книги из ГПНТБ / Диомидов М.Н. Покорение глубин

тографированием поверхности дна на больших глубинах, иссле­ дованиями проб грунта и непосредственными наблюдениями из гондол батискафов установлено, что огромные пространства дна устилают поля рудных конкреций с высоким содержанием многих ценнейших металлов.

В океанах конкреции залегают на различных глубинах, но огромное их количество находится на глубине от 4 до 7 км. Же­ лезомарганцевые конкреции представляют черные, иногда округ­ лые, похожие на картофелины, образования или слоистые натеки. Нередко они устилают дно сплошным покровом и отдельные его

трех океанов составляют около 200, а всего на дне Мирового

2%- Кроме того, в этой руде имеется большое количество радио­ активных, рассеянных и редких элементов, также необходимых современной промышленности. В частности, в конкрециях содер­ жание таллия в 50—100 раз выше, чем в осадочных породах суши. Можно напомнить, что мировые запасы ценнейшего металла ко­ бальта на суше определяются в 1 млн. т, а количество кобальта в конкрециях достигает 2 млрд. т.

Богатства, растворенные в водах океана, огромны. Если, на­ пример, извлечь все золото, находящееся в морской воде, то его станет больше, чем на земле меди. Когда человек узнает секреты биохимического накопления элементов растениями и животными, возможно, будут найдены новые методы извлечения из морской воды ценных металлов, редких и рассеянных элементов. Но до сих пор эти богатства недоступны и человек лишь приступает к их исследованиям.

41

Обширные районы дна океанских бассейнов заполнены кремнеземовыми и известковыми илами, представляющими продукт на­ копления панцирей, створок и скелетов организмов, в далекие вре­ мена населявших океан. В течение миллионов лет тонущие отми­ рающие растения и животные устилали дно скелетными остат­ ками.

Красная глина на суше не встречается, она является исключи­ тельно продуктом моря. Как показали исследования океанических осадков, красные глины занимают огромные площади дна трех океанов. В верхнем слое они содержат такое количество радия, которое превышает его запасы в недрах коры всей суши.

В составе красной глины обнаружены мелкие «магнитные» ша­ рики, содержащие большой процент никеля. Некоторые ученые считают, что эти шарики космического происхождения, но на по­ верхности суши они пока не обнаружены. Наибольший диаметр таких шариков 130 микронов. Предполагается, что общий вес нике­ левых шариков, выпадающих в год на поверхность Земли, колеб­ лется от 175 до 2400 т.

Историки пока не могут ответить на вопрос, что стало известно человеку раньше: уголь или нефть? В храме огнепоклонников около селения Сураханы более 8000 лет назад горели «вечные огни», питаемые природными газами, выходящими на поверхность из недр Земли. Нефть и асфальт добывались на берегу Евфрата за 5 ты­

Тем не менее, начиная с глубокой древности вплоть до нашего столетия, нефть в качестве топлива не применялась, а использо­ вался каменный уголь. Только с изобретением двигателей внутрен­ него сгорания началось широкое использование нефти. Мировая добыча нефти в 1850 г. составляла всего 500 г, а в настоящее время превышает миллиард тонн и продолжает ежегодно увеличи­ ваться. Нефть служит не только источником энергии, но и ценным сырьем для производства многих синтетических материалов.

Существует множество учений о природе образования нефтя­ ных залежей, но все они сводятся к двум теориям: неорганического и органического происхождения нефти.

