о существовании подводных каньонов, писал о возможном образовании тектонических разрывов на морском дне:

На суше большинство углублений, образовавшихся в местах тектонических разрывов, заполняется продуктами сноса с окрестных возвышенных мест. Часто эти разрывы становятся долинами рек, иногда в них образуются озёрные впадины. Подобное происхождение имеют такие озёра, как Байкал и целый ряд глубоких озёр вытянутой формы в Африке.

Выветривание склонов всегда уменьшает их крутизну и сглаживает острые, выступающие части. Совсем иные условия господствуют на дне моря. Там нет ни рек, ни ледников, а разрушение коренных пород протекает крайне медленно. Впадины заполняются илом, частицы которого равномерным «дождём» падают на всю поверхность морского дна, но при этом отложение их происходит совершенно различно в зависимости от того, как расположены трещины. Если трещины идут вдоль склона или лежат на ровной поверхности материковой платформы, то ил и песок заполняют их доверху и совершенно сглаживают. Если же зияющая трещина разрыва идёт поперёк склона (то есть вниз по склону) и, следовательно, дно её имеет значительный уклон, то ил не может в ней задерживаться. Мы уже говорили о том, что уклон в два градуса достаточен для оползания «жирных» илов Чёрного моря. А в большинстве каньонов продольные уклоны ложа составляют четыре — восемь градусов. Значит, сколько ни попадает туда ила, он будет постепенно сползать вниз, а каньон так и останется зияющей трещиной. На суше этого не происходит, потому что продукты выветривания пород накапливаются здесь на уклонах в десять и даже больше градусов.

Из геологической практики известно, что трещины разрыва никогда не идут в одном направлении. Они располагаются веерами или перекрещиваются в самых различных направлениях. Если такая решётка образуется на морском дне, то все трещины, кроме тех, которые идут вниз по склону, будут быстро заровнены, а трещины, идущие вниз, сохранятся. Не таково ли и происхождение подводных каньонов? Пока мы ещё не можем ответить на такой вопрос. Но недалёк день, когда наука даст исчерпывающее объяснение тому, как образуются подводные каньоны.

Как устроено дно вдали от материков? Может быть, эта труднодоступная область интересна только океанографам? Нет, и здесь решаются важнейшие задачи геологии, имеющие отношение к строению и развитию земной коры. В тысячах километров от суши особенно интересно получить пробу ила, измерить величину силы тяжести, исследовать рельеф дна.

Интерес к изучению дна открытого океана повысился особенно после того, как было установлено, что скорость распространения упругих волн землетрясений различна под материками и под океанами. Скажем, произошло землетрясение на Памире. От места его возникновения во все стороны в земной коре побежали упругие волны, подобные тем, которые появляются в воде, если в неё бросить камень. Во Владивостоке особые чувствительные приборы через несколько минут запишут на ленте лёгкое дрожание. Но вот произошло землетрясение на Гавайских островах. Расстояние от Владивостока до Гавайских островов — примерно то же самое, что и до Памира, а волны пробегают его значительно скорее. В чём здесь дело?

Известно, что скорость распространения упругих волн тем больше, чем плотнее и тяжелее среда, в которой они распространяются. Значит, дно океана сложено иными породами, чем материк? Но этот вывод нужно ещё проверить.

В земной коре встречаются два основных типа кристаллических пород. Один из них — относительно лёгкие породы со средним удельным весом 2,7, примером которых служат граниты. Другой — более тяжёлые породы, богатые окислами железа и магния (удельный вес — около 3,1); к ним относятся базальт, габбро и др.

На всём громадном пространстве центральной и восточной частей Тихого океана ни на островах, ни на дне не было обнаружено лёгких пород. Может быть, там их вообще нет? Нужно было найти способ, дающий исчерпывающий ответ на этот вопрос. Таким способом оказалось определение силы тяжести.

