В два раза больше поверхности Марса, в девять раз больше поверхности Луны – такова территория нашей планеты, залитая солеными водами морей и океанов. Вся суша на Земле уступает по площади одному только Тихому океану. Каков же он, этот скрытый от человеческого глаза подводный ландшафт?
Представим себе на время, что океаны и моря вдруг высохли, превратились в "лунные моря". Материки теперь покажутся нам горными плато, которые возвышаются на 5-6 км над освобожденной от воды "поверхностью" Земли. Окраина этих плато сначала полого, под углом в несколько градусов, а потом очень круто, под углом в 20-40?, спускается к "бывшему" дну океана. Будем, однако, называть эти окраинные части материковых плато их обычными названиями. Отлогая часть – это материковая отмель, она является как бы продолжением материковых равнин; ширина ее достигает местами 200 км, а в среднем равна 75 км. Обрыв носит название материкового склона, он начинается на глубине 100-200 м от поверхности океана, а над дном возвышается на 4-5 км. Это, если так можно выразиться, борта океана.
Недавно (1958, 1965 гг.) английские ученые С. Кери, Э. Булард и другие сопоставили очертания материков Северной и Южной Америки, Африки и Европы не по береговой линии, а по 500-метровой изобате (линия равных глубин) материкового склона. И что же оказалось? Цоколи материков сошлись, как говорят, впритирку. Это можно, пожалуй, считать довольно убедительным доказательством того, что некогда материки составляли единое целое, потом разломились и разошлись.
Впрочем, противники дрейфа материков говорят: совершенно невероятно, чтобы части расколовшейся некогда суши могли на протяжении сотен миллионов лет сохранить свои начальные очертания. На это сторонники дрейфа отвечают: еще более невероятно, чтобы материки с их цоколем могли с течением времени чисто случайно приобрести столь совпадающие очертания. Словом, спор о происхождении и развитии океанов и материков еще не завершен.
К тому же, после того как количество палеомагнитных наблюдений значительно возросло, возникла новая гипотеза о миграции магнитных полюсов. Действительно, во многих районах земного шара, в том числе и на дне океана, были обнаружены породы, намагниченные так, как будто Северный магнитный полюс находился на месте Южного и наоборот. Обнаружены также породы переходного периода, намагничение которых происходило в периоды перемещения полюсов. На основании этих исследований возникло предположение, что за последние 4 млн. лет существовало два периода "нормального", то есть современного расположения магнитных полюсов и два периода обратного их расположения. Следы перемещения полюсов найдены и в мезозойских породах. Таким образом, палео-магнитные явления можно объяснить и помимо дрейфа материков.
Между прочим, Б. Хизен, Драгослав Нинкович и Н. Опдайк (США), исследовав несколько тысяч образцов, поднятых со дна океана, пришли к заключению, что в геологической истории Земли были периоды, когда ее магнитное поле на время совершенно исчезало. По их предположению, в эти периоды на Земле, утратившей "магнитную изоляцию", которая защищает ее от космических лучей, как раз и происходили биологические мутации, резко изменявшие формы земной жизни в мезозое и палеозое.
Материковый склон скалист, образует много неровных уступов, ступеней и изрезан глубокими оврагами, носящими название подводных каньонов. О происхождении их тоже ведутся споры. Одни полагают, что это бывшие долины рек, затопленные при повышении уровня океана; другие считают, что их прорезали подводные "лавины", "мутьевые потоки", представляющие собой смесь донных осадков с водой; третьи видят в них разрывы земной коры.
Надо сказать, что мутнвые потоки в океане весьма характерное явление. Следы перенесенных ими материалов – терригенных осадков материковой отмели – встречаются часто на очень больших расстояниях от места вероятного их возникновения.
