Океанское дно кажется неподвижной и почти недоступной поверхностью, но на деле это сложная система, которая постоянно меняется. Здесь расходятся и сталкиваются литосферные плиты, извергаются подводные вулканы, оседают частицы и существуют сообщества организмов, не зависящие напрямую от солнечного света. Чтобы разобраться в загадках глубин, важно сначала понять, как измеряют морское дно и какие крупные формы рельефа скрываются под водой.
Океан покрывает около 71% поверхности Земли, а средняя глубина мирового океана составляет примерно 3,7 километра. Эти усреднённые значения не описывают разнообразие дна: рядом с берегом могут находиться мелководные равнины, а дальше — глубокие котловины и узкие впадины. Под словом «дно» поэтому скрывается не ровная площадка, а обширный подводный ландшафт, связанный с геологией всей планеты.
Как исследуют дно, которое нельзя увидеть с поверхности
Главный способ измерить глубину с судна — эхолокация. Прибор посылает звуковой импульс вниз и фиксирует время, за которое отражённый сигнал возвращается; зная скорость звука в воде, система рассчитывает расстояние до дна. Многолучевые эхолоты измеряют глубины сразу в полосе по обе стороны судна, помогая строить подробные карты рельефа.
Карта всё равно не означает, что каждый участок обследован одинаково тщательно. Данные судовых измерений особенно подробны вдоль маршрутов экспедиций, тогда как между ними могут оставаться большие пробелы. Спутниковые наблюдения помогают оценивать широкие особенности рельефа по небольшим изменениям уровня морской поверхности, связанным с гравитацией подводных гор и впадин, но это не то же самое, что прямое измерение глубины эхолотом.
Для изучения отдельных мест используют подводные аппараты, камеры, пробоотборники и приборы, которые опускают с судов. Дистанционно управляемые аппараты передают изображение и могут брать образцы, а автономные аппараты выполняют заранее заданные маршруты. Донные керны — длинные цилиндры осадка — позволяют исследовать слои, накопившиеся за длительное время, хотя их интерпретация требует лабораторного анализа и сопоставления с другими данными.
Основные формы океанского рельефа
У материков под водой продолжается континентальный шельф — относительно мелкая окраина суши. Его ширина и глубина сильно различаются: у одних берегов он узкий, у других тянется далеко в море. За шельфом обычно следует материковый склон, по которому дно быстро уходит вниз, а затем — переходные участки и глубоководные равнины.
Абиссальные равнины лежат на больших глубинах и местами выглядят сравнительно плоскими, потому что накопившиеся осадки сглаживают неровности. Но гладкость не означает отсутствия геологических структур: под осадочным покровом могут скрываться вулканические возвышенности и древние формы коры. Подводные горы, или гайоты с уплощёнными вершинами, нередко связаны с вулканической активностью и последующим изменением положения океанической плиты.
Срединно-океанические хребты образуют протяжённую систему на дне океанов. В центральной части ряда хребтов плиты расходятся, и из глубин поднимается горячий материал, который формирует новую океаническую кору. По оценкам NOAA, общая длина системы срединно-океанических хребтов составляет около 65 тысяч километров; отдельные её участки скрыты под осадками или имеют сложное строение.
Самые глубокие океанические впадины возникают там, где одна литосферная плита погружается под другую. Такие зоны называют зонами субдукции. Они связаны с землетрясениями, вулканическими дугами и переработкой океанической коры. Известная Марианская впадина — одна из таких областей; значения глубины её самой глубокой части уточняются измерениями и зависят от метода и конкретного места замера.
| Форма рельефа | Как образуется или выглядит | Почему важна |
|---|---|---|
| Континентальный шельф | Подводное продолжение материка с относительно небольшими глубинами | Связан с прибрежными экосистемами, рыболовством и освоением морских ресурсов |
| Абиссальная равнина | Глубоководный участок, местами сглаженный осадками | Сохраняет осадки и сведения о геологической и климатической истории |
| Срединно-океанический хребет | Протяжённая зона образования новой океанической коры | Показывает, как расходятся литосферные плиты |
| Океаническая впадина | Узкая глубокая зона у границы погружающихся плит | Связана с субдукцией, землетрясениями и вулканизмом |
| Гидротермальный источник | Выход нагретой химически насыщенной воды из морского дна | Поддерживает необычные сообщества жизни и переносит вещества |
Почему дно постоянно меняется
Литосферные плиты движутся, хотя обычно это происходит со скоростью в несколько сантиметров в год. В местах расхождения плит образуется новая океаническая кора, а в зонах субдукции старая кора погружается в мантию. Эти процессы не видны в повседневной жизни, но на больших промежутках времени перестраивают океанические бассейны и меняют положение подводных хребтов и впадин.
Рельеф меняют и процессы, связанные с осадками. В океан оседают минеральные частицы, остатки организмов и материал, принесённый с суши; подводные оползни перемещают большие массы осадка по склонам. Состав донных отложений зависит от глубины, расстояния до материка, течений и биологической продуктивности. Поэтому один и тот же слой может быть свидетельством сразу нескольких процессов, а не простой записью одного события.