Знаете ли вы, что килограммовая гиря не везде весит килограмм? Точные пружинные весы покажут различие (правда, выражается оно в миллиграммах) в её весе на экваторе и у полюсов, на равнине и в горах. Дело в том, что тела притягиваются к центру Земли тем сильнее, чем они к нему ближе. А ведь земной шар несколько сплюснут. Поэтому полюсы на 20 километров ближе к центру Земли, чем экватор, и сила тяжести там больше. Если же подняться с гирей на вершину высокой горы, то окажется, что там сила тяжести меньше. Во-первых, мы отдалимся от центра Земли, а во-вторых, горы сложены из более лёгких пород, обладающих сравнительно слабым притяжением.

Как же измерить силу тяжести?

Обычно это делают с помощью маятника. Если толкнуть маятник, то он начнёт качаться. Частота качаний (число колебаний маятника в секунду) не зависит от силы толчка, она определяется только длиной маятника и силой тяжести. Чем длиннее маятник и чем меньше сила тяжести, тем ниже частота колебаний, то есть тем медленнее они происходят.

Но в разных местах сила тяжести будет несколько различна. Поэтому один и тот же маятник на экваторе будет колебаться медленнее, а на полюсах быстрее. Значит, измеряя частоту колебаний маятника, можно судить и об изменениях силы тяжести.

Казалось бы, многокилометровая толща вод океана должна ослаблять силу тяжести на корабле, поскольку удельный вес воды значительно меньше веса пород, образующих земную кору. Но, к удивлению учёных, такое различие уловить не удалось. Сила тяжести в океане оказалась в среднем такой же, как и на материках. А это значит, что под дном океана лежат более тяжёлые породы, чем на поверхности материков. Эти породы усиливают притяжение Земли как раз настолько, насколько оно ослабляется водяной толщей.

Таким образом, стало ясно, что материки представляют собой громадные скопления относительно лёгких пород, которые пластами толщиной в 70–80 километров покоятся на более тяжёлом основании из базальта (рис. 27). А в Тихом океане и восточной части Индийского океана лёгких пород совсем нет, и базальтовое основание покрыто там лишь сравнительно тонким слоем рыхлых илов.

Рис. 27. Схема, показывающая, что толщина слоя лёгких материковых пород под материками и океанами различна.

В Атлантическом океане и западной части Индийского океана лёгкие породы имеются, но их слой значительно тоньше, чем на материках, он составляет всего 10–30 километров.

Теперь возникает новый вопрос. Мы знаем, что отдельные участки материков испытывают вертикальные движения, местами слои пород сминаются в складки, образуются горные хребты. Так ли обстоит дело на дне океанов, где слой лёгких пород тонок или его вовсе нет? Могут ли там совершаться подобные движения, образовываться горы и т. д.?

Другими словами, как связано развитие морского дна с геологической жизнью материков? Были ли океанские впадины всегда на том же месте и такой же формы, как и сейчас, или они могут изменяться? Чтобы разобраться в этом сложном вопросе, нам придётся познакомиться ещё с некоторыми особенностями строения морского дна.

Знаменитый русский мореплаватель Ф. Беллинсгаузен во время своего кругосветного плавания в 1819–1821 годах обратил внимание на необычные формы коралловых островов и впервые пытался объяснить их происхождение. Кораллы — это мелкие морские животные, имеющие прочный известковый скелет в виде веточек, сростков, шаров и т. д. Многие поколения кораллов, поселяясь на отмерших скелетах своих предков, с течением времени образуют массивные сооружения из известняка, которые выдерживают удары океанских волн. Кораллы живут только в тёплой чистой воде тропиков на глубинах до 40–50 метров.