Сущность первой теории, автором которой является Д. И. Мен­ делеев, заключается в том, что нефть образовалась в результате химических реакций между карбидами тяжелых металлов, зале­ гающими в недрах Земли, и водой. В дальнейшем, по мере раз­ вития науки, эта теория становилась все более сомнительной. В на­ стоящее время принята органическая теория происхождения нефти, доказывающая, что родиной нефти являлись моря и океаны, давно исчезнувшие с лица земли. Так, 240 млн. лет назад между Ледо­ витым океаном и Каспийским морем находилось огромное теплое море. Остатки растений и животных опускались на его дно и по­ степенно превращались в ил. В результате изменений климатиче­ ских и геологических условий отложение органического материала

42

прекратилось и образовавшееся илистое дно покрылось глинистыми и песчаными отложениями. Огромное количество отложений, изо­ лированное от кислорода воды и воздуха, оказалось под боль­ шим давлением. При благоприятных условиях органические отло­ жения, много лет находившиеся без доступа воздуха, превратились в нефть. Через миллионы лет в этом месте поднялась земная кора. Море отступило, а его дно стало гористой страной. Так обра­ зовались несметные нефтяные богатства на обширной территории от современного Закавказья и к западу от Урала до Архангельской области. Аналогично образовались и сибирские нефтяные залежи, простирающиеся до шельфа Ледовитого океана.

Советские палеонтологи и геологи в настоящее время распо­ лагают точными научными данными о том, что органическая жизнь бурно развивалась два миллиарда лет назад, что нефть сибирской платформы имеет возраст порядка 550 млн. лет, а возраст нефти, открытой в районе сибирского города Нефтеленска, примерно ра­ вен миллиарду лет.

Процессы нефтеобразования происходили не только в древние геологические периоды; они происходят и в настоящее время. Там, где существуют благоприятные условия, морские растения и жи­ вотные продолжают давать исходный материал, необходимый для образования огромных запасов нефти.

Неограниченные возможности «природной промышленности» нефтяного сырья подтверждаются необычайно быстрым ростом морских растений, о чем уже известно читателю. Кстати, можно добавить, что микроскопические водоросли — диатомеи — при особо

равную всей нашей планете, а растительный планктон океана свя­ зывает ежегодно 60 млрд, т органического углерода (что вдвое превышает вес открытых запасов нефти на Земле).

Разведчики нефтяных месторождений считают, что самые бо­ гатые запасы нефти находятся в море, так как нефть скапливается в пластах наиболее пониженных участков земной поверхности, ко­ торые закрыты плотными осадочными породами и, как правило, затоплены морями и океанами. Эта теория подтверждается откры­ тием нефти и газа в недрах дна Северного, Балтийского морей и Северного Ледовитого океана. В настоящее время еще далеко не все нефтеносные залежи открыты на суше, но, возможно, еще больше их скрыто в недрах дна морей и океанов.

Трудно сейчас что-либо добавить о сокровищах Мирового океана, но следует отметить, что все осадочные горные породы, являющиеся источниками многих ценных ископаемых на суше, в далекие времена образовались в морских глубинах.

Изучение дна Мирового океана очень важно для развития раз­ дела геологии, изучающего формы залегания горных пород и исто­ рию перемещения земной коры. В различных районах земной коры, находящихся под океаном, скрыта разгадка многих тайн геологи­ ческих процессов как происходивших в древние времена, так и про­

44

текающих в наши дни. Эти процессы привели к образованию и глу­ бочайших впадин океана, и горных хребтов.

Особый интерес представляют островные дуги западного района Тихого океана. В их состав входит и Камчатско-Курильская гряда, изучение которой является одной из сложных задач, стоящих пе­ ред нашей наукой.

Камчатско-Курильская дуга — не только цепь островов. Это об­ ширный геолого-географический комплекс шириной во много сотен километров, которому свойственны сильная и разнообразная под­ вижность и формирование горных цепей. На запад от Курильской гряды расположено Охотское море с глубинами до 3,5 км, а с во­ стока к ней прилегает глубоководная впадина дна океана. Про­ меры этой впадины показали, что ее глубина достигает 10 382 м. По восточной стороне дуги на океанском дне находятся многочис­ ленные центры землетрясений. По западной стороне Тихого океана на большом протяжении проходит линия разломов и изгибов зем­ ной коры, находящейся в движении; ее отдельные участки взды­ маются горными хребтами с вершинами высотой 11 —13 км до уровня дна.

