Прежде чем продолжать описание осадков и других горных пород, покрывающих первородное дно океана, посмотрим, что может нам дать карта рельефа океанского дна. Мы увидим позднее, что сейсмические измерения дают сравнительно мало сведений о донных осадках. Сейсмические волны позволяют получить профиль подошвы осадочного слоя, одновременно являющейся кровлей слоя 6,7 км/сек. Осадки располагаются между слоем 6,7 км/сек и поверхностью дна, так что если мы знаем глубину океана, то известна, следовательно, верхняя граница донных отложений.
Поверхность океана является удобной и ровной базисной линией, и поэтому для получения профиля океанического дна вполне достаточно измерять глубины под кораблем. Местоположение корабля определяется обычными навигационными методами: по Солнцу и звездам и по известной скорости движения в направлении, указываемом компасом. Абсолютное положение каждой точки, в которой измеряется глубина в открытом океане, не может быть установлено с точностью более нескольких миль, но относительные положения измеренных глубин в пределах ограниченной области обычно определяются без больших ошибок. Поэтому формы подводного рельефа обнаруживаются и в том случае, если их абсолютное местоположение определено не совсем точно. Измерения глубин с помощью эхолота, который может работать :во время движения корабля, поступают непрерывно, а не так, как при сейсмических экспериментах. Достоинство эхолота еще н в том, что он может работать даже в очень плохую погоду, которая мешает проведению многих других океанографических исследований. Скучные дни ожидания хорошей погоды скрашиваются, если есть возможность хоть следить за тем, как меняется глубина океана. В пасмурную погоду, когда жалобно воет ветер и море, насколько видит глаз, покрыто белыми барашками, наблюдатель, сидящий у эхолота, может видеть, как из-под пера эхолота-самописца медленно обозначаются на ленте пологие подводные возвышенности или крутые склоны гор. И в такие минуты он благодарит природу за то, что она не решилась сделать дно океана мертвым и равным.
Насколько мы знаем, дно Тихого океана с каждым годом становится все более неровным. Это вовсе не говорит о каком-то непостоянстве природы, а связано просто с исключительно быстрым развитием работ по измерению больших глубин. Теперь уже каждая океанографическая экспедиция ведет непрерывные измерения глубин во время переходов между станциями, на которых проводятся какие-либо длительные наблюдения. И при этом курс корабля прокладывается по возможности с таким расчетом, чтобы пройти через области океана, которые еще не изучены и не нанесены на карту. Сделать это не так уж трудно, поскольку всего лишь около десяти процентов площади Тихого океана изучено достаточно подробно, я только там можно уверенно утверждать, что хотя бы крупные формы подводного рельефа не пропущены предшествующими исследователями. Как показал опыт «Челленджера», до сих пор можно во время каждого плавания открывать крупную подводную гору.
Недавно была сделана попытка оценить общее количество островов и атоллов, как находящихся выше уровня океана (их, конечно, легко сосчитать), так и тех, которые по тем или иным причинам скрыты под водой и могут быть обнаружены только эхолотом. В Тихом океане, по-видимому, существует от пяти до десяти тысяч подобных гор, что соответствует примерно одной такой форме на квадрат поверхности со стороной в сто миль. До настоящего времени открыто только восемьсот подводных гор, но их общее количество можно подсчитать, если допустить, что концентрация островов и подобных им подводных структур на 90% неисследованной площади океана такая же, как и на 10% уже картированной площади. Подтверждает такие расчеты и результат, полученный при сравнении общего протяжения всех плаваний, во время которых измерялись глубины со средним количеством наблюдавшихся подводных форм на тысячу миль. Это же можно получить и третьим способом, если экстраполировать на весь Тихий океан результаты исследований в хорошо изученных областях. Возможно, все эти цифры песколько завышены, поскольку острова часто образуют линию, подобно цепи Гавайских островов, а это может привести к ошибочной оценке концентрации подводных гор в других частях океана.
Есть, в сущности, только один вполне надежный путь обнаружить все подводные формы рельефа дна в Тихом океане — составить подробную карту дна, что и является первоочередной задачей океанографов. Это, разумеется, довольно медленное дело, так как по-настоящему достоверные результаты поступают только от исследовательских экспедиций, а также гидрографических и специальных судов, прокладывающих кабели. Пассажирские и торговые суда, плавающие в океане, обычно снабжены эхолотами, позволяющими измерять глубины не более нескольких сот метров, и этого вполне достаточно, чтобы обеспечить безопасность плавания, избежать подводных скал, песчаных отмелей и затонувших кораблей. Именно поэтому деятельность гидрографических ведомств, занимающихся составлением карт, сосредоточивается в основном в прибрежных мелководных областях. В связи с этим большой интерес представляют работы по прокладке кабелей по дну океана и научные исследования на обширных пространствах океана с глубиной в несколько тысяч метров. Работы Хесса в годы войны показали, как много могут сделать даже обычные корабли, не имеющие специального оборудования; отсюда ясно видно также, что исследования в океане являются интересной областью для знтузиаста-любителя. Точно так же, как птицеловы, собиратели диких растений и радиолюбители помогают развитию соответствующих наук, занимаясь своим любимым делом, так и мореплаватели-энтузиасты могут доставлять массу новых ценных сведений о дне океана. В этом отношении необходима помощь со стороны владельцев кораблей, которые должны понимать, что затраты на приобретение и установку глубоководных эхолотов вполне окупаются, поскольку развитие наших знаний об океане в свое время даст определенную экономическую выгоду. Это особенно верно для нефтяных компаний, которые интересуются не только океанами, по которым плавают их танкеры, но и геологией дна, имеющей непосредственное отношение к добыче нефти.