Гидротермальные источники: тепло без солнечного света
На некоторых участках дна морская вода просачивается через трещины, нагревается рядом с магматическими породами и возвращается, обогащённая растворёнными веществами. В местах выхода образуются гидротермальные источники; некоторые из них окружены минеральными «трубами» и столбами, которые в быту называют чёрными курильщиками. Первые такие глубоководные сообщества были обнаружены в 1977 году у Галапагосского хребта.
Вода у отдельных источников может быть горячее 400 °C, но под высоким давлением глубины она не закипает так, как кипела бы у поверхности. Для жизни вокруг источников ключевое значение имеют химические реакции. Некоторые микроорганизмы получают энергию, окисляя вещества, поступающие из недр, а другие организмы зависят от этих микробных сообществ. Это называется хемосинтезом и отличается от фотосинтеза, при котором источником энергии служит солнечный свет.
Как живут организмы в темноте и под давлением
Солнечный свет проникает лишь в верхний слой океана, причём его глубина зависит от прозрачности воды и других условий. Ниже фотической зоны привычные растения не могут поддерживать фотосинтез. Многие глубоководные пищевые сети поэтому опираются на органические частицы, которые опускаются сверху, на останки животных и на локальные источники химической энергии.
Холод, темнота, ограниченность пищи и высокое давление требуют специальных приспособлений. У некоторых глубоководных животных развиты органы свечения, у других — чувствительность к движению воды или слабым химическим сигналам. Многие виды растут медленно или имеют особенности размножения, связанные с разреженным расселением. Однако океанское дно неоднородно, и нельзя описывать все глубоководные организмы одним набором правил.
Впечатляющие кадры глубоководной жизни не всегда показывают обычное состояние среды. Камера освещает участок, который в естественных условиях может быть почти полностью тёмным, а приманка или работа аппарата способны привлечь животных. Поэтому учёные сопоставляют видеонаблюдения с образцами, измерениями и повторными исследованиями, чтобы отличать поведение в естественной среде от реакции на оборудование.
Что остаётся неизвестным
Неизученность дна часто понимают неверно. Это не означает, что все его районы одинаково таинственны или что там обязательно скрываются неизвестные крупные животные. Скорее, данные собраны неравномерно: подробное обследование отдельных участков соседствует с недостаточно точными картами больших пространств. Новые измерения могут уточнять форму рельефа, состав пород и распространение местообитаний, не переворачивая при этом всю картину океана.
К важным вопросам относятся скорость обновления глубоководных экосистем, распространение микроорганизмов, перенос углерода и последствия промышленного воздействия. Интерес вызывают и полиметаллические конкреции — минеральные образования, которые растут на некоторых глубоководных равнинах. Наличие полезных металлов само по себе не означает, что их добыча безопасна или оправданна: глубоководные экосистемы уязвимы, а восстановление нарушенных участков может быть очень медленным и пока изучено не полностью.
Как читать новости о морском дне
При оценке сообщений о «сенсационных открытиях» полезно проверить, где именно проводилось исследование и каким прибором получены данные. Снимок неизвестного объекта ещё не доказывает, что это новый вид: нужны образцы или убедительный набор наблюдений и экспертная проверка. Аналогично, цветная карта глубин может быть визуализацией, а не фотографией дна; важно понимать, какие измерения лежат в её основе.
- Уточняйте, указана ли глубина непосредственно измеренная или рассчитанная по модели.
- Отделяйте отдельное наблюдение от вывода о распространении явления по всему океану.
- Проверяйте, есть ли у сообщения авторы, описание метода и дата экспедиции.
- Помните, что оценки глубины и площади могут уточняться по мере появления новых измерений.
Вопросы и ответы
Правда ли, что океанское дно ещё почти не исследовано?
Степень изученности зависит от того, что считать исследованием. Крупные особенности рельефа известны благодаря спутниковым оценкам и судовым измерениям, но подробность карт различается, а многие места не обследованы с высоким разрешением. Исследование также включает биологические наблюдения, отбор пород и измерение химических параметров — такие данные не заменяются одной общей картой.
Почему подводные источники называют чёрными курильщиками?
Так называют некоторые гидротермальные выходы, где горячая вода выносит минералы. При смешивании с холодной морской водой вещества осаждаются и образуют тёмные взвешенные частицы, из-за которых столб похож на дым. Не каждый гидротермальный источник выглядит одинаково: температура, химический состав и форма построек могут различаться.
Есть ли жизнь на самом дне океанских впадин?
Да, в самых глубоких местах обнаруживают организмы, в том числе микробов и животных, приспособленных к высокому давлению. Но состав и численность сообществ различаются от участка к участку, а новые находки требуют проверки. Сам факт существования жизни на глубине не означает, что там доступны солнечная энергия или обильная пища.
Можно ли исследовать глубоководную среду только с помощью спутников?
Нет. Спутниковые данные помогают выявлять крупные особенности и выбирать участки для дальнейшего изучения, но не дают непосредственного изображения деталей дна. Для точных измерений нужны эхолоты, подводные аппараты, пробы и другие приборы, работающие в самой воде.
Океанское дно — не пустая поверхность под водой, а динамичная часть Земли, где взаимодействуют геология, химия и жизнь. Его устройство становится понятнее, когда сопоставляют карты глубин, измерения, образцы и наблюдения животных. Именно сочетание этих методов помогает отличать реальные загадки глубин от эффектных, но недоказанных объяснений.