В 1929 г. к югу от Ньюфаундлендской банки произошло подводное землетрясение. На склоне материковой отмели начался оползень, превратившийся в мощный мутьевой поток. Он в клочья разорвал восемь подводных телеграфных кабелей на расстоянии до 500 км. Последний разрыв произошел через несколько часов после землетрясения. Начальная скорость мутьевого потока достигала 27 км в час.
В 1953 г. мутьевые потоки, вызванные землетрясением в районе г. Сува на островах Фиджи, повредили телеграфный кабель на протяжении 100 км и сместили его в сторону на 3,5 км. Скорость мутьевого потока достигла 18 км в час.
Впрочем, мелкие взвеси, скорость осаждения которых иногда не превышает нескольких десятков сантиметров в сутки, могут быть отнесены очень далеко от места своего происхождения даже медленными океанскими течениями. Например, частица, погружаясь со скоростью 1 м в сутки, достигнет дна при глубине 6000 м через 16,5 лет. Трудно представить себе, куда за это время унесут ее неизведанные глубинные течения.
У подножья материкового склона часто расположены глубоководные желоба. В них мы встречаем наибольшие глубины океана. Таких желобов больше двух десятков, большая часть их находится в Тихом океане. Несколько желобов были открыты российскими экспедициями. Длина желобов 1000-2000 км, а ширина всего 20-30 км. В поперечном разрезе они имеют форму латинской буквы V, дно у них плоское, шириной не более 3-4 км; оно глубже дна океана на 3-4 км. Несмотря на это со дна желобов выделяется меньшее количество геотермического тепла, чем в других областях океанского дна. Из этого делают вывод, что желоба образовались в результате погружения узких полос земной коры, оттеснивших вещество мантии, подстилающей земную кору. В Марианском желобе в Тихом океане российские океанологи нашли глубину 11034 м. Это пока наибольшая, известная нам глубина океана. Позднее на дно этого желоба на глубину 10910 м опустился батискаф "Триест". Несколько глубоководных желобов тщательно изучены российскими океанологическими экспедициями. Надо сказать, что на поверхности суши подобных трещин в земной коре, хоть сколько-нибудь похожих на океанские глубоководные желоба, нигде нет.
Глубоководные желоба большей частью расположены вблизи краевых горных хребтов, окаймляющих материки, или около островных дуг, возвышающихся над поверхностью океана.
От подножия материкового склона или за островными дугами и желобами начинаются просторы океанского ложа. Это огромные равнины, самые большие равнины на нашей планете. Для примера можно сказать, что океанографическое судно "Петр Лебедев", обследовав абиссальную (глубоководную) равнину площадью 96 000 км2 между Бермудскими островами и Срединно-Атлантическим хребтом, не нашло на нем уклонов, превышающих 10 градусных минут. Среди абиссальных равнин встречаются, однако, возвышенности, широкие валы и горные хребты. Они разделяют ложе океана на ряд котловин.
Валы – это поднятия с очень пологими склонами. Их высота – до 500-1000 м. Местами на них возвышаются конусообразные горы, кое-где выходящие на поверхность океана в виде островов. Это бывшие вулканы, часто увенчанные мощными коралловыми постройками.
Относительно того, как образовались коралловые острова, существует несколько гипотез. Скорее всего это происходило так. На мелководье у скалистого островка поселялись коралловые полипы. Отмирая, они оставляли известковые скелеты, на которых росли следующие поколения этих животных. Когда остров по каким-либо причинам начинал погружаться в воду, кораллы торопились расти вверх, чтобы не погибнуть, так как им необходимы свет и теплая вода. Чем глубже погружался остров, тем выше делалась коралловая надстройка.
Если остров погружался слишком быстро, кораллы погибали; если медленно, они продолжали расти. Например, на знаменитом атолле Бикини, где США испытывали ядерное оружие, толщина кораллового слоя достигла 600 м. Здесь рост кораллов не отставал от погружения островка. А вот на подводном пике Миклухи Маклая, открытом экспедицией на "Витязе", кораллы погибли. Над вершиной этого пика 243 м воды, а его откосы до глубины 500 м образованы отмершими кораллами. Очевидно, пик погружался слишком быстро. Причины погружения таких пиков не совсем ясны. Вероятней всего, под ними почему-то прогибалось и оседало океанское дно.
