Еще до начала глубоководного бурения океаны исследовались геофизическими методами: магнитометрией, гравиметрией и сейсмикой. Оказалось, что магнитное, гравитационное и сейсмическое поля в океанах отличаются от таковых на материках. В результате было установлено, что строение земной коры под океанами иное, чем под континентами.
Строение земной коры на континентах представляется примерно следующим:
1. Осадочный слой мощностью от 0 до нескольких километров, в глубоких впадинах до 15–20 км. Скорость прохождения сейсмических волн по этому слою менее 5 км/с, плотность его 2,3–2,6 г/см3.
2. Гранитный слой мощностью до 15–20 км, скорость прохождения сейсмических волн 6,5–7,2 км/с, плотность 2,7 г/см3.
3. Базальтовый слой со скоростью прохождения сейсмических волн 7,5 км/с и плотностью пород порядка 3,0 г/см3.
За нижнюю границу земной коры принимают отражающую поверхность Мохоровичича. Эта граница выделяется по резкому возрастанию скоростей продольных сейсмических волн до 8 км/с и более. Глубина залегания поверхности Мохоровичича в среднем составляет 35 км, опускаясь иногда до 60–70 км.
Названия «гранитный» и «базальтовый» слой чисто условное. Речь идет о породах, в которых скорости прохождения сейсмических волн и плотность близки к таковым у гранитов и базальтов. На самой глубокой в мире скважине на Кольском полуострове (глубина скважины уже 12,5 км, и она будет возрастать) при пересечении границ гранитного и базальтового слоев каких-либо существенных изменений в составе пород не было отмечено.
Кора такого континентального типа распространена на шельфе, материковом склоне и часто на материковом подножии. Далее в сторону океана происходят резкие изменения:
1. Слой воды средней мощностью 4–4,5 км.
2. Слой неуплотненных осадков мощностью 0,7–1,0 км со скоростью продольных волн 1,5–4,5 км/с и средней плотностью 2,3 г/см3.
3. Второй слой осадков со средней мощностью 1,7 км, скоростью упругих волн 5,1–5,5 км/с и плотностью 2,55 г/см3.
4. Базальтовый слой с теми же параметрами, что и у коры континентального типа, мощностью 4,2 км.
Обращает на себя внимание прежде всего значительно меньшая мощность земной коры под океанами — без слоя воды всего 6–8 км, против 35–40 и даже 60 км на континентах. Отсутствует гранитный слой, а мощность осадочных пород находится в пределах первых километров.
Наблюдаются некоторые особенности в строении земной коры под срединными хребтами. Здесь отсутствует четкая граница Мохоровичича. Под вторым слоем залегают породы, в которых скорость упругих волн 7,2–7,8 км/с, т. е. больше, чем в базальтовом слое, и меньше, чем на границе Мохоровичича.
В настоящее время широко распространена гипотеза «новой глобальной тектоники». В соответствии с ней в астеносфере наблюдаются конвекционные движения вещества. В местах подъема конвекционных потоков формируются срединно-океанические хребты, через которые на поверхность поступает глубинный материал. Из этого материала образуются плиты земной коры. Границами плит служат срединно-океанические хребты (подъем материала) и глубоководные желоба (погружение материала). По мере поступления нового ранее поступивший материал оттесняется в стороны от рифтовой зоны, вызывая тем самым перемещение плит и находящихся на некоторых из них материков. Таким образом, на месте глубинных океанических хребтов происходит расширение — спрединг земной коры и возникновение новой коры.
В глубоководных желобах материал земной коры погружается и перерабатывается (субдукция). В соответствии с гипотезой «новой глобальной тектоники>л общего расширения земной коры может и не происходить, так как новообразования в какой-то своей части компенсируются субдукцией.
В переходной зоне от континента к океану наблюдается довольно сложное и неоднородное строение земной коры. Так, подошва коры (поверхность Мохоровичича) образует выпуклость под окраинными морями и вогнутость под островной дугой и прилегающей глубоководной котловиной, затем снова воздымается в направлении ложа океана. В зоне субдукции происходит поддвигание океанической плиты под континентальную, во всяком случае, такое представление кажется вполне вероятным для глубинных желобов Тихого океана. Вследствие столкновения двух плит может происходить коробление земной коры и горообразование.
В связи с переходной областью стоит упомянуть еще о зоне Беньофа — Заварицкого. Переходные области характеризуются резко выраженной сейсмичностью. Изучая сейсмические волны, вызванные каждым землетрясением, можно установить центр, из которого эти волны расходятся, — фокус землетрясения. Многочисленные наблюдения показали, что фокусы землетрясений в каждой переходной зоне ложатся примерно на одну поверхность, точнее зону, которая и была названа зоной Беньофа — Заварицкого. Весьма отчетливо такие зоны прослеживаются в районах Тихого океана. Здесь они погружаются от островных дуг под континент под углом 30–45° и заметны на глубинах до нескольких сот километров.
Познакомившись кратко и в самых общих чертах с особенностями геологического строения океанов, совершим по ним путешествие. Наш путь начнем с Северного Ледовитого океана.
Северный Ледовитый океан. Самый маленький из четырех океанов земного шара, его площадь 13 млн км2. Круглый год две трети поверхности океана покрыты многолетними льдами. Толщина ледяных полей 3–4 м, торосистого льда — 20–25 м. Льды дрейфуют с востока на запад и выносятся вместе с гренландскими айсбергами в Атлантический океан. Суровый климат, сложная ледовая обстановка препятствовали изучению Северного Ледовитого океана.
Выходцы из Новгорода начали осваивать побережье океана еще в XV в. На берегу Белого моря стали появляться русские поселения. В 1584 г. в устье реки Северная Двина был заложен город и порт Архангельск. Отсюда бесчисленные и безвестные экспедиции направлялись на север и восток в погоне за морским зверем и пушниной. Неведомые земли и их богатства манили людей. Вскоре была открыта Обская губа и устье реки Обь. На Обской губе в устье реки Таз в 1601 г. был основан городок Мангазея. Отсюда по суше и по морю на утлых суденышках начиналось освоение севера Сибири.
История открытий тех лет почти не сохранилась. В те далекие времена не были известны границы Российской империи. Не знали даже, соединяются ли Азия с Америкой или они разделены морем. В XVI–XVII вв. европейцев крайне интересовали возможности открытия северного пути в страны Дальнего Востока. В этих целях было организовано несколько экспедиций (Уиллоби, Баренца, Гудзона, Дейвиса, Баффина и др.), но все они закончились неудачей в своей главной цели— открытии северного пути в Тихий океан. Вместе с тем они дали довольно много материала по изучению океана.
В 1648 г. русский мореход С. И. Дежнев на нескольких кочах вышел из устья р. Колымы и направился на восток. Ему впервые удалось проплыть через пролив, отделяющий Азию от Америки. Однако это выдающееся открытие осталось незамеченным.
Петр I понимал необходимость морских путей для развития торговли. Без такой торговли не мыслилось дальнейшее развитие государства. Выход в южные моря был в руках Турции. Попытка обосноваться на Черном море в то время окончилась неудачей. Петр I «прорубил окно в Европу», отвоевав побережье Финского залива Балтийского моря и построив город-порт в устье Невы — Петербург. Но выход из Балтийского моря через проливы, соединяющие его с Северным морем, бдительно охранялся шведами. В руках России по-прежнему оставался лишь один надежный морской порт Архангельск.