Глава 1 Недоступные глубины

Глубоководные впадины

Люди всегда стремились туда, где еще не бывали, и пытались познать неизвестное. Морские глубины с давних времен интересовали людей, ведь вода занимает более двух третей от всей поверхности земного шара. Но технических возможностей для удовлетворения своего любопытства у них не было. Океаны всегда надежно хранили свои тайны под огромной толщей воды. Глубоководные равнины и впадины люди начали изучать только в конце XIX в., поэтому объектов для изучения хватит еще надолго. Дно Мирового океана выстилает равнина, лежащая на глубине от 2 до 6000 м. В некоторых же местах дно, словно морщинами, изборождено впадинами различной глубины. По большей части они находятся в зонах геологической активности, а их глубина превышает 8000 м. Причины их образования во многом связаны с теми процессами, которые происходили во времена формирования Земли. Теперь трудно представить себе те времена, когда на Земле вообще не было никакого океана.

Знания о многих процессах во Вселенной пока не доступны человеку, но зарождение планет, если оставить на время в стороне божественную версию, происходило так. Огромная сила гравитации скручивала из холодного газопылевого облака клубки планет примерно так, как хозяйка скатывает из теста колобок. Да, конечно, эти клубки пыли получались отнюдь не идеальной формы, тем не менее они отправлялись в путешествие по Вселенной.

За первый миллиард лет космического путешествия недра нашей планеты сильно разогрелись под действием силы гравитационного сжатия и радиоактивного распада долгоживущих изотопов, которые в те времена имелись в огромном количестве. По всей вероятности, недра Земли тогда напоминали что-то вроде ядерной топки, верхняя часть земной мантии расплавилась. И тогда заработали вулканы, они выбрасывали ввысь огромные массы пепла, газов и водяного пара, по склонам текла огнедышащая лава. Земля окуталась туманом и скрылась под облаками, которые, кроме вулканических газов, несли огромные массы водяных паров. Надо сказать, что на Земле в те времена было нежарко. Исследования показали, что на исходе первого миллиарда лет жизни Земли температура на планете не превышала 15 °C.

Остывающий водяной пар каплями конденсата падал на поверхность планеты, покрывая ее сначала всего лишь отдельными лужами и озерцами. Поверхность планеты изначально не была ровной и гладкой, вулканическая деятельность увеличила неровности. Вода собиралась во впадины различной глубины. Отдельные озерца все увеличивались, пока не слились воедино и не образовали первичный океан. Так объяснял происхождение Земли советский ученый, академик Отто Юльевич Шмидт. Гипотеза, конечно, спорная, как и другие подобные, но более достоверной версии еще никто не выдвинул.

Интересно, что вода в океанах с самого начала была соленая, хотя с небес на землю падала дистиллированная. Дело в том, что водяные пары связывали отдельные составные части вулканических газов, давая толчок образованию кислот. Кислоты, растворенные в воде, взаимодействовали с горными породами, так шел процесс образования солей. Они дарили свой вкус океанской воде. Океан создал условия для зарождения и поддержания жизни на Земле, но об этом — в другой раз, сейчас же вернемся к нашим впадинам.

Впадины — это понижения земной поверхности, они встречаются и на суше, и на дне океанов и морей. По большей части они имеют тектоническое происхождение, т. е. связанное с вулканической деятельностью планеты. Тектонические впадины — это области продолжительных опусканий земной коры из-за процессов, которые происходят в верхней части мантии Земли, которая носит название астеносфера, сложенное из двух греческих слов: «слабый» и «шар». Ее толщина составляет около 800–900 км, это самая подвижная часть земного шара. Она не так плотна, как нижняя часть мантии, и более эластична, потому что ее массу составляет расплавленная магма — вещество глубинного происхождения. В этом слое регулярно происходит то уплотнение, то отток вещества: магма постоянно движется, то поднимаясь вверх, то опускаясь вниз. Мантия надежно прикрыта прочной твердой оболочкой земной коры до 70 км глубиной. Земная кора вместе с самой верхней частью мантии образуют литосферу, чье название сложено из греческих слов «камень» и «сфера». Когда расплавленная магма поднимается из глубин вверх, она растягивает земную кору вплоть до разрыва, чаще эти разрывы происходят в океанских глубинах. Движения магмы порой ведут к изменениям скорости вращения и соответственно — фигуры Земли.