В этом районе разломанная земная кора, скрытая под толщей океанской воды, подвергается огромному боковому давлению, ко­ торое и производит ее смещение. Часть земной коры, находящейся под океаном, как бы перемещается под материковый массив, по­ добно льдине, заходящей под соседнюю льдину во время ледо­ хода. Такие перемещения земной коры, скрытые иод толщей океана, не проходят бесследно для густонаселенных японских островов. Они сопровождаются сильными землетрясениями, разру­ шающими целые города и приносящими гибель тысячам людей.

Там, где действуют подводные вулканы, раскаленные лава и газы, извергаясь из недр Земли, встречаются с толщей воды и вы­ зывают в глубинах океана сильные взрывы. Огнедышащие вул­ каны гаснут при соприкосновении с водой, но энергия взрыва, так же как и подводные землетрясения, образует на поверхности океана огромные волны, распространяющиеся со скоростью 800 км/ч. Достигая суши, волны обрушиваются на берег и произ­ водят внезапные катастрофические разрушения. Эти страшные волны японцы называют цунами («цу» означает порт, «нами» — волна).

Цунами возникают в результате внезапного опускания или под­ нятия больших площадей морского дна, падения масс грунта в море с прибрежных склонов материка или оползней, образую­ щихся на склонах подводных каньонов. В результате подводных вулканов или колебаний океанского дна происходит моретря­ сение. Огромные водные массы начинают колебаться, и волны вы­ сотой до 40 м распространяются со скоростью до 800 км/ч.

В океане над большими глубинами возникают волны высотой до 100 м. Однако на поверхности они имеют небольшой уклон, по­ этому незаметны.

45

Цунами с огромной силой обрушиваются на сушу и смывают целые поселения, расположенные на берегу, причем гибнут тысячи людей, за несколько минут до этого даже не подозревавшие об ожидающей их участи.

В настоящее время на побережьях, подвергающихся разруше­ ниям цунами, оборудуют гидроакустические станции предупрежде­ ния. Население оповещается о приближении цунами и успевает уйти в горы.

Особое значение имеет изучение грунта дна. В морских от­ ложениях легче установить возраст отдельных слоев и, следова­ тельно, можно многое узнать о геологическом прошлом нашей пла­ неты. Для получения проб грунта со дна океана используют грун­ товые трубки. Они дают возможность поднять с любой глубины колонки грунта длиной в несколько метров, что соответствует тол­ щине грунта, отлагавшейся в течение примерно 1 млн. лет. Ана­ лизируя отложения грунта, можно точно восстановить климати­ ческие изменения, которые происходили за этот период времени. Так, в 1949 г. при исследовании грунта Черного моря удалось уста­ новить, что оно в течение 21 млн. лет несколько раз меняло свою соленость. Еще сравнительно недавно пролива Дарданеллы не су­ ществовало: Черное море не соединялось со Средиземным и имело меньшую соленость.

Изучение остатков организмов, захороненных в различных слоях толщи грунта, дает возможность с большей точностью определить климатические условия прошлых геологических периодов. Раскры­ тие истории и смены климата за последние десятки тысяч лет пред­ ставляет большой интерес и для антропологии — науки, занимаю­ щейся изучением истории развития человека.

Изучение современных морских животных дает возможность выяснить геологическое прошлое Земли. Так, изучение глубоковод­ ной фауны позволило установить, что примерно 4—5 млн. лет назад материки Северной и Южной Америки не были связаны Панам­ ским перешейком: Атлантический океан соединялся с Тихим.

Разностороннее изучение океана позволяет установить широкие связи между рядом наук и сделать далеко идущие выводы. «Сухо­ путные» науки не могут дать основы для многих таких выводов и обобщений, поскольку, как уже отмечалось, в поверхностных, до­ ступных изучению слоях Земли изменения происходили и происхо­ дят относительно быстро.

Представление о могуществе и богатствах Мирового океана будет неполным, если не упомянуть о его энергетических ресурсах, пока не используемых человеком.