Поселяясь вдоль берегов материка или островов, они создают так называемый «окаймляющий риф» — подводную террасу, которая круто обрывается на морское дно. Иногда полоса коралловых рифов уходит далеко в море; это — так называемый «барьерный риф». Он может тянуться на тысячи километров или образовать кольцо вокруг островов открытого океана. Ещё удивительнее так называемые «атоллы». Атолл — это кольцо кораллового рифа, в середине которого нет никакого острова. Дно снаружи атолла резко падает на тысячеметровые глубины. Карта одного из коралловых атоллов схематически изображена на рис. 28.

Рис. 28. Карта одного из атоллов в Тихом океане и окружающих его глубин.

Глубина между барьерным рифом и берегом или внутри кольца атоллов не бывает особенно большой, но всё же превышает ту, на которой могут жить кораллы. Дно в этих лагунах бывает совершенно плоским.

Ф. Беллинсгаузен подметил, что условия питания «коралловых червей» являются наилучшими на внешнем краю рифа, который постоянно омывается свежей водой. Тут они всего быстрее растут. Отсюда он заключил, что на внутренней стороне рифа кораллы могут отмирать, а их постройки должны постепенно разрушаться и растворяться морской водой. Таким образом, окаймляющий риф, достигнув известной ширины, может расти только с внешней стороны, а на внутренней его части образуется лагуна. Таким же образом возникают и атоллы, если кораллы первично поселяются на вершине подводной возвышенности или, как её называют моряки, «банки».

Процессы, описанные Ф. Беллинсгаузеном, действительно происходят в природе. Его выводы были правильны, но ещё недостаточны для того, чтобы объяснить основную причину образования барьерных рифов и атоллов. Её удалось найти великому английскому учёному Ч. Дарвину. Оказывается, этой причиной служат процессы опускания земной коры.

На рис. 29 изображён в разрезе остров, вдоль которого поселились кораллы и образовали окаймляющий риф. Но потом остров начал опускаться. Тем временем риф нарастал кверху, быстрее всего на своей внешней стороне. Между ним и берегом образовывалась кольцевая лагуна. Постепенно весь остров исчез под водами океана, а коралловые постройки сохранились и образовали атолл.

Рис. 29. Схема образования барьерных рифов и атоллов по Ч. Дарвину. Вверху — вокруг острова образовался окаймляющий риф. В середине — уровень моря поднялся, и между барьерным рифом и островом возникла лагуна. Внизу — при дальнейшем повышении уровня остров погрузился и затонул. Коралловые постройки остались в виде кольца атолла.

Как проверить теорию Дарвина? Самое простое — это установить бурением, какова толщина слоя кораллового известняка у атоллов. Такие бурения производились несколько раз, начиная с конца прошлого столетия. Бурили атолл Фуна-Фути в Тихом океане, Бермудские острова в Атлантике и приобретший мрачную известность атолл Бикини, где испытывались американские атомные бомбы. Во всех случаях результат бурения был одинаков — толщина слоя коралловых масс превышает несколько сотен метров. Если мы вспомним, что глубже 50 метров кораллы не живут, то факт опускания островов и правильность теории Дарвина станут бесспорными.

Впоследствии в Индийском и Тихом океанах были открыты погружённые атоллы, плоское дно которых вместе с самим рифом погружено на много сотен метров.

Наконец, последние десятилетия принесли ещё одно удивительное открытие. Оказалось, что на дне Тихого океана, особенно в области Каролинских островов, весьма широко распространены под водные горы с плоскими, точно срезанными ножом горизонтальными вершинами, лежащими на глубинах иногда более 2 километров (рис. 30).

Рис. 30. Подводные плосковершинные банки в районе Каролинских островов Тихого океана.

Некоторые зарубежные учёные считают, что такое явление — результат морской абразии. Но это не так. Абразия даёт обязательно наклонный срез, а горизонтальными могут быть только вершины коралловых сооружении. Значит, эти горы — результат грандиозных опусканий океанского дна.

Совсем иные находки были сделаны на островах Зондского архипелага — Яве, Тиморе, Флорес и др. Здесь нет барьерных рифов, но коралловые постройки в несколько ярусов поднимаются по склонам гор на высоту до 1500 метров. Так могло получиться только в результате поднятий океанского дна!