Меньше ста лет назад каждое измерение большой глубины в океане считалось сложным делом. Лейтенант Спрай описал, как это происходило на борту «Челленджера» во время его кругосветного плавания в XIX в.:
«Трос, употреблявшийся для измерения глубин, имел окружность в один дюйм... метки на тросе нанесены через каждые 25 саженей... Перед началом измерений к тросу подвешивались тяжелый груз, батометр и термометры, а затем трос вытравливали с промерного мостика. Сначала лебедке давали ход, стравливая около 500 саженей троса, а после этого ставили ее на свободный ход, так что трос стравливался своим весом. При прохождении каждых 100 саженей троса отмечалось точное время, которое записывали в специальный журнал.
Продолжительность этих промежутков постепенно увеличивалась, по мере того как все больше троса уходило в воду, поскольку вес груза и троса должен был преодолевать сопротивление троса в воде, увеличивавшееся с ростом вытравленного троса. Увеличение интервалов времени прохождения 100-саженных меток шло пропорционально, и было замечено, что когда интервал доходил до четырех минут, груз обычно достигал дна на глубине от 2000 до 3000 саженей».
Затем трос, разумеется, выбирался на борт. Вся процедура в целом занимала несколько часов. А теперь эхолот может произвести измерение глубины за те несколько секунд, которые требуются звуковой волне, чтобы пройти от корабля до дна океана и обратно. Скорость звука в воде равна примерно одной миле в секунду, и поэтому на измерение средней глубины океана затрачивается лишь около шести секунд. Дело не только в том, что измерять глубины эхолотом гораздо легче, чем тросом с подвешенным к нему грузом. Новая техника позволяет получить непрерывный профиль дна, а не несколько отдельных измерений. Причем нет необходимости ожидать возвращения посланной звуковой волны, чтобы только после этого посылать следующий звуковой сигнал. Звуковые импульсы посылаются передатчиком эхолота 1—2 раза в секунду, и поэтому в воде находятся одновременно несколько звуковых волн — одни направляются ко дну, а другие уже возвращаются к кораблю.
Главной частью эхолота является источник звуковых сигналов, укрепленный в днище корпуса корабля. В ранних моделях для этой цели использовался металлический молоток, который ударял по диафрагме, вызывая импульс звуковых колебаний, распространявшихся в воде и возвращавшихся обратно после отражения от поверхности дна океана. Современные эхолоты передают импульсы звуковых колебаний высокой частоты, излучаемые с помощью вибратора, возбуждаемого электрическим способом. В момент посылки звукового сигнала перо самописца делает на движущейся бумажной ленте пулевую отметку. При возвращении звукового импульса, отраженного дном, к приемнику, он усиливается и подается на перо в виде электрического импульса, при этом перо снова делает отметку на ленте. Перо передвигается по ленте с постоянной скоростью, и, следовательно, расстояние между двумя отметками пропорционально времени, необходимому для того, чтобы звук, выйдя из передатчика, дошел до дна океана и вернулся к приемнику. На больших глубинах звуковая волна до дна и обратно идет дольше, чем на малых, и расстояние между отметками на ленте больше. Если же корабль проплывает над подводной горой, то звуковой сигнал возвращается быстрее, и промежутки между отметками на ленте соответственно уменьшаются. По мере движения корабля на бумажной лепте прибора — эхограмме — вырисовывается профиль дна океана.
Эхолот на «Челленджере» действовал непрерывно на всем его пути не только потому, что корабль был специально приспособлен для океанографических исследований, но и потому, что он входил в состав регулярного флота Гидрографической службы Адмиралтейства. Эта служба, пожалуй, самая скромная часть традиционно скромной работы самого Адмиралтейства, и лишь немногие понимают, какую огромную работу выполняют гидрографические суда, число которых составляет лишь незначительную часть всех боевых сил флота. Моряк-гидрограф прежде всего должен выполнять работы, которые требуются для Британского военного флота, но он должен также заботиться и о безопасности торговых судов. Кроме составления и издания адмиралтейских карт, используемых во всем мире, Гидрографическая служба публикует также лоции, адмиралтейские описания огней (световых навигационных сигналов) а радиосигналов и вычисляет ежегодные таблицы приливов. Эта информация обеспечивает кораблям безопасный вход в гавани и, поскольку все время строятся новые порты, эта работа постоянно расширяется. В некоторых местах, как, например, в эстуарии Темзы и на отмели Гудвин Сендс, перемещение песчаных или илистых мелей реками или приливами требует обязательной ежегодной проверки фарватера. Нефтяные компании, которые ведут теперь поиски нефти в открытом море, не могут обойтись без карт, составленных гидрографами, в таких местах, как Персидский залив; без них нельзя ни вести разведку нефти, ни строить гавани и причалы для погрузки. Гидрографическая служба — один из лучших примеров экономического использования военного флота в мирное время, а для океанографических исследований ее помощь безусловно неоценима.