Мы уже говорили, что океаны являются огромными аккумуля­ торами тепла, получаемого от Солнца и из недр Земли, океанские течения переносят тепло от экватора к полюсам и холод в обрат­ ном направлении. Только из Атлантического океана в Арктику ежегодно поступает до 240 000 млрд, ккал тепла, которое может

46

Но не только тепловой энергией богат океан.

Когда по морю бегут волны высотой 5 м, на одном квадрат­ ном километре «пропадает» 3 млн. кет энергии. У открытых океан­ ских берегов даже в тихую погоду никогда не прекращается при­ бой. Обычно высота волн прибоя 3—6 м, но иногда она дости­ гает 10 м. Огромная энергия прибоя разрушает и размывает бе­ рега, отвоевывая большие участки суши, перемещает массы песка и ила, засоряя фарватеры каналов и рек. Прибой и морские волны причиняют огромные бедствия и убытки. Однако попытки человека использовать эту колоссальную энергию волн пока еще не вышли из стадии проектных разработок.

Механическая энергия океанов проявляется не только в виде ветровых волн; мощность океанских течений также выражается невероятной цифрой. Только один Гольфстрим переносит почти

в1000 раз больше воды, чем Обь и Енисей вместе взятые. Но многоводные реки давно используют для получения электроэнер­ гии, а вот океанские течения из-за их малых скоростей остаются недоступными для современной энергетики.

Кроме постоянных течений, громадные массы воды переносятся

вморях и океанах приливами и отливами, возникающими под влия­ нием сил притяжения Луны и Солнца. Эти космические силы соз­

дают разницу уровня между приливом и отливом в 10 и даже в 12 м, в то время как современные гидротурбины могут работать при разнице уровня уже в 2 м.

Полная мощность океанских приливов превышает 1 млрд, кет, но ее использование пока ничтожно. Только в Китае и во Фран­ ции работают приливные гидростанции небольшой мощности. Раз­ работаны проекты крупных приливных гидростанций, способных вырабатывать 10—15 млрд, квт-ч электроэнергии в год. Одну из таких гидростанций предполагают построить в Аргентине (в заливе Сан-Хозе).

В1967 г. во Франции в бухте между городами Динар и СенМало построили приливную гидроэлектростанцию с плотиной дли­ ной 350 м. Вслед за ней планируется построить гигантскую при­ ливную электростанцию мощностью 12 млн. кет, длина плотины которой будет 18 км.

В1969 г. в Кольском заливе в губе Кислой зажглись огни от первой в Советском Союзе приливной электростанции.

Для выработки электроэнергии можно использовать разницу как уровней воды океанских приливов и отливов, так и уровней температур воды поверхностных и глубинных горизонтов. В тропи­ ках эта разница достигает 20° С, а в морях умеренного климата 10° С. Уже сейчас в Абиджане (на атлантическом берегу Африки) работают два турбогенератора общей мощностью 14 000 кет. По­ верхностную воду с температурой 28—30° С подают в паровой

47

котел, в котором создан вакуум; вода в котле закипает, и пар вращает турбину. Для охлаждения отработанного пара исполь­ зуют холодную воду, подаваемую по трубам с глубины 500 м.

В будущем источником энергии может служить тяжелая вода, запасы которой в океанах оцениваются в 274 000 млрд. т. Атом кислорода в тяжелой воде соединен с двумя атомами дейтерия —

Сказанным далеко не исчерпываются энергетические ресурсы Мирового океана. По мере изучения океана открываются все но­ вые и все более грандиозные перспективы использования его ог­ ромной энергии.

Жизнь в океане

Если океан начал образовываться примерно 5 млрд, лет назад, то можно предположить, что его абиотическая стадия продолжа­ лась менее миллиарда лет — тогда в безжизненном океане проте­ кала лишь химическая эволюция.

Вначале океан был горячим, со временем он остыл до темпе­ ратуры + 30°, а в его солевой состав вошли все элементы, необхо­ димые для возникновения органического вещества и живой клетки.