Литосфера не является сплошным однородным покровом, она сложена из 13 больших блоков — плит толщиной от 60 до 100 км. Все литосферные плиты имеют как материковую, так и океаническую кору. Самыми крупными плитами литосферы считаются Американская, Антарктическая, Индо-Австралийская, Евразийская и Тихоокеанская.

Подвижность астеносферы обеспечивает медленное, со скоростью 1–6 м в год, движение плит литосферы относительно друг друга по пластичному слою астеносферы. Движение сопровождают земной магнетизм, извержения вулканов и тектонические процессы. Постоянное перемещение плит литосферы было установлено при сопоставлении снимков, сделанных с искусственных спутников Земли.

Мантия Земли сложена из 2 частей, различных и по плотности вещества, и по толщине. Нижнюю часть толщиной около 2000 км составляет вещество с кристаллическим строением.

Движение плит объясняет причину совсем иных очертаний материков и океанов в далеком прошлом. Факт движения плит позволяет предположить, что будущая карта мира также будет выглядеть по-другому. В наши дни неспешно расходятся в пространстве Африканская и Американская плиты. Американская плита литосферы медленно плывет навстречу Тихоокеанской плите. Евразийская плита сближается с Африканской, Индо-Австралийской и Тихоокеанской плитами.

Из-за того что движения земной коры то вверх, то вниз по причине тектонической активности происходили во все времена существования Земли, впадины формировались в разное время, поэтому они имеют различный геологический возраст. Древние впадины заполнены осадочными и вулканогенными отложениями. Самые молодые тектонические впадины четко выражены в рельефе земной поверхности.

Эти понижения земной коры бывают замкнуты или со всех сторон, или почти со всех сторон. В поперечнике они обычно достигают размеров в десятки и сотни, реже — в тысячи километров. Форма впадин, как правило, более или менее округлая либо овальная в пределах сравнительно спокойных участков земной коры. Но в ее подвижных поясах впадины имеют линейную форму, нередко они ограничены разломами.

Самые крупнейшие впадины на поверхности планеты уже заняты океанами. К числу океанических впадин относятся и впадины окраинных морей, которые развиваются в океанических условиях. Словно гирлянда, протянулись вдоль восточной окраины Евразии впадины Охотского, Японского, Восточно- и Южно-Китайского морей. Со стороны океана к этим впадинам примыкает островная дуга, а с противоположной — глубоководная равнина.

Между подводными хребтами и поднятиями формируются межгорные океанические глубоководные впадины и котловины, наиболее ярко представленные в Тихом океане.

Океанические желоба

Глубоководные впадины — это преимущественно длинные (они тянутся на сотни и тысячи километров) и узкие (всего в десятки километров) прогибы океанского дна с глубинами более 6000 м, которые расположены у крутых подводных склонов материков и островных цепей. Они представляют собой, наверное, самый характерный элемент дна Мирового океана.

В последнее время термин «глубоководные впадины» все больше вытесняется термином «глубоководный желоб», который точнее передает именно форму впадин такого рода. Глубоководные океанические желоба относятся к самым типичным элементам рельефа переходной зоны между материком и океаном.

Глубоководные желоба имеют наибольшую глубину во всем Мировом океане. Согласно российским исследованиям глубина таких желобов способна достигать 11 км и более; это означает, что желоба вдвое глубже ложа океана в глубоководных котловинах. У желобов крутые отвесные склоны и почти ровное дно. В геологическом отношении глубоководные желоба являются современными геологически активными структурами. В настоящее время известны 20 таких желобов. Они расположены на периферии океанов, больше их в Тихом океане (известны 16 желобов), три — в Атлантическом и один — в Индийском океане. Самые значительные впадины, глубиной более 10 000 м, находятся в Тихом океане — это старейший океан Земли.

Обычно они параллельны окаймляющим их островным дугам и молодым прибрежным горным образованиям. Глубоководные желоба имеют резко асимметричный поперечный профиль. Со стороны океана к ним примыкает глубоководная равнина, с противоположной стороны — островная гряда или высокий горный хребет.

В некоторых местах вершины гор возвышаются относительно днища желобов на 17 км, что является рекордом среди земных значений.