Следовательно, дно океана в процессе своего развития может не только опускаться, но и подниматься и в этом отношении ничем не отличается от поверхности материков.

На картах океанского дна среди бескрайных подводных равнин, лежащих на глубинах в 3–5 тысяч метров, невольно бросаются в глаза узкие подводные хребты и глубочайшие желоба. О них стоит поговорить подробнее.

Лучше всего изучен хребет, который проходит посредине Атлантического океана (рис. 31).

Рис. 31. Рельеф дна южной части Атлантического океана.

Сравнивая профили Атлантического хребта и Альп (рис. 32), мы видим, что это действительно грандиозное горное сооружение, состоящее не из одного, а из целого ряда хребтов, разделённых узкими продольными понижениями.

Рис. 32. Поперечный профиль дна южной части Атлантического океана. Справа в том же масштабе изображены Альпийские горы

Углы склонов отдельных гряд Атлантического хребта достигают 6—10 градусов. Такими же были бы и склоны наземных горных цепей, если бы не размывающее действие текучих вод.

В состав хребта несомненно входят сбросовые котловины. В этом отношении характерна небольшая впадина Романш с глубинами более 7 километров.

На хребте происходят вулканические извержения и землетрясения: из вулканических пород сложены острова, увенчивающие хребет (Азорские, Вознесения, Тристан-Де-Кунья и др.), и громадное плато Исландия, которым хребет начинается на севере.

Исследования показали, что Атлантический хребет и окружающие пространства дна состоят из лёгких пород. Этот хребет представляет собой «складку» земной коры. Процесс её образования сопровождался теми же явлениями, какие происходили и на суше, — вулканизмом, сбросами и землетрясениями.

Рельеф и донные покровы хребта имеют большой интерес и для океанологов. Вместе с рядом боковых ответвлений Атлантический хребет создаёт в океане ряд полуизолированных бассейнов. Обмен глубинными водами между ними весьма затруднён. Поэтому в них обитают совершенно различные виды рыб. Поскольку хребет вздымается на пути глубинных течений (преимущественно приливо-отливных), тонкий ил частично смывается с его поверхности и вместо него здесь залегают илистые пески, состоящие преимущественно из скорлупок морских животных. Скорость отложения таких песков очень мала.

Грунтовыми трубками удалось пробить несколько слоев различного состава. Их изучение подтвердило правильность современных взглядов на историю земной коры.

В океане подобных хребтов довольно много. Очень ярко выражены хребты в западной части Индийского океана. Советскими учёными П. Безруковым, Г. Удинцевым и др. недавно открыт и изучен Олюторский хребет в Беринговом море и северное продолжение Гавайского хребта, которое тянется почти до самой Камчатки.

В Северном Ледовитом океане советскими полярниками обнаружен громадный хребет, который тянется через весь полярный бассейн — от Северной Земли до Гренландии. Этому хребту присвоено имя М. В. Ломоносова, положившего много труда на изучение полярных стран.

Не менее интересны и узкие глубоководные (более 6–7 тысяч метров) желоба, которые почти сплошным кольцом окаймляют Тихий океан, а в нескольких местах заходят в Атлантический и Индийский. На рис. 33 вы видите, что этими желобами часто окаймлены архипелаги островов и берега, образованные горными цепями. Материковый или островной склон уходит здесь иногда на глубины почти в одиннадцать километров. Затем следуют плоское «днище» жёлоба всего в несколько километров шириной и новый подъём уже в сторону ровного океанского дна, лежащего обычно на уровне 4–5 километров (рис. 34). На суше нет ничего подобного этим грандиозным углублениям океанского дна.

Рис. 33. Глубоководные желоба на дне Тихого и прилегающих частей Индийского и Атлантического океанов.