Коралловые рифы растут со скоростью до 5 см в год, в зависимости от местных условий. В отложении известняка им помогают соседствующие с ними некоторые морские водоросли. В тропических водах те и другие совместными усилиями окружили прочными стенами коралловых рифов почти все острова и берега материков. Кораллы – это настоящие живые фабрики известняка.
У многих одиночных подводных гор вершины плоские, словно срезанные ножом. Такие горы по имени французского геолога называют гюйо. Считается, что некогда эти горы возвышались над поверхностью океана, сильный прибой срезал, выровнял их вершины, а потом они погрузились в воды океана и в таком виде сохранились до нашего времени. Их насчитывают сейчас около тысячи. На суше подобных гор нет.
Подводные горы в океане большей частью вулканического происхождения. Многие из них поднимаются над поверхностью океана, образуют острова и группы островов. Среди них хорошо известны Азорские острова в Атлантическом океане, Гавайские острова в Тихом океане. Вершины гор, возвышающиеся над этими островами, если измерить их высоту над дном океана, выше многих гор на суше. Так, высота одного из Азорских островов – 9000 м (2500 м над уровнем океана), тогда как высота Джомолунгмы (Эверест) – 8848 м.
Совершенно особняком среди таких заброшенных в океане островов вулканического происхождения стоит группа Сейшельских островов в Индийском океане. Это единственные океанские острова, сложенные гранитами, как материки. Возраст сейшельских гранитов 650 млн. лет. Происхождение этих островов – загадка для геологов, так как их окружает базальтовая кора под дном океана, а до гранитов ближайшего берега Африки около полутора тысяч километров. Некоторые ученые видят в этих островах доказательство дрейфа материков. Острова оторвались от Африки и почему-то остались на месте, тогда как сам материк "уплыл" на запад. Другие считают, что часть древней суши, связывавшая острова с Африкой, погрузилась в море, а гранитный слой, присущий всем материкам, метаморфизовался, изменил свою природу. Сейшельские острова называют микроконтинентом.
Еще одно неизвестное на суше горное сооружение – это срединные хребты. Они протянулись по всем океанам и представляют собой подлинно планетарную систему подводных горных хребтов. Предполагают, что они образовались и продолжают развиваться в зонах, где земная кора подвергалась и подвергается одновременно растяжению, вспучиванию и выплавлению.
Лучше всего изучен Срединно-Атлантический хребет, разделивший океан на две котловины – западную и восточную. Вместе с довольно пологими склонами он занимает треть ширины океана, а его высота 3-4 км. Объем этого горного хребта так велик, что если бы его убрать, уровень океана понизился бы на несколько десятков метров. Хребет рассекает продольная трещина. Ширина ее в верхней части 30-40 км, глубина, считая от вершины хребта, около 1800 м. Такие же трещины, хотя и не везде отчетливо выраженные, обнаружены в срединных хребтах других океанов. Американские геологи подсчитали, что общая длина трещины, рассекающей срединные хребты всех океанов, достигает 70 тыс. км.
Сторонники гипотезы расширяющейся Земли считают описанную трещину или, как ее называют, рифтовую долину, убедительным доказательством своей гипотезы. По их мнению, под срединными хребтами из верхней части мантии поднимаются потоки магмы и, расходясь потом в стороны, раздвигают земную кору. Через трещину выплавляются магматические породы, постепенно увеличивающие объем хребта. На океанографическом конгрессе была высказана мысль о рифтовом происхождении Атлантического и Индийского океанов.