Все глубоководные впадины и желоба имеют кору океанического типа. Желоб образуется в результате продавливания океанической коры при уходе под другую океаническую или континентальную кору. Плиты литосферы обычно имеют кору различного происхождения, иногда это материковая кора, иногда — кора океанского происхождения. Из-за различия типа коры во время сближения плит вдоль их границ происходят разные процессы. Когда плита с материковой корой сближается с плитой, покрытой океанической корой, то плита литосферы с материковой корой всегда надвигается на плиту с океанической корой и подминает ее под себя. Океаническая же плита выгибается и словно «ныряет» под континентальную плиту, при этом край океанической плиты, погружаясь в мантию, образует в океане вдоль берега глубоководный желоб. Противоположный край океанической плиты поднимается — там образуются островные дуги. На суше вдоль побережья поднимаются горы. По данной причине районы желобов часто являются эпицентрами землетрясений, а дно — основанием многих вулканов. Это происходит потому, что желоба примыкают к краям литосферных плит. Большинство ученых полагают, что глубоководные желоба являются краевыми прогибами, где идет интенсивное накопление осадков разрушенных горных пород.

Самым характерным примером такого взаимодействия плит с корой различного происхождения является развитие Перуанско-Чилийского желоба в Тихом океане у берегов Южной Америки и системы горного хребта Анд на западном побережье этого материка. Это развитие происходит потому, что Американская плита литосферы медленно движется навстречу Тихоокеанской плите, подминая ее под себя.

Магма, которая в основном составляет верхнюю часть мантии, в переводе с греческого языка буквально означает «густая мазь».

Другой тип представляют поперечные, или ответвляющиеся, желоба. Они пересекают океанические хребты, плато и структуры материков. Эти желоба симметрично построены и прямолинейны, имеют поперечное или диагональное строение. Иногда они выстраиваются в виде кулис. Возле фасада этих желобов обычно нет островной дуги. Они связаны с разломами, которые пересекают срединно-океанические хребты.

Параллельно глубоководным желобам располагаются промежуточные впадины, возле которых имеются сдвоенные островные дуги или погруженные хребты. Промежуточная впадина всегда размещается между внутренней вулканической и внешней невулканической островными дугами. Такие впадины никогда не бывают столь глубоководными, как соседний желоб.

Океанические горы

В центральных частях каждого из океанов расположена сеть хребтов или срединно-океанический хребет, который возвышается над подводными равнинами на 2–3 км. Общая протяженность таких хребтов превышает 60 000 км. В этих структурах идет процесс образования новой океанической коры. Из-за того что срединные хребты находятся глубоко под водой, они были открыты только в 1950-х гг. методом эхолокации морского дна. В конце 1960-х гг. появилась теория тектоники плит, объяснившая существование этих возвышенностей и параллельных им полосовых магнитных аномалий. Срединно-океанические хребты обладают относительно выдержанной формой и геологическим строением. Их вид намного однообразнее по сравнению с горными хребтами, которые расположены на суше. Это объясняется тем, что горы на суше формируются в результате комплекса процессов и находятся на разном эрозионном уровне. Подводные хребты не подвержены ветровой и морозной эрозии.

Срединно-океанические хребты способны расходиться быстро или медленно. Для хребтов, у которых плиты расходятся со скоростью 8–16 см/г., типично отсутствие прогиба в центральной части. Характерным примером такого рифта может послужить Восточно-Тихоокеанское поднятие. Медленно расходящиеся хребты имеют отчетливую центральную котловину — рифт глубиной 4000–5000 м. Возраст участков со старой корой доходит до 180 млн лет. Очень древнее дно Средиземного моря достигает возраста в 280 млн лет.

Между срединными океаническими хребтами и континентами простираются глубоководные котловины с глубинами в 5–6 км. Их однообразный равнинный рельеф нарушают многочисленные холмы в сотни метров высотой, одиночные горы или группы гор преимущественно вулканического происхождения.

Местами горы объединены в цепи, а их вершины выдаются над поверхностью океана, образуя острова и архипелаги, которые в особенности многочисленны в Тихом океане. Высота таких океанических гор, вздымающихся над поверхностью океана иногда на километры при глубине океана в 5–6 км, по сути существенно превышает высоту самых больших гор на суше. Для океанических гор Джомолунгма (Эверест) с высотой в 8848 м — явление рядовое.

