Океанское дно кажется ровной и безжизненной поверхностью только на схематичных картах. В действительности оно изрезано горными хребтами, вулканами, глубокими желобами и широкими равнинами, а местами пересечено долинами и трещинами. Этот рельеф формируется движением земной коры, вулканизмом, осаждением частиц и оползнями. Чтобы понять, как работает эта система, исследователи сопоставляют измерения глубины с данными о составе пород, землетрясениях и движении океанской воды.
Изучение дна важно не только для геологии. Подводный рельеф влияет на маршруты течений, места обитания животных и прокладку кабелей, а сведения о нём нужны для безопасного судоходства. При этом карта океана — не фотография поверхности: её точность зависит от способа измерений и того, насколько подробно обследован конкретный участок.
- Что скрывается под толщей воды
- Главные формы рельефа
- Почему рельеф постоянно меняется
- Как учёные измеряют глубину и строят карты
- Сонар с судна
- Спутниковые наблюдения и подводные аппараты
- Почему карты океана бывают разной точности
- Зачем изучать океанское дно
- Частые вопросы
- Океанское дно ровное или гористое?
- Можно ли увидеть дно со спутника?
- Почему возле гидротермальных источников есть жизнь?
- Почему карта дна может измениться?
Что скрывается под толщей воды
Океаническая кора образует дно морей и океанов, но её поверхность покрыта осадками разной толщины. Они накапливаются из частиц, переносимых реками и ветром, остатков организмов, вулканического пепла и материала, образовавшегося при разрушении пород. Ближе к континентам осадочные слои обычно могут быть особенно значительными, тогда как на некоторых участках океанского дна кора обнажена или покрыта тонким слоем.
Подводный рельеф связан с тем, как движутся литосферные плиты. В одних местах плиты расходятся, в других сближаются, а в третьих скользят вдоль границ друг друга. Эти движения медленны по человеческим меркам, но на протяжении геологического времени они создают огромные формы рельефа и сопровождаются землетрясениями и вулканической активностью.
Главные формы рельефа
- Срединно-океанические хребты — протяжённые подводные горные системы, связанные с зонами расхождения плит. В трещины между плитами поднимается горячий материал мантии, который остывает и формирует новую океаническую кору.
- Глубоководные желоба — длинные и узкие впадины, возникающие в районах субдукции, где одна литосферная плита погружается под другую. Такие зоны связаны с мощными землетрясениями и вулканическими дугами.
- Абиссальные равнины — обширные сравнительно ровные области глубоководного дна. Их неровности частично сглаживаются накоплением осадков, которые постепенно заполняют понижения.
- Подводные горы и вулканы — возвышенности, многие из которых имеют вулканическое происхождение. Если вершина вулканической горы когда-то достигала поверхности океана, а затем была срезана волнами и погрузилась, её плоская вершина может иметь форму гайота.
- Подводные каньоны — глубокие долины на континентальном склоне и в прилегающих районах. Их формированию могут способствовать потоки осадка и воды, спускающиеся по склону; важную роль в отдельных местах играли также изменения береговой линии и уровня моря.
Почему рельеф постоянно меняется
Новая океаническая кора формируется главным образом у срединно-океанических хребтов. Горячая порода поднимается из глубин, частично плавится при изменении давления, а расплав застывает и становится частью коры. По мере образования новой коры более старая постепенно отодвигается от оси хребта. В районах субдукции океаническая плита уходит вниз, поэтому океаническое дно непрерывно создаётся и перерабатывается.
Вулканизм добавляет на дно лаву и обломочный материал, а подводные оползни способны за короткое время переместить большие массы осадка. Затем поверхность изменяют медленные процессы: частицы оседают из воды, химические вещества откладываются на породах, а течения сортируют и переносят донный материал. Поэтому даже удалённая от берега равнина — не обязательно неподвижная «пустыня»: её форма и покрытие складываются из множества процессов с разной скоростью.
На глубине существуют и гидротермальные источники. Морская вода просачивается в трещины коры, нагревается вблизи горячих пород и возвращается в океан, перенося растворённые вещества. При смешивании с холодной водой некоторые вещества осаждаются, образуя характерные отложения и сооружения вокруг выходов горячей жидкости. В сообществах возле таких источников основу пищевых цепей могут составлять микроорганизмы, использующие химическую энергию, а не солнечный свет.
Как учёные измеряют глубину и строят карты
Сонар с судна
Основной способ подробного картографирования — эхолокация. Судно посылает звуковой импульс ко дну и регистрирует время, за которое отражённый сигнал возвращается. Если известна скорость звука в воде, по времени рассчитывают расстояние; поскольку сигнал проходит путь вниз и обратно, результат делят на два. Скорость звука зависит, в частности, от температуры, солёности и давления, поэтому при обработке учитывают свойства водной толщи.
Многолучевой эхолот измеряет глубину сразу в полосе под судном, направляя множество звуковых лучей под разными углами. Так можно получить подробную полосу промеров и распознать склоны, выступы и углубления. Однако судно должно пройти над изучаемым районом, а значит, съёмка больших площадей требует времени. Между маршрутами могут оставаться пространства, для которых известны лишь более общие оценки.