В безжизненном океане около четырех миллиардов лет назад под действием солнечной радиации происходил синтез органи­ ческих соединений из продуктов вулканических гетеротрофных живых организмов; обновой их жизнедеятельности был фермен­

диации. Возникновение гетеротрофных живых существ, питавшихся готовыми органическими веществами, явилось качественным скач­ ком в эволюции океана. Медленное течение химической эволюции сменилось бурным темпом трансформации и обмена энергии и ве­ ществ в океане. Этому содействовала присущая живым организ­ мам грандиозная способность к воспроизводству.

После возникновения гетеротрофных организмов наступил пе­ риод накопления живой материи и возникновение ее новых свойств. Постепенно у некоторых форм древних гетеротрофов возник и стал совершенствоваться порфирин, содержащий пигмент, способный использовать световую энергию. Последующая эволюция усовер­ шенствовала свойства порфирина и привела к образованию хлоро­ филла, который стал основным звеном между энергией Солнца и жизнью на Земле. Хлорофилл послужил основой возникновения аэробных гетеротрофных организмов, питавшихся водорослями, растительноядными существами, дейтритом, — появились простей­ шие животные.

Возникновение хлорофилла имело колоссальное значение для развития растительных и животных организмов. Процесс фотосиц-

48

теза,' развившийся более трех миллиардов лет назад, коренным образом изменил эволюцию жизни вначале в океане и затем на суше. Трансформация и обмен энергии и веществ начали совер­ шаться принципиально другим путем: эволюция жизни стала более быстрой и разнообразной.

Особенно важным следствием возникновения хлорофилла было развитие основных типов водорослей, усваивавших углекислый газ и выделявших кислород. В течение сотен миллионов лет газообраз­ ный кислород, выделяемый водорослями, переходил из вод океана в атмосферу. Обилие кислорода в атмосфере Земли привело к об­ разованию в ее верхних слоях озонного экрана, препятствующего проникновению на Землю губительных для жизни жестких излу­ чений. В результате накопления кислорода началось заселение суши и развитие жизни на континентах.

Впервый период палеозойской эры — кембрийский — происхо­ дило развитие от одноклеточных животных — фораминифер — до моллюсков: брахипод (с роговой раковиной), трилобитов (похожих на раков).

Вследующем периоде — ордовикском — появился тип хордовых древнейших предков позвоночных, затем появились рыбы и древние амфибии —стегоцефалы.

В мезозойской эре возникают рептилии на суше, ихтиозавры в море и летающие ящеры в воздухе. Новые виды животных и растений развивались на основе отрицания старых качеств, тор­ мозивших естественный отбор и выживание более совершенных видов.

Уже со времени палеозойской эры в океанах обитали основные типы ныне живущих водорослей и животных. В дальнейшем в те­ чение мезозойской и кайнозойской эр происходила биологическая эволюция: естественный отбор, конкуренция из-за пищи, места оби­ тания, условий размножения. Генетические закономерности были мощнейшими стимулами бесконечного изменения и нового видо­ образования организмов в океане и на суше.

В последний, четвертый, период кайнозойской эры, длившийся всего 1 млн. лет, который также называют антропогеновым, фор­ мируется человек — своеобразная вершина эволюции живого мира. В наше время воздействие человека на моря и океаны ста­ новится в соизмеримый ряд с некоторыми крупными природными процессами.

• Очень важным условием существования жизни в океане яв­ ляется соленость его воды (в среднем около 35 частей соли на 1000 частей воды). Соли в океане так много, что если ее выпарить, то она покроет всю планету слоем толщиной 60 м, а если рас­ пределить ее только на суше, то толщина слоя увеличится до 130 м. Из каких бы точек океана ни бралась вода, анализы ее солености дают точное совпадение в соотношении отдельных составных ча­ стей: хлора, натрия, магния и других элементов.

* Ф о т о с и н т е з — процесс углеродного питания зеленых растений, осу­ ществляемый с помощью световой энергии, поглощаемой хлорофиллом.