На небольших глубинах эхолот рисует очень точный профиль дна, но в глубоком океане неизбежна некоторая нечеткость получаемой картины. В какой-то мере звуковые волны расходятся пучками, и в связи с этим, чтобы получить по возможности узкий, направленный пучок излучения, в современном оборудовании используются звуки такой высокой частоты, что почти не воспринимаются человеческим ухом. Однако даже с самой лучшей аппаратурой звуковые волны излучаются в виде пучка лучей и падают на поверхность дна океана в пределах окружности, имеющей почти милю в поперечнике. При этом отраженный сигнал, принимаемый на корабле, может быть получен от любой точки дна, попадающей в пределы конуса излучения. В большинстве случаев первым достигает приемника звуковой сигнал, отраженный поверхностью дна непосредственно под кораблем, поскольку он проходит самый короткий путь. Но если дно океана неровное, то возможно, что сначала будет принято эхо, отразившееся от возвышенностей, лежащих несколько в стороне от курса корабля. Это в частности бывает, если рельеф дна характеризуется крутыми склонами. Вообще из-за возможности приема сигналов, отраженных склонами, у эхолота есть тенденция сглаживать неровности дна, когда они вырисовываются пером самописца на эхо-грамме. Во многих случаях на эхограмме получается очень сложная картина перекрещивающихся линий отраженных сигналов, поскольку эхо отражается одновременно несколькими точками расчлененной поверхности дна. Это, разумеется, дает нам представление о существующих неровностях дна океана, но не позволяет точно установить их истинную форму. Подобно тому как мы не можем разглядеть расщелины и трещины на склонах горы, едва видимой на горизонте, совершенно так же и для эхолота скрыты мелкие детали подводного рельефа.
Чтобы получить верную картину подводного рельефа и установить, в какой мере подводный пейзаж отличается от того, что мы видим на суше, необходимо приблизиться ко дну океана. Для этого сейчас разрабатывается несколько способов. Одним из самых очевидных путей решения этой проблемы является фотографирование дна океана.
Много прекрасных и полезных снимков получено с помощью фотокамер, которые помещались в герметизированные контейнеры и опускались вместе с источниками света в темные глубины на несколько миль от поверхности океана. На этих снимках можно видеть следы ряби на песке, свидетельствующие о том, что и на больших глубинах существует движение воды, можно заметить ходы роющих морских животных, чудесные листья растений, отдельные скалы и гальку. На многих снимках видно только ровное плоское дно океана и ничего больше. Вообще, если бы мы захотели исследовать значительные пространства дна, то сделать это с помощью фотокамеры было бы трудно, так как объектив ее захватывает очень небольшую площадь. И это одна из причин появления нового специального глубоководного океанографического аппарата — батискафа.
Батискаф — это небольшой корабль, напоминающий подводную лодку. Он позволяет наблюдателю опуститься на дно и медленно передвигаться по нему. При этом можно видеть все вокруг батискафа, а не только ограниченный участок, вырванный из окружающей среды случайным фотоснимком; кроме того, наблюдатель может передвигаться к интересующим его предметам, чтобы получше разглядеть их. Несомненно батискаф должен дать массу новых сведений и разрешит уточнить все неясные представления и догадки, основывающиеся на использовании методов, не дающих возможности непосредственного зрительного контроля. Например, одной из трудностей сбора образцов со дна океана является то обстоятельство, что никогда нельзя быть уверенным, насколько они типичны для той обстановки, которая выявляется эхолотом. А в батискафе наблюдатель может выбирать места для отбора образцов, наиболее характерных для различных структур дна, наблюдаемых им. Наблюдатель может видеть подводные холмы и горы, отмечая, есть ли на их склонах рытвины или валуны, как это бывает в аналогичных формах на суше, или же они действительно выровнены, как это можно предположить по их сглаженному профилю, вычерчиваемому эхолотом.
Быть может, мы получим более детальные сведения, если опустим передатчик и приемник эхолота ближе ко дну океана, чтобы эхолот мог обнаруживать подробности структур с такой же точностью, с какой он определяет сейчас очертания кораблей, потерпевших крушения на небольших глубинах. Можно, конечно, поместить эхолот в батискаф, но для многих целей гораздо проще и удобнее буксировать вибраторы эхолота, подвешенные под обычным кораблем.
На небольших глубинах хорошо показал себя эхолот, действующий в горизонтальной плоскости и отмечающий предметы в том направлении, куда направлены излучаемые им сигналы. Ширина пучка звуковых волн у такого эхолота в горизонтальной плоскости очень ограниченна, но довольно значительна в вертикальной плоскости. При движении звукового луча в горизонтальной плоскости получается эффект, который может быть назван акустическим освещением; при этом просматривается довольно большое пространство дна. Отметки звуковых сигналов на ленте такого эхолота создают в совокупности картину той части дна, которая была «освещена» движущимся пучком волн, излучаемых вибратором прибора. По мере движения корабля мы получаем картину обширной области морского дна. Полученные таким эхолотом записи отраженных волн зависят от материала, слагающего дно, и от наклона поверхности дна. При неровном дне океана склоны, обращенные к эхолоту, будут давать сильное эхо, тогда как противоположные склоны окажутся в звуковой тени. На ленте прибора получится характерный рисунок черных и белых полос. Если среди рыхлых илов встречаются выступы твердых пород, они будут обрисованы очень резко, так как звуковые волны отражаются от них лучше, чем от илов. Такой прибор использовался пока еще только на небольших глубинах, но нет никаких причин, которые мешали бы опустить его в глубину на батискафе или на конце длинного троса.
Средняя глубина океанов около 14 тысяч футов (2300 саженей), но при ее вычислении учитывались все мелководные области вокруг океанических островов, а также все подводные поднятия и хребты, обнаруженные современными эхолотными исследованиями. Наряду с этим имеется много котловин с глубиной 2800—3000 саженей (17—18 тысяч футов) — вот они-то и могут считаться истинным дном океанов. Существуют и более глубокие впадины (их геологическое строение еще не выяснено), но вместе с подводными горными пиками и хребтами, поднимающимися на дне океана, о которых известно уже довольно много, все эти формы подводного рельефа представляют вторичные образования на фоне основных структур слоев земной коры под океанами.