Подводные горы — это своеобразные окна в глубине Земли, помогающие разъяснить всевозможные глубинные процессы. Так, температурные и механические свойства океанической литосферы можно определить по изгибам океанической коры, обусловленным ростом подводных гор на ее поверхности. Цепочки подводных гор отмечают абсолютные движения тектонических плит, предоставляя ключевые сведения о взаимодействии перемещающихся плит и движущихся обломочных осадочных материалов. Те цепи подводных гор, которые ассоциируются с активными и историческими вулканами, рассматриваются как следы движения плит с увеличивающимся возрастом по отношению к стационарным долго живущим горячим точкам. Таким образом они сообщают сведения о Земле в целом и мантийной конвекции.

Рост подводных гор связан с частичным плавлением глубинных мантийных источников, их изучение дает уникальную возможность взглянуть на химическое строение и неоднородность глубинных областей Земли.

Исследования подводных гор дают обширное количество дополнительных геохимических и геофизических сведений для того, чтобы продвинуться в наших знаниях о планете. Последние десятилетия принесли новые знания о глубинной структуре подводных гор, океанических островов и о подстилающей их литосфере.

Подводные горы и океанические острова являются на океанической коре образованиями высотой около 8 км и шириной около 100 км. Фланги, а порой и верхняя часть таких гор включают в себя вулканические породы. Кора, подстилающая эти вулканические сооружения, имеет скоростную структуру и мощность, типичную для нормальной океанической коры. Изверженные базальты, которые слагают подводные горы, оказывают существенные гравитационные нагрузки на поверхность океанической коры. Петрологию и геохимию подводных гор можно применить для оценки потенциальной температуры мантийных источников.

Исследователям еще предстоит определить: можно ли использовать геохимическую историю цепочек подводных гор для лучшего понимания плавления мантии и причин ее геохимической неоднородности.

Глубоководные существа

Самые глубокие желоба находятся в Тихом океане — это Марианская впадина глубиной 11 022 м и желоб Тонга — 10 838 м. Марианская впадина, или Марианский желоб, — это океаническая впадина на западе Тихого океана. В настоящее время она является глубочайшим из известных на Земле географических объектов.

Впервые исследования Марианского желоба были проведены английской экспедицией на судне «Челленджер», занимавшейся первыми системными промерами глубин Тихого океана. Поэтому второе название Марианской впадины — Бездна Челленджера, и это самое глубокое место в Мировом океане.

В 1957 г. советская экспедиция на судне «Витязь» обнаружила в Марианской впадине глубину в 11 034 м — это максимальная глубина Мирового океана. Эта же экспедиция в 1958 г. установила наличие жизни на глубинах свыше 7000 м, хотя до этого считалось, что на таких глубинах жизнь невозможна.

Впадина простерлась на 1340 км вдоль Марианских островов. Здесь проходит граница стыковки 2 тектонических плит в зоне движения по разломам, где Тихоокеанская плита уходит под Филиппинскую. Впадина имеет дугообразный профиль, обращенный в сторону океана, склоны с крутизной в 7–9°. Ее плоское дно шириной 1–5 км разделено порогами на несколько отдельных замкнутых впадин с глубиной 8–11 км. Марианский желоб относится к типу периферийных желобов, расположенных по краям океанов.

Давление воды у дна достигает 108,6 МПа — это более чем в 1100 раз превышает нормальное атмосферное давления на уровне Мирового океана. Температура воды — более +2 °C, хорошо развита вертикальная циркуляция, что предполагает содержание в воде кислорода. Эти особенности создают благоприятные условия для развития живых организмов.

Дальнейшие исследования 23 января 1960 г. закончились поистине сенсационно. На дно Марианского желоба на глубину 10 915 м было произведено погружение батискафа «Триест», имеющего шарообразную форму, диаметром около 9 м.

Аппарат пилотировали офицер военно-морских сил США Дон Уолш и швейцарский исследователь Жак Пикар, защищенные бронированными стенками батискафа толщиной 12 см. В течение 30 мин. «Триест» оставался на дне Марианской впадины. Исследователи убедились в том, что самые глубинные слои океана, где температура воды всего +3 °C, населены живыми организмами, измерили и радиоактивность воды у самого дна впадины.

