Рождение морской геологии произошло около ста лет назад. Обычно его связывают со знаменитым кругосветным плаванием английского судна «Челленджер» в 1872–1876 гг., хотя эпизодические исследования морского дна проводились и раньше.
Первые глубоководные исследования
Во второй половине XIX в. возникла необходимость проложить кабель подводного телеграфа по дну Атлантического океана. Но можно ли приступать к делу, не зная ни глубины, ни строения океанского дна? Что там, на дне, — горы или равнины, вязкий ил или голые скалы?
Представления об условиях, царивших на больших океанских глубинах, были в те времена весьма смутными. Почти ничего не знали ни о рельефе, ни о характере пород, слагающих дно. Даже относительно глубин океана ходили самые невероятные слухи. Говорили о невиданных Морских чудовищах, живущих в морских пучинах, о сверхбыстрых глубинных течениях, которые якобы могут воспрепятствовать прокладке кабеля. Скептики откровенно заявляли, что подводный телеграф — пустая, неосуществимая затея. Вокруг проекта разгорелись ожесточенные споры.
Наконец, в 1868 г. от берегов Великобритании в океан отправилось специальное исследовательское судно «Лайтнинг», которое провело тщательные измерения глубин Атлантики. Через год вслед за ним другой корабль — «Поркупайн» добыл первые образцы донных осадков с глубины около 8 км.
Версии о необычных подводных течениях и чудовищах не подтвердились. Но первые результаты глубоководных исследований возбудили новый интерес к океанским глубинам и привели к организации экспедиции «Челленджера», вписавшей славную страницу в историю океанографических открытий.
Плавание «Челленджера» продолжалось три «половиной года. За это время корабль пересек Атлантический, Индийский и Тихий океаны, побывал в Африке и Австралии, Азии и Америке. Ученые собрали большую коллекцию донных осадков и выполнили многочисленные измерения океанских глубин. В итоге была составлена первая карта грунтов Мирового океана и разработана классификация донных отложений.
Вслед за «Челленджером» на рубеже XIX и XX вв. в океан отправляются и другие исследовательские суда. Немало нового в изучение геологии морского дна внесли экспедиции на американском судне «Альбатрос», немецких судах «Вальдивия» и «Гаусс», датском «Тор», голландском «Снеллиус». Многое было сделано и Фритьофом Нансеном во время его знаменитого плавания на «Фраме» в Северном Ледовитом океане.
В России морской геологией стали заниматься уже в 1865–1870 гг., когда русские корветы «Аскольд» и «Варяг» проводили систематические измерения больших глубин. В 1881 г. М. Рыкачев сделал первое обобщение таких материалов.
Изучение морских осадков было начато в 1890 г. Работы велись в Черном море на экспедиционном судне «Черноморец» под руководством академика Н. И. Андрусова. Им было установлено уникальное явление — заражение сероводородом всей толщи вод и осадков в Черном море на глубинах свыше 200 м.
В 1898 г. Н. М. Книлович организовал Северную научно-промысловую экспедицию в Баренцево море. Она и положила начало планомерному изучению донных осадков Северного Ледовитого океана.
Морская геоморфология
Многое ли можно узнать о строении дна, измеряя океанские глубины с помощью обычного лота — груза, подвешенного на пеньковом канате, тросе или металлической струне? Ведь средняя глубина Мирового океана — около 4 км, а максимальная 10–11 км. Но именно таким способом были измерены глубины во время экспедиций «Челленджера», «Лайтнинга», «Черноморца», «Варяга», «Альбатроса» и множества других судов вплоть до 20—30-х годов нашего столетия.
Поэтому морская геоморфология (наука о рельефе морского дна) долгое время располагала ничтожным количеством данных. Из-за этого и создалось ложное представление о чрезвычайной выровненности океанского дна. Кроме того, несовершенство измерения глубин порождало множество ошибок. Открывали несуществующие подводные горы и возвышенности, которые и сейчас еще нередко приходится «закрывать» современным исследователям.
В 1987 г. Монакский океанографический институт издал батиметрическую карту Мирового океана, обобщившую результаты глубоководных промеров. В распоряжении составителей оказалось около 18 тыс. измерений. И все же это было ничтожно мало. Ведь в среднем на каждые 20 тыс. кв. км Мирового океана приходилось всего лишь одно измерение глубины. Для наглядности можно указать, что при такой густоте точек на всю акваторию Каспийского моря пришлось бы только 18 измерений.