Дно океанических котловин исключительно ровное. Когда корабль проходит над ними, наблюдатель у эхолота в течение нескольких часов обычно не видит никаких изменений профиля дна, вычерчиваемого на эхограмме. Недавно были созданы новые прецизионные эхолоты. Полученные с их помощью записи профиля дна котловин в Атлантическом океане показали, что глубина впадин на протяжении нескольких миль остается постоянной в пределах до одной сажени. Чтобы показать рельеф поверхности дна таких котловин, лежащих на глубине до 3000 саженей, приходится проводить изобаты с интервалом всего лишь в одну сажень. При этом оказывается, что дно котловин полого наклонено от краев к центру.
Однако ровное дно этих котловин все же не является первичным дном океана, поскольку взятые с них образцы представлены рыхлыми осадками. Кроме того, ровная часть дна котловин обычно бывает ограничена узкой полосой неровного дна, причем место их соединения отмечается резким изменением наклона дна. (Эти резкие границы оказываются очень характерной особенностью подводного рельефа, и поэтому они были использованы в одном исключительно изящном эксперименте, о котором мы расскажем несколько позднее.) Судя по сейсмическим данным, толщина осадочного слоя в пределах таких ровных пространств подвержена значительным колебаниям, и в свете этого становится понятно, что эти равнины соответствуют поверхности мощного осадочного покрова, выравнивающего первичные неровности океанического ложа. Конечно, могут быть такие места, где и первичное дно было ровным, и тогда покров рыхлых осадков просто повторяет его форму, но чаще толща осадков на дне океанских котловин лежит на неровностях первичного рельефа, захороняя пики и долины коренных пород.
Тщательное измерение глубин по периферии таких плоских равнин и детальные исследования прилегающих частей океанических впадин доказывают, что, без сомнения, эти равнины образованы потоками осадочного материала, стекавшего вниз по склону от мелководных мест к большим глубинам. Если смежные равнины находятся на разных уровнях, то детальные исследования всегда позволяют обнаружить место стока, где подпруженные потоки суспензии переливались из верхней котловины вниз, заполняя дно нижней котловины. Когда измерение больших океанских глубин только начиналось, предполагали, что все эти котловины представляют собой участки первичного дна океана, и только развитие методов точного измерения глубин позволило установить ступенчатый характер этих странных плоских равнин на дне океана.
Уже создан новый прибор для измерения глубин, который покажет нам рельеф поверхности коренных пород, покрытых осадочным слоем. Мощные эхолоты, работающие на низких частотах, уже позволяют проникать на несколько сот футов в рыхлые отложения и выяснять степень заиления портов или рельеф коренных пород дна океана, покрытых мягкими илами. Такие эхолоты были использованы, чтобы помочь инженерам в проектировании новых волнорезов при углублении фарватера и для выяснения трудностей, которые могли бы встретиться при строительстве туннеля под Ла-Маншем. Мощные эхолоты для звукового зондирования рыхлых осадков на больших глубинах могли бы показать первоначальную форму дна океана, до того как она была сглажена покровом ила, постепенно приносившегося с мелководий в глубокие части океана. Такой прибор мог бы быть установлен на батискафе, или же его можно буксировать на глубине за кораблем на тросе. Он почти наверняка покажет, что дно океана, сложенное твердыми породами, имеет очень расчлененную поверхность с такими же неровностями, какие видны на поверхности континентов, с отдельными вулканами и рифтовыми долинами — следами деятельности процессов внутреннего развития Земли в течение сотен миллионов лет. Но есть одна вещь, которая отличает морфологию дна океана от морфологии суши и которую можно обнаружить тщательным измерением глубин и зондированием осадочной толщи. Процессы эрозии, обусловленные на материках действием атмосферных осадков, мороза и мощным выпахиванием медленно двигающимися ледниками, не проявляются на дне океана, где формы, созданные внутренними силами Земли, не были изменены последующей медленной денудацией.
В Тихом океане есть несколько областей выровненного дна, которые отличаются от аккумулятивных равнин на дне котловин, заполненных осадками. При тщательном исследовании можно установить, что центром каждой из них, как правило, является остров или аналогичная подводная форма. Эти равнины были названы островными шлейфами, поскольку они, по-видимому, являются результатом вулканических извержений, разливших шлейфообразные покровы лавы вокруг центрального источника. В некоторых местах лава, очевидно, изливалась из длинной трещины на дне океана, а не из вулканического конуса, но результат получался тот же, только нарушалась симметрия пологих склонов. Можно, конечно, допустить, что такие выровненные поверхности образованы пеплом, выбрасываемым в громадном количестве при извержении вулкана. Но вычисления показывают несостоятельность такого предположения, так как количество пепла не соответствует тому, которое необходимо для формирования большой площади островных шлейфов.
В Индийском океане «Челленджер», направляясь к северо-востоку, в Коломбо, шел над подводной равниной на протяжении 600 миль. В течение нескольких дней эхолот записывал однообразную прямую линию профиля дна, нарушенную одним-единственным небольшим всплеском, указывающим на изолированный пик, поднимавшийся на несколько сот футов над дном океана. На протяжении этих 600 миль глубина постепенно уменьшалась от 2600 до 2200 саженей, свидетельствуя о пологом уклоне 1 : 1500. Возможно, здесь мы имеем дело с огромным потоком лавы, разлившимся к югу от Индии. Плоскогорье Декан в Южной Индии покрыто громадными потоками лавы, и пока дальнейшие исследования не привели к другим выводам, мы вполне можем считать, что дно океана также покрывалось лавой. Ровный рельеф Индийского океана к югу от Цейлона отмечал Петтерсон, и когда экспедиция на «Альбатросе» пересекала эту область, был подмечен один признак, подтверждающий теорию лавового потока. Несколько раз при попытке взять образцы со дна океана грунтовая трубка возвращалась с поврежденным наконечником и согнутая, словно она ударялась о твердую скалу.
