Слава Кан - Океан и атмосфера

• Название: Океан и атмосфера
• Автор: Слава Кан
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

Океан, занимающий две трети нашей планеты, и атмосфера, окутывающая ее, играют огромную роль в жизни человечества. Составляя вместе оболочку Земли, они функционируют как единая механическая и термодинамическая система. Совместное изучение этих сфер и их взаимодействия — основное направление современной мировой гидрометеорологической науки. Этим вопросам посвящена и предлагаемая вниманию читателя книга. В пей показано также, что знание процессов, которые происходят в океане и атмосфере, имеет большое практическое значение, и в первую очередь для мореплавания, эксплуатации ресурсов океана, для морских и метеорологических прогнозов.

Для читателей, интересующихся проблемами окружающей среды.

---

Современное естествознание в качестве одной из главных своих проблем ставит выяснение происхождения и взаимного расположения океанов и материков на протяжение всей истории Земли. Здесь достигнуты определенные результаты — удалось установить границы (во времени) различных геологических эр (их пять) и периодов, составить шкалу абсолютного геологического времени.

Некоторые ученые предполагают, что первичный океан покрывал Землю равномерным слоем 4,8 млрд. лет назад, а материки возникли уже позднее. Этот слой воды был относительно тонок и пополнялся постепенно за счет конденсации водяного пара, исходящего из недр планеты по вулканическим трещинам. Вначале материки представляли собой лишь узкие зоны накопления сравнительно легкого силикатного материала — гряды островов и подводных хребтов. Позже, видимо, образовались системы архипелагов и островов и, наконец, материковые платформы.

История формирования поверхности Земли — цепь непрерывных изменений. На этот процесс влияли вулканические явления, ледники и др. Сначала в океане не было никакой жизни. Однако 2 млрд. лет назад на его поверхности появились простейшие организмы — водоросли. Осуществляя фотосинтез, древнейшие представители растительного мира полностью очистили атмосферу от углекислоты и обогатили ее кислородом. Так были подготовлены условия для обитания более сложных биологических организмов.

Очертания океанов, их размеры и глубины не были постоянны на протяжении истории планеты, и даже самый древний океан — Тихий — имел обширные участки суши в центре. До последнего времени менялись очертания Балтийского, Черного, Азовского и Каспийского морей. Уже на глазах современного поколения, в 30-е годы, в связи с падением уровня исчезли заливы Кайдак и Комсомолец на востоке северного Каспия.

Ложе океанов и морей

Долго не было известно, каков размер дна океана, на чем покоятся его воды. Древние мореплаватели оставили лишь сведения о промерах глубин вблизи берегов, которые производились для безопасности подхода к ним. Как мы уже знаем, первая попытка Магеллана измерить глубину в центре Тихого океана успеха не принесла. Опыты по измерению глубин возобновились лишь через 300 лет, но на первых порах они тоже были неудачны. Это объяснялось тем, что большие глубины нельзя было измерить тем простым способом, который использовался в мелких прибрежных водах. Англичанин Дж. Росс в экспедиции 1839–1841 гг. нашел способ усовершенствовать эти наблюдения, а в 1854 г. мичман американского флота Р. Брук предложил новый лот с лотлинем и трубкой, берущей образец грунта. Это изобретение (за ним закрепилось на долгие годы название «лот Брука») позволило сделать первые систематические измерения глубин, проложить телеграфные кабели по океанскому дну. На их основе лейтенант М. Мори составил карту рельефа дна северной части Атлантического океана. Заметим, кстати, что Мори, который был начальником Брука, считал, что последний использовал для конструкции своего лота идею Петра I. Тросовым лотлинем в последний раз работали на «Челленджере».

В то же время был предложен новый глубомер, тросовый лотлинь заменили проволочным (для этой цели сначала использовались фортепьянные струны, а потом начали изготовлять цинковую проволоку) — и техническая идея измерения глубин стала иной. Это изобретение, значительно облегчившее и уточнившее измерение глубин, принадлежало английскому физику У. Томсону (впоследствии барону Кельвину). Далее исследователи разных стран ввели в глубомеры много усовершенствований. В XX в. изобретен эхолот — глубина определяется с помощью звукового сигнала, отправляемого на дно и возвращающегося на судно. Скорость прохождения звука позволяет судить о глубине. Этот метод дал возможность сделать наблюдения массовыми и постоянными. Особенно быстрое развитие он получил в 50-е годы, после второй мировой войны.