Из этого тупика морскую геоморфологию вывел ультразвуковой эхолот. Вместо тяжелой, утомительной многочасовой возни с грузами и лебедками, тросами и барабанами — компактный прибор, позволяющий в течение нескольких секунд измерить любую глубину с точностью до одного метра.
Океанское дно, казавшееся ранее однообразным и ровным, примитивно простым по строению, стало все более усложняться. Наряду с холмистыми и плоскими абиссальными (глубоководными) равнинами выявилась меридиональная система срединных океанических хребтов. Они протянулись на многие тысячи километров в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах. Оказалось, что они рассечены вдоль осевой части глубинными разломами — гигантскими трещинами в земной коре, так называемыми рифтовыми долинами. Помимо срединных хребтов на океанографических картах появилось и множество других горных образований. Они протянулись в виде цепочек подводных вулканов и хребтов с коралловыми островами, океанических кряжей и характерных валообращшх поднятий, на которых возвышаются гайоты — подводные горы с уплощенными вершинами. На периферии океана, именуемой переходной зоной, обнаружилась закономерная смена крупных элементов рельефа: за глубоководными желобами, дно которых нередко погружено на 10 км и более, следуют гористые цепи островных дуг, окаймляющих глубоководные котловины окраинных морей. Далее — подводная окраина материка; в своем геологическом строении она имеет уже много общего с континентами. По последним данным, в этой области можно выделить материковое подножие, довольно крутой материковый склон, который прорезают поперечные подводные каньоны, и более отлогий шельф, называемый иногда материковой отмелью.
Земная кора под дном океанов
Геологические и геофизические исследования свидетельствуют о том, что земная кора, покрытая водами Мирового океана, весьма своеобразна. Как оказалось, существует особый океанический тип земной коры. Он отличается от материкового прежде всего толщиной. Под континентами она колеблется от 25 до 80 км, под океанами же обычно не превышает 6–7 км. Внутреннее строение океанической коры также имеет свои особенности. Под слоем довольно слабо консолидированных осадков мощностью в несколько сот метров залегает второй, промежуточный, или переходный, слой. Предполагают, что он сложен уплотненными осадочными породами, пронизанными прослоями вулканических пород. Мощность второго слоя — от 0,7 до 1,5 км. Далее следует базальтовый слой, образующий нижнюю часть земной коры под океанами и континентами. Он граничит уже непосредственно с мантией, представляющей глубинные части Земли. Поверхность раздела земной коры и мантии, так называемая поверхность Мохоровичича, или просто Мохо, была обнаружена по резкому возрастанию скорости сейсмических волн, проходящих земную кору.
На материках между осадочным и базальтовым слоями залегает еще мощный гранитный слой. Породы эти лишь условно называют базальтами и гранитами из-за сходства их свойств, определенных сейсмическим методом, со свойствами аналогичных пород, распространенных в земной коре.
Глубинное бурение в океане
Ученые давно мечтали заглянуть в самые недра земной коры и даже проникнуть еще ниже — в загадочную мантию Земли. Лет десять назад был разработан международный план совместных исследований, получивший название плана «верхней мантии», или проекта «Мохол». По этому плану в СССР было намечено бурение сверхглубоких скважин в Карелии, Казахстане, на Урале, Кавказе и на побережье Тихого океана. Так как толщина земной коры в океане значительно меньше, чем на континентах, видимо, легче достигнуть мантии Земли при бурении океанского дна. Поэтому американские геологи весной 1961 г. начали экспериментальное бурение в Тихом океане в 64 км от острова Гваделупа. Глубина океана здесь — 3660 м. С борта экспериментального бурового судна «KUSS-1» была пробурена скважина, проникшая в толщу донных осадков на 167 м, затем она углубилась еще на 13 м в базальт. Дальнейшее бурение пришлось прекратить по техническим причинам. Позднее в Тихом океане, у берегов Калифорнии, где глубина достигала 1000 м, пробурили дно океана на 316 м. Базальтовый слой при этом не был достигнут. Целый ряд других попыток пробиться к загадочной границе Мохоровичича тоже окончились неудачно.