Вулканическая деятельность, безусловно, является мощной силой, изменяющей облик земной поверхности. В Тихом океане сотни островов и атоллов образованы продуктами извержений, которые начинались на дне океана и постепенно нагромождали твердый материал. На Гавайских островах большой пик Мауна Лоа возвышается на 14 тысяч футов над уровнем моря, а его подводный цоколь подымается над ложем океана еще на две мили. Если бы океан отступил, то вид Мауна Лоа мог бы соперничать с любой японской гравюрой, изображающей великолепные симметричные вулканические пики. Изящно вогнутые склоны подводных вулканов поднимаются над ровным ложем океана, и ничто не нарушает их поверхности — ни реки, ни ледники. Вершины некоторых из них были бы увенчаны, словно короной, правильным кольцом коралловых рифов, и многие из них при этом имели бы одинаковую высоту, так как они представляют собой атоллы, поднимающиеся лишь на несколько футов над поверхностью воды. Часто встречались бы и менее высокие пики с плоскими вершинами, и все это выглядело бы так, словно какой-то забавляющийся великан подрезал вулканические пики, чтобы сделать себе из них столы и табуретки. Вперемежку с ними поднимались бы правильные конусы разных размеров и возрастов, иногда дымящиеся и свидетельствующие о том, что создавшие их силы природы еще продолжают свою работу. В течение многих лет эти великолепные вулканические образования Тихого океана, в особенности усеченные конусы, необычные для суши, вызывали дискуссию, но теперь осуществление комплекса сейсмических и эхолотных исследований помогло разгадать их тайну и объяснить их природу.
Рельеф дна океана представлен, однако, не только отдельными или объединенными в группы горными пиками, поднимающимися над плоским дном океана. Поверхность океанического ложа смята в гигантские складки теми же силами сжатия, которые вызывают образование горных хребтов на континентах. Иногда такие подводные складки настолько велики, что их можно считать горными хребтами. В Тихом океане вулканические острова часто располагаются правильными рядами и, как показывает карта, они развиваются на пологом подпятии высотой в несколько тысяч футов над нормальным уровнем ложа океана. По самой середине Атлантического океана, от Исландии на севере и почти до широты Кейптауна в южном полушарии, располагается одно из самых грандиозных образований рельефа Земли — Средне-Атлантический хребет, который проходит между Европой и Африкой, с одной стороны, и Северной и Южной Америками — с другой. Он выглядит так, словно кто-то попытался возвести стену между двумя большими массивами суши, но не завершил свою работу, поскольку до поверхности океана почти повсюду остался слой воды около 1500 саженей. И все же высота этого гигантского горного хребта над дном океана почти на всем его протяжении достигает десяти тысяч футов. Во многих местах хребет увенчан вулканическими островами (например, Азорскими) или банками, как одинокие скалы Св. Павла вблизи экватора, но все это, очевидно, уже вторичные образования. Важной особенностью Средне-Атлантического хребта является его расположение вдоль медианной линии между массивами суши с обеих сторон Атлантического океана. Возможно, это обусловлено симметричным взаимодействием неизвестных нам до сих пор сил, которые изгибают земную кору, образуя горы. Вместе с тем это может быть и остаточным следствием раздвигания масс суши к востоку и западу.
Большие хребты на дне океанов образуются при горизонтальном смятии земной коры, но кроме того обнаружены столь же очевидные признаки ее растягивания. Примерно в средней части Средне-Атлантического хребта наблюдается долина с параллельными склонами, напоминающая разлом на дне океана. Подобные долины, называемые рифтовыми, известны в Африке, и Красное море, по сути дела, образовалось в виде рифта при отделении Аравии от Египта в результате растягивания земной коры. Детальные работы, выполняемые эхолотами, показывают, что такой тип разломов земной коры сравнительно часто встречается также в Тихом и Индийском океанах, и, вероятно, именно в океанах выяснится значение рифтовых долин в структурной истории Земли, поскольку их признаки не были нарушены там действием выветривания и эрозии.
Океаны соединяются с континентами, как можно видеть уже при беглом изучении карты, крутым переходом от больших глубин к мелководьям, повсеместно окаймляющим сушу. Эхограмма, полученная на корабле, плывущем по Ла-Маншу на юго-запад, будет показывать ровное и полого наклоненное дно до тех пор, пока глубина не достигнет ста саженей.В следующие десять—двадцать миль записи на эхограмме станут более интересными и ряд быстро сменяющихся поднятий и опусканий дна будет сопровождать общее увеличение глубины примерно на одну милю. Затем начинается более спокойный спуск ко дну глубоких котловин океана, т. е. примерно до глубины трех миль. Круто падающая часть морского дна известна под названием материкового склона, и с ним связаны многочисленные ранние исследования с помощью сейсмических методов и эхолотов. Вначале думали, что шельф является огромной террасой, созданной в результате накопления осадков, приносимых с суши реками и приливными течениями, а его край лежит на такой глубине, где размыв дна волнением становится уже невозможным. В какой-то степени это действительно так и весь обломочный материал, выносимый, например, реками в Ла-Манш, попадает в конце концов на значительные глубины, сваливаясь с шельфа, но все же шельф не имеет такого пологого уклона, какого следовало бы ожидать, если бы эта теория полностью соответствовала истине. Как видно по результатам сейсмических исследований, некоторые части материкового склона представлены выходами твердых коренных пород, лишь слегка выровненных покровом осадков, и, по всей вероятности, в этом случае изобата 100 саженей отмечает истинную границу океана и континента более удачно, чем современная береговая линия. Во всех случаях склон с крутизной около 1:15, спускающийся с глубины 100 саженей до 1000 саженей, является местом отложения осадков и благодаря этому у его подножья можно обнаружить огромные массы сползшего материала. Нефть, образующаяся при разложении морских организмов, во многих местах, по-видимому, окисляется и таким образом теряется, не успевая накапливаться. И именно в областях интенсивного оползания донных осадков могут быть обнаружены скопления нефти, уцелевшие благодаря тому, что оказались захороненными под слоями, непроницаемыми для кислорода. Разумеется, такие потенциальные нефтяные отложения представляют сейчас лишь академический интерес, но они будут полезным объектом изучения в будущем.