Гипотеза расширяющейся Земли диаметрально противоположна гипотезе сжимающейся Земли, о которой мы говорили в очерке "Рождение океана". Надо, однако, сказать, что силы, заставляющие Землю расширяться, не особенно ясны. Иногда ссылаются, например, на французского физика Дирака, который считал, что по мере "старения" космических тел сила тяжести на них уменьшается, что и влечет за собой их расширение.
В области срединных хребтов часто происходят землетрясения, фокусы которых расположены неглубоко: на глубинах около 60-100 км. Выделение геотермического тепла в рифтовых долинах на этих хребтах в несколько раз превышает выделение тепла с равнинного ложа океана.
Может быть, здесь кстати будет вспомнить, что около двух столетий назад многие ученые считали, что главным источником энергии на Земле, в том числе и органической, служит внутреннее тепло планеты. Бюффон, например, утверждал, что в некоторые эпохи почва подогревала подошвы животных. Одним из первых, кто восстановил величественное Солнце в своих правах и отверг преобладающую роль внутреннего тепла Земли, был Рош де Лиль (1779г.).
На океанском ложе известны также узкие высокие хребты с крутыми склонами. Это глыбовые хребты. Они не подвержены землетрясениям. К их числу относится хребет Ломоносова, открытый российскими океанологами в Северном Ледовитом океане. Последняя разновидность океанских хребтов – цепочки вулканов на общем цоколе. Гавайские острова, упомянутые выше, представляют собой составную часть одного из таких хребтов.
Итак, мы познакомились с крупными формами рельефа океанского дна. Некоторые из них, как мы уже знаем, вулканического происхождения, другие представляют собой глыбовые поднятия, погружения или сдвиги, вызванные потоками подкоркового вещества. Гигантские плиты или глыбы, образующие океанское дно, соединены между собой длинными узкими швами, которые называют зонами разломов.
Рельеф дна оказывает большое влияние на направление морских течений, на водообмен между отдельными частями океана. Приметные детали подводного рельефа служат для контроля при определении местонахождения корабля в море. Наконец, рельеф дна позволяет судить о развитии земной коры. Карты глубин материковой отмели начали составлять давно, так как это было необходимо для плавания судов. Но первое обобщение глубин, измеренных в открытом океане, было выполнено М. Рыкачевым в 1881 г., а первые систематические измерения больших глубин – в 1865-1870 гг. русскими корветами "Аскольд" и "Варяг", за 8-9 лет до плавания "Челленджера". За последние годы американские ученые составили карту дна Атлантического океана, а российские океанологи – карту дна Тихого океана. Для составления столь же подробной карты Индийского океана, менее изученного, потребуется еще немало объединенных усилий океанологов всех стран.
Дно океана покрыто рыхлыми осадками. На материковой отмели и на материковом склоне это в основном терригенные отложения – песок, ил, вынесенные с суши. В открытых частях океана преобладают пелагические осадки, образованные скелетами и раковинами отмерших организмов. К ним местами примешиваются терригенные отложения, вынесенные мутъевыми потоками, и застывшие потоки лавы. Около 70% глубоководного океанского дна покрыто пелагическими осадками, образованными твердыми остатками отмерших пелагических организмов (живущих в толще воды), и около 1/3 – красной глиной, нигде не встречающейся на суше. Мощные слои пелагических осадков отлагаются в зоне изобилующих живыми организмами океанских течений – Экваториальных, Гольфстрима, Куросио и др.
Рыхлые осадки в океане образуют слой в несколько сот метров. На склонах подводных гор, в ущельях толщина их достигает 1-2 км. Под ними находится толстый слой, как долгое время предполагали, уплотненных осадков. Это так называемый, пока довольно таинственный "второй слой". Сейчас возникли сомнения, не содержит ли он в себе значительную часть вулканических пород, метаморфизированных с донными осадками, особенно в области подводных холмов и валов.