Одновременно с уточнением и детализацией данных о рельефе океана удалось провести и совершенно новые наблюдения. Так, советской экспедицией Главсевморпути в 1948 г. был открыт хребет Ломоносова, пересекающий Северный Ледовитый океан от Новосибирских островов до Канады. «Витязь» в Тихом и Индийском океанах, а «Михаил Ломоносов» в Атлантическом обнаружили плосковершинные горы, многие глубоководные впадины, огромные подводные хребты. Именно «Витязю» принадлежит треть открытий всех глубоководных впадин Тихого океана. При составлении карты рельефа Тихого океана было использовало 300 тыс. промеров глубин, в то время как карта глубин всего Мирового океана в начале века основывалась менее чем на 18 тыс. промеров. В Советском Союзе на основе единой методики составлена и издана серия карт по самым современным и надежным данным.

Однако несмотря на большие достижения в изучении океана мы еще не можем сказать, что ложе его хорошо известно. В некоторых районах промерные галсы лежат далеко друг от друга, а что находится между ними, никто не знает. В первую очередь это относится к южной части Тихого океана. Изученность рельефа дна океана все еще сильно отстает от изученности рельефа суши, на которой пока не охвачены инструментальной съемкой только высокогорные области Азии и Америки, внутренние части материка Антарктиды.

Сравнивая рельеф суши и океана, установили, что средняя высота суши — 875 м, а глубина океана — 3795 м. На суше высоты до 1 тыс. м составляют 71 % ее поверхности, что равно 21 % от всего Земного шара. В океане же преобладают большие глубины 3–6 тыс. м — это 76 % площади океанов, или 54 % поверхности планеты. Высокие горы (более 4 тыс. м) и глубоководные океанические впадины (свыше 6 тыс. м), в общем, очень невелики по площади: горы занимают 0,5 %, а впадины около 1 % поверхности всей Земли. При изменениях уровня океана существенные перемены претерпит суша и малозаметные — сам океан. Подсчитано, что, если уровень океана повысится на 200 м, он зальет 32 % суши, а при понижении уровня на те же 200 м поверхность океана уменьшится только на 12 %.

Сравнение неровностей Земли с ее радиусом показывает, что первые относительно невелики. Так, расстояние по вертикали между высочайшим пиком — горой Джомолунгма (8848 м) и наибольшей глубиной океана (11 022 м) составляет 1:320 среднего радиуса Земли. Если бы Земля была гладкой, как бильярдный шар, ее поверхность полностью покрыл бы океан слоем в 2685 м. Уровень такого океана был бы на 245 м выше теперешнего.

Еще не так давно существовало неправильное убеждение, что морское дно — это более или менее ровная поверхность, во всяком случае более простая, чем поверхность суши. Теперь мы знаем, что дно океана изрезано, там есть протяженные горные цепи и отдельные горы, обширные равнины и узкие ущелья. Имеются районы со сравнительно стабильным рельефом и с сильно меняющимся. Последнее особенно заметно в районах активной вулканической деятельности, где глубины могут значительно изменяться, буквально мгновенно.

Дно Мирового океана подразделяют на следующие зоны: материковая отмель (шельф), материковый склон и ложе океана. Зоны отличаются друг от друга происхождением, закономерностями развития, глубинами и другими характеристиками, свойственными всем океанам. Шельф — прибрежная часть океана, как бы продолжение суши, она почти горизонтальна и простирается в среднем до глубин 200 м. Расстояние от внешнего края материковой отмели до ложа океана занимает наклонная поверхность — материковый склон. Он имеет довольно большие уклоны — до 20°—40°. Нижней границей материкового склона принято считать 2,5 км. Далее идет ложе океана.

Рельеф дна Атлантического океана был изучен раньше и лучше других. Исследования последних десятилетий резко продвинули наши знания о рельефе Северного Ледовитого, Индийского и Тихого океанов. Сложность и расчлененность их дна оказалась весьма значительной.

Если посмотреть на обычную географическую карту, легко заметить, что Атлантический океан напоминает по форме букву S. Любопытно, что эту же форму повторяет и рельеф дна, где с севера на юг, от Исландии до 42° ю. ш., простирается Срединный хребет, разделенный глубоководной впадиной на две части. По обе стороны от хребта лежат зоны террас и предгорных холмов, а затем глубокие (до 4–5 тыс. м) котловины. На дне Атлантического океана имеются и обширные плато.

Дно Северного Ледовитого океана замечательно протяженными хребтами, разделяющими его на отдельные котловины. В центральной его части расположены два хребта, носящие имена русских ученых Ломоносова и Менделеева. На материковом склоне есть подводные долины, а мелководье обнаруживает многие следы, говорящие о том, что суша здесь когда-то затоплялась морем.

Индийский океан разделяется Центральным Индийским хребтом на западную и восточную части. Ряд поперечных хребтов и поднятий дна расчленяет эти части на относительно более мелкие (котловины). У юго-западной оконечности Австралии — самые большие в мире уклоны дна материкового склона. В северо-западной части океана множество островов и коралловых рифов.