Материковые склоны часто бывают прорезаны подводными долинами и каньонами с крутыми склонами. Когда эти долины и каньоны были обнаружены эхолотами, они вызвали много споров. Некоторые из таких долин, несомненно, были врезаны быстрыми подводными потоками воды, насыщенной илом. Эти потоки, называемые суспензионными, стекали вниз, как отчетливо выраженные реки, и промывали глубокие русла в рыхлых осадках материкового склона, а потом, скатившись на ровное ложе океана, теряли свою силу, откладывая переносимые ими осадки. Некоторые из подводных каньонов врезаны даже в твердые породы, и их поперечные профили напоминают профили Большого Каньона реки Колорадо. Вполне возможно, что такие каньоны были образованы реками еще в тот ранний период геологической истории, когда шельф был поднят выше уровня океана, а роль суспензионных потоков в этом случае сводилась к тому, что они не допускали последующего заиления. Континенты могли подниматься или опускаться самыми различными способами: всем своим массивом в целом или при наклоне или прогибании материковых окраин, и, таким образом, любая часть современных континентальных шельфов в далеком прошлом с успехом могла быть сушей.
Гигантские желоба были обнаружены при изучении подводного рельефа в самых глубоких частях океанов. Еще в прошлом столетии экспедиция на «Челленджере» обнаружила в Тихом океане глубину 4500 саженей, что было примерно на полторы мили больше обычных глубин, равных примерно трем милям. Следовательно, в этом месте можно было ожидать открытия новой интересной формы подводного рельефа. Такой формой оказались глубоководные желоба, протягивающиеся на сотни миль по периферии Тихого океана и имеющие ширину около 50 миль при глубине до 6 миль от уровня моря. К этим желобам приурочены все самые большие глубины океанов, и, хотя здесь имеются свои «рекорды», как и у большинства вещей на Земле, все же весьма интересно с геологической точки зрения, что большинство желобов почти на всем своем протяжении имеют глубины порядка пяти с половиной миль. Если это является пределом возможной глубины, то тогда все желоба приближаются к нему. Существуют, правда, впадины с глубиной около четырех миль, например дугообразный желоб, протягивающийся с востока на запад к югу от Алеутских островов. Но там обнаружены, с одной стороны, признаки общего поднятия дна, а с другой стороны, возможно, что такие желоба частично заполнились осадками.
Самые глубокие желоба протягиваются в южном направлении к востоку от Японии и Марианских островов, а затем изгибаются, направляясь с востока на запад к островам Палау. Хорошо известен глубоководный желоб вдоль восточной окраины Филиппинских островов. Много раз пересекали его корабли во время войны. К северо-востоку от Новой Зеландии находятся желоба Кермадек и Тонга. Возможно, эти глубоководные желоба являются современными океаническими аналогами глубоких материковых впадин, в которых некогда происходило интенсивное осадконакопление и примером которых является Персидский залив. Разница лишь в том, что по мере постепенного опускания такого участка материка с окружающих более высоких территорий сносилось огромное количество осадков, отлагавшихся на мелководье и образовавших толщи глинистых сланцев, известняков и песчаников толщиной в десятки тысяч футов. В океанах скорость седиментации не настолько большая, чтобы желоба заполнились осадками, и поэтому там образуется сравнительно тонкий покров осадков из осаждающихся остатков морских животных и пыли, выпадающей из атмосферы. Причина периодического прогибания частей земной коры все еще не вполне установлена. Оно может быть обусловлено силами сжатия или же связано с какими-то глубинными движениями в мантии Земли. Однако каков бы ни был механизм их образования, глубоководные океанические желоба открывают нам большие возможности для исследований, поскольку они не заполнены мощным покровом осадков или свитами пород другого происхождения, смятых в складки.
«Челленджер» пересек южную часть Марианского желоба, протягивающуюся с востока на запад, когда он шел из Японии в Новую Зеландию. Благодаря этому представилась возможность атаковать эту замечательную структуру океанического дна объединенными силами сейсмики и эхолотирования. И, как мы увидим дальше, трудно было выбрать более интересный желоб. Прежде чем отправиться на север к Алеутским островам — на Адак, «Челленджер» провел неделю в Пирл-Харборе. Причиной такого извилистого курса на пути через Тихий океан от Канады к Японии являлось не только желание посетить не исследованные еще части океана, но и наличие морских баз, где корабль мог бы получить горючее.