Спутниковые наблюдения и подводные аппараты
Спутник не фотографирует глубокое дно сквозь толщу воды так, как фотографирует поверхность суши. Альтиметрические измерения позволяют оценивать небольшие изменения высоты морской поверхности. На них, среди прочего, влияет распределение массы под водой: крупные горы и впадины меняют гравитационное поле и создают слабые особенности поверхности океана. По таким данным можно выявлять большие структуры и уточнять общую картину, но мелкие формы надёжнее измерять эхолотом.
Для детального обследования отдельных мест применяют автономные подводные аппараты, телеуправляемые аппараты и исследовательские подлодки. Они несут камеры, сонары и приборы для измерения параметров воды, а некоторые аппараты могут брать пробы. Снимки показывают местные условия, но охватывают сравнительно небольшие участки и не заменяют картирование обширного района. Геологи также изучают образцы донных пород и осадков, чтобы проверить, из чего сложено дно и как оно менялось.
| Метод | Что показывает лучше всего | Ограничение |
|---|---|---|
| Многолучевой эхолот | Подробную глубину и форму участка под маршрутом судна | Нужно пройти над районом; между маршрутами могут оставаться пробелы |
| Спутниковая альтиметрия | Крупные подводные структуры и общий рельеф | Не даёт такой же детализации, как прямой промер эхолотом |
| Подводные аппараты и камеры | Локальные условия, организмы и особенности поверхности | Осматривают ограниченные участки и требуют сложной экспедиции |
| Отбор проб | Состав пород и осадков, сведения об их происхождении | Точка отбора не описывает весь окружающий район |
Почему карты океана бывают разной точности
Карта глубин объединяет измерения, сделанные разными методами и в разное время. В местах интенсивного судоходства или научных работ может быть много прямых промеров, тогда как удалённые районы часто описаны менее подробно. Если измерений мало, картографы используют математическую интерполяцию — оценивают промежуточные значения между известными точками. Такая модель помогает увидеть общую форму дна, но не подтверждает существование каждой небольшой впадины или возвышенности.
Поэтому на картах важно различать реальные измерения и участки, восстановленные по косвенным данным. Детальность изображения тоже не всегда означает детальность исходной съёмки: программное увеличение масштаба не добавляет новых наблюдений. Исследователь может уточнить карту, сопоставив батиметрию с геологическими образцами, данными о сейсмичности и наблюдениями подводного аппарата. Новые измерения иногда меняют представление о местном рельефе, не отменяя при этом общей геологической картины.
Зачем изучать океанское дно
Подводные горы и хребты направляют и изменяют движение водных масс, а сложные склоны создают разные условия для морских организмов. Гидротермальные источники помогают исследовать жизнь, основанную на хемосинтезе, и обмен веществами между океаном и земной корой. Изучение желобов и зон разломов важно для понимания землетрясений и связанных с ними опасностей. Карты глубин также необходимы для планирования морских работ и прокладки кабелей, хотя для конкретного проекта требуются собственные подробные обследования.
У океанского дна нет одного универсального объяснения: его облик складывается из тектоники, вулканизма, осадконакопления и переноса вещества водой. Сонар раскрывает форму поверхности, спутниковые наблюдения помогают увидеть крупномасштабные структуры, а пробы и подводные аппараты дают сведения о составе и локальных условиях. Чем больше независимых данных совпадает, тем надёжнее объяснение того, как возник конкретный участок. Именно поэтому карта морского дна — не законченная иллюстрация, а научная модель, которую можно уточнять новыми наблюдениями.
Частые вопросы
Океанское дно ровное или гористое?
Оно очень разнообразно: на дне есть горные хребты, вулканы, желоба, каньоны и обширные равнины. Ровными некоторые области выглядят потому, что осадки заполняют углубления и сглаживают неровности. Масштаб рельефа также зависит от того, насколько подробно сделана карта.
Можно ли увидеть дно со спутника?
Спутниковые приборы измеряют свойства поверхности океана, а не получают обычное изображение глубокого дна. По небольшим изменениям поверхности исследователи могут косвенно оценивать крупные структуры, связанные с распределением массы под водой. Для более точных измерений глубины используют эхолоты и другие подводные приборы.
Почему возле гидротермальных источников есть жизнь?
Некоторые микроорганизмы получают энергию из химических реакций с веществами, поступающими из источников. Они могут поддерживать пищевые цепи, в которых участвуют и другие организмы. Такие сообщества не зависят напрямую от солнечного света так, как большинство экосистем у поверхности.
Почему карта дна может измениться?
Новые промеры уточняют глубину и форму участков, которые прежде были описаны приблизительно. Кроме того, дно меняют извержения, оползни и другие геологические процессы. Поэтому обновление карты обычно означает появление более точных данных, а не то, что весь океанский рельеф внезапно изменился.
