Александр Конюхов - Геология океана: загадки, гипотезы, открытия

• Название: Геология океана: загадки, гипотезы, открытия
• Автор: Александр Конюхов
• Издательство: Наука
• Жанр: География
• Год: 1989
• ISBN: 5-02-002023-0

Геология океана — одна из бурно развивающихся отраслей современной науки. Первые представления человека об океане относятся к глубокой древности и дошли до нас в виде мифов и легенд: о всемирном потопе, загадочной Атлантиде и др. С попыток разгадать эти тайны и начинается история освоения океана. Все эти вопросы излагаются в настоящей книге. Читатель познакомится также с важнейшими открытиями, сделанными в океане за последние десятилетия, с такими интереснейшими явлениями, как цунами, сход мощных лавин и др. Автор рассматривает особенности размещения полезных ископаемых в недрах океана, оценивает перспективы его освоения как новой среды обитания человека.

Для широкого круга читателей.

---

Таким образом, на протяжении 580 млн лет Атлантический океан раскрывался трижды, причем каждый раз практически вдоль одной и той же структурной зоны, проходившей в полосе развития Аппалачей, но всякий раз несколько восточнее той области, которая была захвачена складчатостью. Все это свидетельствует об определенной периодичности и даже цикличности в развитии земной коры. Каждый из таких циклов охватывает промежуток времени в 150—200 млн лет. В калейдоскопе раскрытий и «захлопываний» океанов проявляется игра могучих внутренних сил Земли, что находит отражение в подъеме к поверхности систем мантийных диапиров или в их отмирании. В этой связи вспоминается древнегреческая легенда о титанах, просыпавшихся в недрах Земли, чтобы продолжить борьбу с богами-олимпийцами.

Возникает вопрос: были ли океаны прошлого похожи на современные? И если да, то до какой степени? С полной определенностью на эти вопросы мы пока не можем ответить. Видные советские исследователи П. П. Тимофеев и В. Н. Холодов [1984] показали, что в палеозойских разрезах отсутствуют ассоциации пород, аналогичные тем осадкам, которые ныне характерны для абиссальных областей современных океанов. В целом это утверждение достаточно спорно. Однако можно согласиться с указанными авторами в том, что палеозойские океаны, а тем более океаны докембрия были, вероятно, мало похожи на современные. В них обитали совершенно иные группы организмов, структура речного стока с континентов в отсутствие (до карбона) или при слабом развитии растительного покрова была также другой. Выветривание пород на суше протекало несколько иначе. Несомненно, однако, что в океанах прошлого существовала та же структурно-тектоническая зональность, что и в современных. В них выделялись периферийные области, включавшие континентальные окраины и островные вулканические дуги (вместе с ними шельфы, склоны, подножия, глубоководные желоба), а также центральные зоны со срединно-океаническими хребтами и абиссальными котловинами. О существовании достаточно крутых континентальных склонов свидетельствует широкое распространение палеозойского флиша — толщ турбидитов, накапливавшихся в пределах древнего подножия или в желобах, которые обрамляли вулканические дуги.

Устанавливаются и области древних апвеллингов, нашедшие отражение в разрезах ряда древних осадочных формаций, например позднепалеозойской формации Фосфория на тихоокеанской окраине Северной Америки. Следовательно, картина распределения поверхностных течений, по крайней мере в отдельные эпохи, могла быть похожей на современную.

Вместе с тем облик палеозойских океанов был, вероятно, иным. Они занимали на нашей планете большие пространства, но, по-видимому, были менее глубокими. Во всяком случае, карбонатные осадки в палеозойских океанах были распространены весьма широко, а как известно, ниже критической глубины (в настоящее время глубже 4500 м) карбонаты в океанах не накапливаются. Впрочем, подобные выводы требуют еще дополнительного подтверждения.

Несмотря на неоднократную деструкцию, континентальные мегаблоки, во всяком случае на протяжении фанерозоя, постепенно разрастались. Площадь, которую они занимали на нашей планете, если предполагать постоянство ее размеров, возрастала.

Океан на пороге освоения

«Пайсисы» опускаются под воду

Уровень геолого-геофизических исследований, проводимых в последние два десятилетия в океане, неизмеримо вырос. У геологов появились новые средства изучения рельефа дна и недр: многоканальная сейсмоакустическая аппаратура, локаторы бокового обзора, аппараты, буксируемые за судном на небольшом расстоянии от поверхности раздела вода — осадок, различные приборы для отбора проб донных осадков. Однако подлинным символом нового этапа в развитии морской геологии стали подводные обитаемые аппараты (ПОА), способные совершать на большую глубину погружения в автономном режиме. Их экипаж включает гидронавтов — пилотов и наблюдателей. Первые обеспечивают управление погружаемым обитаемым аппаратом, вторые — выполнение научной программы.