Однако им хотелось узнать: как живые организмы приспособились обитать на такой огромной глубине, как они выглядят, если на них давят огромные массы океанических вод. Такие глубины исследовать очень сложно, но изобретательность человека не знает пределов.

Со временем исследования ученых в Тихом океане показали, что на глубинах, превышающих отметку в 6000 м, существуют огромные колонии живых организмов — погонофоры. Название pogonophora происходит от греч. pogon — «борода» и phoros — «несущий». Этот тип морских беспозвоночных животных обитает в длинных хитиновых трубках, открытых с обоих концов.

Завеса тайны была приоткрыта в последнее время с помощью пилотируемых и автоматических подводных аппаратов. Они произведены из сверхпрочных материалов и оснащены видеокамерами. Результатом исследований стало открытие богатого сообщества животных, которое состоит как из известных, так и не очень привычных морских групп.

На глубинах 6000–11 000 м были обнаружены барофильные бактерии, которые способны развиваться только при высоком давлении. Из числа простейших там обитают фораминиферы, представляющие отряд простейших подкласса корненожек с цитоплазматическим телом, облаченным раковиной, и ксенофиофоры — барофильные бактерии. Там водятся и многоклеточные: многощетинковые черви, равноногие раки, бокоплавы, голотурии, двустворчатые и брюхоногие моллюски.

На глубины не проникает солнечный свет, отсутствуют водоросли. Там постоянная соленость воды, низкие температуры и обилие двуокиси углерода. Давление воды увеличивается на 1 атм на каждые 10 м. Однако у обитателей бездны достаточно пищи — это бактерии, а также дождь «трупов» и органический детрит, которые поступают сверху.

Глубинные животные или слепые, или обладают очень развитыми глазами, часто телескопическими. Многие рыбы и головоногие моллюски оснащены фотофторами; у остальных форм светится поверхность тела или ее участки. Здесь обитают пугающего вида черви длиной 1,5 м, безо рта и ануса; осьминоги-мутанты; редчайшие морские звезды. Кроме них, выявлены мягкотелые существа двухметровой длины, пока не поддающиеся идентификации. В какой-то степени облик этих животных столь же ужасен и невероятен, как страшны обстоятельства, в которых они живут.

Исследования Марианской впадины продолжаются, в частности японские исследователи в 2005 г. обнаружили 13 видов неведомых науке одноклеточных, которые существуют уже почти миллиард лет в неизменном виде. Микроорганизмы обнаружились в пробах грунта, которые осенью 2002 г. на глубине 10 900 м взял в разломе Челленджера японский автоматический батискаф «Кайко».

«Челленджер» — это военный трехмачтовый корвет Великобритании с парусным оснащением. В 1872 г. он был перестроен в океанографическое судно для гидрологических, геологических, химических, биологических и метеорологических работ.

Группа специалистов во главе с профессором Хироси Китадзато из японской Организации по изучению и освоению океана в 10 см³ почвы обнаружила 449 прежде незнакомых первобытных одноклеточных размерами 0,5–0,7 мм, круглой или удлиненной формы. По прошествии нескольких лет исследований их подразделили на 13 видов. Они почти полностью соответствуют тем «неведомым биологическим окаменелостям», которые были обнаружены в 1980-х гг. на территории России, Швеции и Австрии в слоях почвы, имеющих возраст от 540 млн до 1 млрд лет.

Но это была далеко не последняя удивительная находка. В 2008 г. экспедиция, изучавшая океаническое дно на глубине 8000 м, обнаружила неведомые виды рыб и ракообразных. Возник целый ряд вопросов: чем питаются, как размножаются и выдерживают такое давление воды глубоководные жители. Вопрос с питанием был быстро снят: по всей вероятности, пищей им служит органика, затягиваемая во впадины, словно в воронку.

Несмотря на многие открытия и достижения в исследованиях Марианской впадины, число вопросов не уменьшилось. Напротив, появились новые загадки, которые только предстоит разрешить. Океанская же бездна хорошо умеет хранить свои тайны. Как скоро людям удастся раскрыть их?