Ниже расположен базальтовый слой земной коры Представление о такой слоистой структуре океанского дна получено путем сейсмического зондирования. Метод зон-дироваггия основан на двух особенностях распространения звуковой волны: чем плотнее вещество, тем больше в нем скорость звука; при переходе из одной среды в другую происходит преломление и отражение звуковой волны. При сейсмическом зондировании производится подводный взрыв, после чего по промежуткам времени между моментом взрыва и возвращением отраженного эха судят о толщине и физической природе слоев океанского дна.
Исследования показали, что скорость звуковой волны в морской воде – около 1,5 км/сек, в слое рыхлых осадков – 1,8-2,1 км/сек, в уплотненных осадках – 5,0- 5,5 км/сек, а в нижнем, базальтовом слое коры – 6,5- 7,0 км/сек. Под земной корой находится так называемая мантия, простирающаяся до глубины 2900 км. От земной коры мантию отделяет резкая граница, названная по имени югославского ученого разделом Мохоровичича. Скорость звука в верхней мантии – 8,3 км/сек.
Измерив скорость распространения звука в слоях океанической земной коры, в лабораториях экспериментальным путем определили, каким примерно веществам она соответствует. Таким путем было установлено, что рыхлые и уплотненные осадки на дне океана вероятней всего подстилает слой базальта. Определена была также толщина земной коры под океаном. Она оказалась равной 5 км, тогда как под материками ее толщина достигает 30-40 км, а под высокими горами на суше – даже 60-70 км. В центральной части Черного моря слой Мохоровичича находится на глубине 22 км, а толщина осадков достигает 12 км, в чем наглядно сказывается роль материкового речного стока.
Большую помощь геологам в измерении толщины земной коры оказали, как ни странно, землетрясения. Распространение в земной коре сейсмических волн, вызванных землетрясениями, позволило не только "просветить" насквозь земную кору, но и заглянуть в самый центр планеты, нащупав нижнюю границу мантии и физическое состояние центрального ядра Земли.
В настоящее время по предложению российских ученых разработан международный план совместных исследований земной коры, получивший название плана "верхней мантии" или плана "Мохо" (Мохоровичича). По этому плану в России намечено бурение сверхглубоких скважин в Карелии, в районах Урала, Кавказа, Казахстана и на Дальнем Востоке на берегу Тихого океана. Американские геофизики начали бурение земной коры там, где она всего тоньше – в океане. С судна, поставленного па якорь в Атлантике у о. Гваделупа при глубине океана 3500 м удалось пробурить слой осадков толщиной 195 м и проникнуть в подстилающий его базальт пока всего на 13 м. После этого бурение пришлось прекратить. Образец глубинного базальта был прислан в Академию наук России. В Тихом океане, у берегов Калифорнии при глубине моря 1000 м бур проник в дно океана на 316 м, но базальта не достиг. По техническим причинам бурение было приостановлено и здесь.
Академик А. П. Виноградов в докладе на Международном океанографическом конгрессе в Москве, исходя из гипотезы холодного образования Земли, нарисовал убедительную картину образования земной коры. Вещества горных пород земной коры, вода и газы появились в результате зонного выплавления и дегазации вещества верхней мантии. При выплавлении происходило расщепление вещества на тугоплавкие (дуниты, перидотит), легкоплавкие (базальт) и летучие вещества. Первые оставались внизу, легкоплавкие поднимались к поверхности, формируя первичную земную кору и выделяя воду, заполнявшую океанские впадины. По мнению А. П. Виноградова, суша и вода океанов – изначальные формы земной коры.
Интересный доклад о составе океанической земной коры сделали на том же конгрессе супруги А. и С. Энгель (США). Нижняя часть коры образована потоком толеитовой магмы, выплавленной из верхней мантии. Океанические толеиты близки по своему составу к посланцам космоса – базальтовым ахондритам метеоров. Над первичными толеитами расположены щелочные базальты, продукт переработки толеитов при выделении минеральных растворов и дегазации вещества во время вулканической деятельности. Таким образом, горные хребты и одиночные горы на дне океана по своему химическому составу весьма отличны от основной толеитовой коры. Различен химический состав нижних слоев океанической и материковой коры.