Рис. 34. На рисунке показаны в профиле впадина в Охотском море и Курильский глубоководный жёлоб.

В 1953 году советские учёные детально исследовали Курильский подводный жёлоб. Это — третье по глубине место на земном шаре (10 386 метров).

Многое узнали про глубоководные желоба геофизики^[15] и геологи. Над узкими глубоководными желобами сила тяжести оказалась значительно меньше, чем в других местах земного шара. Это значит, что здесь тяжёлые породы уходят на громадные глубины.

Характерно, далее, что с областями желобов и расположенных поблизости островных или горных цепей связано большинство землетрясений и действующих или недавно потухших вулканов. Каждое землетрясение имеет не только свой эпицентр, то есть точку, где оно сильнее всего выражено на земной поверхности. Учёные могут с большой точностью вычислять и его гипоцентр — то место в глубине земной коры, где собственно и произошли смещение или разрыв пластов земли. Оказалось, что в областях глубоководных желобов происходят совершенно особые, так называемые глубокофокусные землетрясения. Их гипоцентры лежат на глубинах до 700–800 километров.

Таким образом, глубоководные желоба играют важную роль в развитии всей земной коры.

Советский геолог В. Белоусов показал, что глубоководные желоба продолжаются иногда и на суше в виде низин. Вот несколько примеров.

Яванский жёлоб — близ острова Явы в Индийском океане — достигает глубины около 7500 метров. Он тянется затем на северо-запад мимо острова Суматра и полуострова Малакка, но становится всё мельче, пока не исчезает совсем. Но если идти дальше вдоль хребтов Индо-Китая и Гималаев, то как раз на продолжении жёлоба у подножья гор лежит широкая низина, по которой проходит долина крупной реки Ганг (рис. 35). Уже давно известно, что долина Ганга представляет собой область громадных опусканий земной коры, покрытую поздними отложениями толщиной более километра. Следовательно, «жёлоб» в земной коре похоронен здесь под толстым слоем наносов. По этой же причине «исчезает» жёлоб и на морском дне: в то место, где он прерывается, сносятся продукты разрушения материка.

Рис. 35. Яванский глубоководный жёлоб и его продолжение в низине р. Ганг. Пунктирными линиями показаны направления горных хребтов на суше

Подобным же образом в низменности реки Ориноко (Южная Америка) находит своё продолжение жёлоб Порто-Рико — одно из глубочайших мест Атлантического океана. Гватемальский жёлоб в Тихом океане переходит через Калифорнийский залив в целую цепь низменностей между Сиеррой-Невадой и береговыми хребтами. Все эти места легко найти в любом географическом атласе.

Таким образом, исследования глубоководных желобов ещё раз подтвердили, что в строении земной коры под материками и под океанами принципиальных различий не существует. Только одни и те же процессы дают внешне различный результат на материках и на океанском дне.

Области резких опусканий суши из-за наносов превратились в низменные равнины, а на морском дне они так и остались глубочайшими рвами или желобами. Поднятия земной коры на материках под действием воды, ветра и смены температур дают островерхие горные хребты с головокружительными скалами и ущельями. На дне же они образуют пологие валы высотой в несколько километров. Разломы земной коры на материках лишь в редких случаях имеют вид узких озёр или заняты долинами рек; гораздо чаще они заполняются наносами. А на морском дне, особенно в области материкового склона, эти разломы сохраняются в виде подводных каньонов.

Отсюда понятно, что изучение морского дна имеет большое значение для всей науки о Земле.

Введение… 3

Чтобы понять строение суши, нужно знать морское дно… 4

Как изучали морское дно… 6

Строение и состав морского дна… 9

Как устроен современный эхолот… 16

Грунтовая трубка… 22

Материковая платформа… 28

Материковый склон… 35

Подводные каньоны… 37

Из каких горных пород состоит ложе океана… 43

Коралловые острова и плосковершинные банки… 46

Подводные хребты и пучины… 49