ПОА представляет собой замкнутую обитаемую сферу, состоящую из особо прочного корпуса и системы жизнеобеспечения. Аппарат снабжен движителями для перемещения под водой и балластными камерами для закачки и откачки воды. Материалы, применяемые при изготовлении сферы, а также ее конструкция должны сообщать положительную плавучесть аппарату. При погружении на дно производится закачка воды в балластную систему, при всплытии вода откачивается. Скорость погружения и всплытия регулируется принятием на борт того или иного количества воды. С помощью движителей экипаж осуществляет передвижение аппарата над дном, мягкую посадку на грунт, преодоление препятствий, задний ход, развороты, зависание над заданной точкой или на определенной глубине в толще воды.

В зависимости от прочностных свойств корпуса и возможностей системы жизнеобеспечения выделяется несколько типов ПОА. Одни предназначены для работ на шельфе, в основном для осмотра опор буровых платформ, трубопроводов и иного оборудования, другие — для проверки состояния подводных кабелей, проложенных как на шельфе, так и в пределах континентального склона, третьи — для исследования глубоководных участков океанского дна и поисково-спасательных работ в открытом океане. Соответственно эти аппараты рассчитаны на погружения до глубин 200, 600—2000 и 6000 м.

Всего, по данным А. М. Сагалевича [1987], в настоящее время построено и эксплуатируется 103 подводных обитаемых аппарата, из них большинство (около 70%) предназначено для работ на шельфе и в верхней половине континентального склона (глубины до 600 м). Лишь несколько ПОД применяются для выполнения геологических исследований на дне. Среди них такие ставшие уже легендарными аппараты, как «Сиана» и «SM-97» (Франция), «Алвин» и «Си Клифф» (США). Только два ПОА «Си Клифф» и «SM-97» до недавнего времени могли выполнять погружения на глубины до 6000 м. В настоящее время для работ в том же диапазоне глубин перестраивается и «Алвин». Новая подводная мини-лодка, способная достигать глубин 6500 м, строится на верфях Японии. Таким образом, очевидна тенденция к совершенствованию ПОА прежде всего в направлении увеличения диапазона глубин, на которых они могут работать (для достижения абиссали). Это связано с возможной разработкой в ближайшем будущем глубоководных железомарганцевых конкреций, залежей сульфидов и других полезных ископаемых.

Для геологических исследований на дне океана в Советском Союзе в последние годы использовались три погружаемых обитаемых аппарата: «Аргус», «Пайсис-VII» и «Пайсис-XI». Если глубина рабочих погружений «Аргуса» не превышает 600 м, то «Пайсисы» могут работать на глубинах до 2000 м. В 1986 г. были построены два новых аппарата «Мир», способные погружаться до 6000 м, что делает доступными для исследований огромные площади дна Мирового океана.

Из-за ограничений по глубине «Пайсисы» использовались до сих пор в основном при исследованиях рифтовых зон на Байкале, в Красном море, Аденском заливе, в районе подводного хребта Рейкьянес в Атлантике и в Калифорнийском заливе. Опыт погружений ПОА позволяет говорить о новых возможностях, которые открылись с их применением в морской геологии. Только на полигоне в южной части Красного моря (18° ю. ш.) гидронавты совершили 28 погружений, выполнив несколько маршрутов у дна общей протяженностью более 50 миль. Погружениям предшествовали геолого-геофизические работы с борта научно-исследовательских судов, что позволило составить детальные батиметрическую и геологическую карты полигона и выбрать наиболее интересные направления маршрутов ПОА под водой.

При работе с «Пайсисами» применяется гидроакустическая система навигации. В нее входят три донных маяка, устанавливаемые на возвышенных точках подводного рельефа, и акустический маяк на самом аппарате. Дальность действия маяков 2—3 мили. Сигналы от донных маяков поступают в приемно-передаточный блок, находящийся на борту судна-носителя, а оттуда в память микроЭВМ. С ее помощью производится определение расстояния до аппарата, направления и скорости его движения под водой. Эта информация поступает на дисплеи, установленные в специально оборудованной лаборатории на судне, а также на «Пайсис». Командир его экипажа, таким образом, получает возможность быстро скорректировать направление движения, а вахтенные на борту судна-носителя точно знают, где находится ПОА. Все это позволяет обеспечивать, безопасность и высокую эффективность работы экипажа на дне [Сагалевич, 1987].

Геолог, участвующий в погружении в качестве наблюдателя, наговаривает на диктофон свои впечатления от увиденного в маршруте. По его указанию гидронавты ведут видеозапись и фотосъемку наиболее интересных объектов, и в случае необходимости эта информация передается на надводное судно. Двигаясь по намеченному маршруту (максимальная скорость 2 узла), экипаж «Пайсиса» обследует встреченные на пути структуры: вулканические поднятия, трещины-гъяры, подводные уступы, различные насыпные формы рельефа и гидротермальные образования. «Пайсисы» снабжены манипуляторами, поэтому наблюдатель может собирать обломки, находящиеся на дне, и даже отламывать образцы пород, слагающих различные геологические структуры. Предусмотрен и специальный накопитель, куда помещаются взятые образцы. Общий их вес определяется запасом плавучести аппарата. В одном из погружений в Красном море «Пайсис-XI» поднял на поверхность 270 кг донных пород [Подводные..., 1985]. В комплект оборудования входит и небольшой керноотборник. С его помощью геолог может взять колонки коренных пород длиной до 20 см, если отломать образец не удается.