Много еще непонятного на дне океана. Например, небольшие валы рыхлых осадков высотой в десятки метров, расположенные на расстоянии сотен метров друг от друга. Они, словно волны, застывшие на дне моря. Что послужило причиной образования этих подводных валов – неизвестно. Единственное предположение – их создали глубоководные приливные течения. Однако такие валы найдены на дне Черного моря, куда приливные течения не проникают.
На дне океана, так не похожем на поверхность суши, сделано немало удивительных находок. Это, например, силикатные и еще так называемые космические шарики. Средний размер последних 90 мк, они содержат в себе никель. О происхождении шариков до сих пор ведутся споры. На дне Тихого и Индийского океанов, на огромных площадях, обнаружены скопления железо-марганцевых конкреций, желваков размером с обыкновенную картофелину. Некоторые участки дна океана, по выражению российских океанологов, вымощены конкрециями, как булыжником мостовая. В конкрециях часто заключены зубы акул, живших более 2 млн. лет назад, и зерна основных пород.
Нарастают конкреции слоями – 1 мм за 1000 лет. Донные осадки за такой же срок образуют слой 8-10 мм. Казалось, конкреции должны быть погребены под слоем рыхлых осадков. Однако какой-то непонятный механизм выталкивает их, заставляет "всплывать" на поверхность дна. Правда, лишь до известного размера конкреций, при котором механизм всплывания перестает работать. Это происходит в возрасте конкреции около 5 млн. лет. Конкреции содержат в себе редкие металлы: кобальт, никель, медь и другие, причем относительное содержание их в различных частях океана разное.
Возвращаясь к донным осадкам, можно сказать, что в них заключена подлинная летопись океана, геологическая и биологическая в то же время, а вместе с тем отчасти и летопись всей Земли. Миллионы лет на дне океана отлагались продукты выветривания земной коры, их выносили реки, льды и ветры; отмирающие организмы устилали дно своими скелетами; вулканические извержения заливали его лавами, покрывали пеплом; на дне возникали различные химические соединения. Само собой разумеется, что в различных зонах океана преобладали те или иные процессы накопления осадков, но повсюду характер накопления осадков с течением времени менялся, а потому осадки образованы многими слоями, нередко весьма отличными друг от друга.
По наслоениям донных осадков можно судить об уровне океана в отдаленные времена, так как увеличение терригенных осадков в открытых частях океана указывает на приближение материковой отмели и, следовательно, на понижение уровня, и наоборот. Отложение теплолюбивых и холоднолюбивых организмов свидетельствует об изменении температуры океанской воды и, следовательно, климата. Скорость накопления органогенных осадков говорит о продуктивности океана и, таким образом, тоже косвенно указывает на климатический режим. По органогенным осадкам можно судить об изменении и перемещении океанских течений. Слои донных осадков в Арктическом бассейне рассказывают о том, что доступ в пего теплым атлантическим водам прекращался дважды за последние 50 тыс. лет. По отложениям пыли, принесенной с удаленных материков, можно составить представление о преобладающих ветрах и общей циркуляции атмосферы и т. д.
В накоплении донных осадков местами случались длительные перерывы; о них говорят затвердевшие слои, насыщенные окисями марганца и железа. Иногда встречаются перевернутые осадки – более поздние подстилают более ранние. Однако в целом дно океана, не подверженное такому энергичному выветриванию и такой мощной эрозии, как суша, бережно хранит в себе историю отдаленных геологических эпох. Изучение морских осадков и структуры океанической земной коры даст ключ к пониманию многих геологических процессов в истории образования океанов и материков. Закончим очерк крылатой фразой, произнесенной голландским геологом П. Кюененом на одной из международных научных конференций: "Нет геологии без морской геологии".