На американских базах нам оказывали исключительное гостеприимство. Стоянка в Сан-Диего оказалась слишком короткой, чтобы ожидать от нее каких-либо удовольствий. Но все же адмирал позаботился прислать автомобиль для тех, кто интересовался знаменитым океанографическим институтом Скриппса. Там мы с большой пользой провели утро, обсуждая вопросы сейсмических исследований в океане, так как летняя экспедиция института уже завершила половину своей работы и прислала руководству предварительные результаты.
В Гонолулу рядом со всеми кораблями Тихоокеанского флота США «Челленджер» выглядел совсем крошечным, но тем не менее его по всем правилам приветствовал великолепный духовой оркестр военных моряков, выстроившихся вдоль набережной. Церемония встречи сопровождалась выступлением трех очаровательных девушек, танцевавших хула-хула в травяных юбочках. Вспоминается, как подобную же встречу устроили нам американские военные моряки в Японии; целый хор нарядно одетых гейш приветствовал нас. Такие интересные дополнения к традиционной церемонии встречи с духовым оркестром, разумеется, весьма приятны, и остается лишь надеяться, что и в других странах когда-нибудь последуют американскому примеру.
На Адаке повсюду лежал снег, и если здесь и были свои местные танцоры, то им, конечно, всю зиму было бы нечего делать на открытом воздухе. На этой далекой базе мы стояли всего одну неделю, и все же каждый вечер нас приглашали на приемы, непрерывно следовавшие один за другим. Небольшой компании местных моряков было, конечно, приятно видеть новые лица, тем более что корабли Британского флота были редкими гостями на этой американской базе.
«Челленджер» был также первым кораблем английского флота, посетившим канадскую военно-морскую базу в Эскимальте после долгого перерыва, вызванного корейской войной, из-за которой был отменен обычный ежегодный рейс крейсера с Бермудских островов. На эту базу мы заходили не раз между кратковременными выходами в океан и чудесно провели на ней Рождество и Новый год, благодаря необычайному гостеприимству жителей Виктории и Ванкувера. В один из праздничных дней наш корабль был буквально завален оленьими рогами, которые привозили в багажных фургонах, частных автомашинах и доставляли почтой. Оказалось, что это было ответом на появившуюся накануне в местной газете заметку о том, что хотя символическим гербом «Челленджера» служит копия известной картины «Челленджер», изображающей оленя, но тем не менее на корабле нет ни одной пары настоящих оленьих рогов, которыми можно было бы украсить форштевень. Желавший подурачиться автор заметки, должно быть, хорошо знал канадских женщин, потому что рога всех форм и размеров — от самых маленьких и изящных до громадных разветвленных рогов и даже целых оленьих голов были извлечены из подвалов, чердаков, гаражей и посланы на корабль. Четыре пары самых величественных рогов были укреплены на мостике, а оставшиеся двести пятьдесят были розданы желающим из команды корабля. Но на небольшом корабле было не так много места для хранения личного имущества, и поэтому многие сувениры гордых охотников потихоньку очутились за бортом. Разумеется, это не омрачило радости канадских домохозяек, которым удалось, наконец, избавиться от того, что им давно уже хотелось выбросить.
Когда корабль уходил с базы Эскимальт, было немного грустно расставаться с ней, и все же мы с удовольствием вспоминаем этот день и мотив прощальной песенки, который несся из репродуктора: «Good bye, Nice to have Known You» («До свиданья, очень приятно было узнать вас».— Ред.). Мы еще встретились потом с канадскими друзьями. Многим из них пришлось воевать в Корее, и мы увидели их, когда пришли в японский пор г Куре, где находилась база снабжения для армий Британского содружества наций. Впервые мы увидели Японию из Внутреннего моря, и после бурной северной части Тихого океана оно оказалось удивительно спокойным. А крохотные поля, которые, словно сады, располагались на террасах склонов, действовали очень успокаивающе. Это первое посещение Японии было лишь кратковременной остановкой на пути в Новую Зеландию и Южные моря, но позднее мы провели в ней еще много месяцев.
Одной из причин того, что мы спешили в Новую Зеландию, была необходимость ремонта корабля. Прежде всего следовало исправить эхолот, который не смог записать отраженные сигналы на глубине 4000 саженей, когда корабль проходил Марианский желоб. На исследовательском корабле есть, конечно, много других способов для измерения глубин, а в данном случае было особенно важно определить положение оси желоба, чтобы разместить сейсмические радиобуи над его самой глубокой частью. Корабль останавливался каждые несколько минут, и, как при обычных сейсмических работах по методу отраженных волн, взрывали заряд примерно 550 г. Звуковые волны, отраженные от дна океана, принимались гидрофоном и отмечались на сейсмическом осциллографе с фоторегистрацией. Во многих случаях это было наиболее точным методом измерения времени пробега звуковых волн до дна и обратно, поскольку система отметок времени осциллографа часто проверяется сигналами стандартного времени, передаваемыми по радио. Кроме того, вступления звуковых волн можно было довольно точно определять по записям на фотоленте. Но у такого метода есть и свои недостатки: он дает только отдельные измерения глубины, в то время как с эхолотом получается непрерывный профиль дна океана.
При одном из измерений время пробега звуковых волн составило более 14,5 сек, а это соответствует глубине около 5900 саженей, т. е. почти на тысячу футов больше максимальной глубины, замеренной в Филиппинском желобе. Конечно, это взволновало всех на корабле. Целый день мы проводили эксперименты методом преломленных волн, но как только радиобуи были подняты на борт, корабль отправился снова к самой глубокой части желоба, чтобы сделать контрольный замер глубины с помощью обычного троса с грузом. Использовавшийся нами для этого механический лот немногим отличался от аналогичного устройства, применявшегося на «Челленджере» прошлого века, но теперь, разумеется, работа с ним не требовала таких усилий. (В течение дня было установлено по отчетам предшествующей экспедиции, что самые глубокие измерения старого «Челленджера» находились в этом желобе примерно в 50 милях восточнее того места, где были обнаружены теперь такие большие глубины — это очень интересное совпадение!) Тяжелый железный груз (в 140 фунтов) опускался с кормы на тонкой стальной струнной проволоке, которая сматывалась с барабана лебедки через блок-счетчик, обороты которого подсчитывались, что позволяло легко вычислить всю длину размотанной проволоки. Такой прибор иногда употребляется в качестве лага для измерения горизонтальных расстояний в океане (отмечается длина размотанной проволоки, по мере того как корабль идет прямым курсом). Он еще более удобен для определения глубин, но при этом важно, чтобы проволока сохраняла вертикальное положение в момент, когда груз опущен на дно океана. Чтобы добиться этого, проволока вытравливалась с кормы и двигатель корабля временами давал задний ход, компенсируя небольшой дрейф корабля под действием легкого бриза, дувшего в корму, так, чтобы проволока шла вертикально.
В этом месте действительно оказалась большая глубина. Спуск груза на проволоке продолжался полтора часа — с десяти минут шестого до без двадцати семь. Было уже почти темно, когда груз достиг дна, и мы, волнуясь, сделали отсчет длины вытравленной проволоки, составивший 5944 сажени. Это, конечно, было рекордом. Когда об этой глубине сообщили в Адмиралтейство, в нее была внесена поправка в 45 саженей, которые вычли из полученного отсчета, учитывая возможное отклонение проволоки от вертикали. Но все равно глубина была лишь на сажень меньше 5900 саженей.
Несколько месяцев спустя, возвращаясь из Новой Зеландии уже с прекрасно налаженным эхолотом, мы выполнили детальную съемку этого желоба на участке протяжением около 20 миль. Оказалось, что в пределах этого 20-мильиого участка существует полоса шириной около полумили с глубинами больше 5900 саженей (рис. 4). Отраженные сигналы на этих глубинах были недостаточно сильными и не отмечались на ленте прибора автоматически, но в наушниках их можно было услышать, и несколько наблюдателей сделали достаточно точные определения глубины. Отраженные сигналы слегка ослабевали на глубинах 5600—5800 саженей, где крутизна склона достигала 1:3, а местами, быть может, даже немного больше, но зато от дна желоба удалось получить сильное эхо. Этого следовало ожидать, так как плоское горизонтальное дно в самой глубокой части желоба посылало четкий отраженный сигнал прямо к кораблю, тогда как от склонов звук отражался в сторону. Наиболее крутые склоны имеют наклон по крайней мере порядка 1:6, а иногда 1:2 на протяжении 1—2 мили. Кроме того, по обеим сторонам желоба существуют плоские террасы или ступени шириной также 1—2 мили. Средний уклон от глубины 4000 саженей до дна впадины составляет примерно 1:7, что напоминает довольно крутой подъем по горной дороге. На глубинах от 3000 до 4000 саженей на подходах к желобу отмечается более пологий уклон — около 1:18. Таким образом, самая глубокая часть желоба представляет собой гигантскую волну шириной около 60 миль с отдельными крутыми уступами на склонах, общий средний уклон которых, если бы не было океана, вполне допускал бы движение транспорта.
В 1957 г. советский океанографический корабль «Витязь», используя эхолот английского типа, подтвердил огромную глубину Марианского желоба, получив в пределах допустимой ошибки эксперимента те же значения, что и «Челленджер». В 1960 г. батискаф «Триест» достиг дна этого желоба в котловине, названной «впадиной Челленджера», и определил ее глубину в 6300 саженей путем измерения давления на дне1.
Мы несколько раз пытались взять образец грунта со дна желоба и наконец сделали это. Но образец был взят не в самом глубоком месте, а с глубины 5774 сажени, так как корабль дрейфовал, пока прибор для взятия пробы грунта опускался на дно. Полученный образец исследовали специалисты из Британского музея естественной истории, которые обнаружили там новый вид диатомей. Диатомеи — это простейшие морские организмы, скелет которых состоит из кремнезема, не растворяющегося в морской воде. Обычно скелеты, образованные из солей кальция, полностью растворяются к тому моменту, как опуститься в наиболее глубокие части океана, но кремнистые скелеты сохраняются и всегда могут дать геологу ценные сведения.
Максимальная глубина океана была измерена на широте 11,3° к северу от экватора, и поэтому через несколько дней, после того как мы проникли в тайны океанских глубин, для многочисленных новичков пришла пора отдать традиционную дань Владыке Нептуну. Команда корабля разыграла замечательное представление с величественным толстяком Нептуном и застенчивой белокурой и голубоглазой морской королевой. Капитана наградили орденом «морской звезды с водорослями», штурману вручили переломленную изобару, а научный руководитель экспедиции удостоился сомнительной чести получить орден «старого морского пса». И, как полагается, каждого новичка, впервые пересекавшего экватор, побрили, отколотили и выкупали в соленой воде, словом, совершили все традиционные процедуры, подобающие случаю.
Этот южный рейс оказался весьма интересным во всех отношениях, а шестинедельный ремонт в Окленде не только дал нам возможность отдохнуть от моря, но и позволил специалистам из дока очистить мембраны вибраторов эхолота, на которых поселились многочисленные усоногие рачки. Без этого мы, конечно, не смогли бы получить потом столь детальные профили глубочайшего желоба Мирового океана.
Примечания
1. Уточненная глубина спуска батискафа «Триест» в Марианском желобе — 10919 м.