Дно океана

20.08.03 (хр.00:48:51)

   Участник:
   Александр Петрович Лисицын – академик РАН

   Александр Лисицын: …они перевернули наше представление не только о мировом океане (а мировой океан включает также и все морские водоёмы), но и представления, которые господствовали сотни лет в области наук о земле в целом.
   Но прежде всего, что это за наука – океанология, представителем которой я являюсь и которой занимаюсь уже больше 50 лет? Это наука о физике, химии, геологии и биологии океана. Сейчас она стала совершенно другой, по сравнению с тем, что было, скажем, 50 лет тому назад. Я постараюсь о главных открытиях рассказать. И то, что было сделано за эти годы, привело к революции в наших представлениях о Земле в целом, о взаимодействии между основными сферами, хотя это звучит несколько, может быть, казённо. Но если говорить популярным языком, то это взаимодействие всей системы геосфер Земли в целом.
   За последние 50 лет, начиная с первого рейса «Витязя»… Это был крупнейший в России и в мире исследовательский корабль, который начал свои работы на Дальнем Востоке в 49-ом году, и который провёл 25 рейсов в дальневосточных морях. Что значит 25 рейсов? Это тоже надо как-то объяснить. Каждый рейс, это участие в работах на корабле в 50-60, иногда 90 учёных. И они находятся в море на протяжении 2-3 месяцев. То есть это научный коллектив, плавучий научно-исследовательский институт, в котором вначале было порядка 10-12 лабораторий с приборами, а сейчас на наших новых кораблях их больше 20-ти.
   И надо сказать, что с самого начала наша советская и российская океанология стала лидирующей во всём мире. И это лидерство сохранялось вплоть до перестройки. Сейчас мы, конечно, всё это потеряли, и об этом приходится с сожалением вспоминать. Но представьте себе, что вы находитесь на этом корабле, водоизмещением в 6 тысяч тонн (это как большой пассажирский корабль), где в лабораториях идут эксперименты – всё необходимое для того, чтобы эта научная идея, задача, которая ставится перед экспедицией, могла бы быть выполнена непосредственно в ходе работ.
   Зарубежная экспедиция работала совершенно не так. И многие другие работают также не так. Это маленькие корабли, которые собирают материал. А у нас получается, что каждый корабль – это плавучий научно-исследовательский институт. И начиналось это в 49-м году с одного «Витязя», а потом в 60-70-е годы в Институте океанологии, который я представляю, было 6 таких больших кораблей. Итак, одновременно работает 6 кораблей, на каждом, скажем, по 60 учёных, – значит, одновременно в разных частях океана находится порядка 300-400 учёных, которые круглосуточно ведут исследования, обрабатывают их результаты и немедленно на основе этой обработки можно принимать оперативные решения – что делать дальше?
   А зарубежные, включая и американские, экспедиции, работают совершенно иначе, как я уже говорил. Они собирают материал, потом возвращаются, его анализируют, и никаких оперативных решений принять при такой работе нельзя. И только сейчас, по прошествии уже нескольких десятилетий, зарубежные учёные восприняли ту методику работ, которая называется российской. И сейчас крупнейшие корабли восприняли практически нашу систему работы – в частности, крупный (такой же крупный, как наши) немецкий исследовательский корабль «Полярштерн».
   Раньше никаких лабораторий на кораблях не было. Считалось, что им помешает качка, вибрация, сырость и всякое прочее. Но всё это удалось преодолеть. И я на это хотел бы обратить внимание, потому что как-то принято считать, что у нас всё отсталое, всё какое-то не такое.
   И всё это развитие привело к тому, что и нашими учёными и зарубежными учёными были сделаны те открытия, о которых я как раз и хотел рассказать, открытия, которые буквально перевернули не только науки о Земле, но, может быть, и многие смежные с ними науки.
   Прежде всего, это поверхность дна, которая всегда считалась достаточно ровной. В ходе этих работ выяснилось, что дно устроено совершенно не так, как представляли. Открыты гигантские подводные хребты, подводные горы и глубоководные впадины. Сейчас известно, что максимальная глубина мирового океана составляет 11023 метра. И это тоже открыл наш «Витязь», флагман в своё время нашего исследовательского флота.
   Кроме того, обнаружено, можно сказать, совершенно уникальное явление – хребет на дне океана, равного которому и по размерам, и по строению на суше нет. Это так называемая система срединно-океанских хребтов. Это удивительная совершенно и ранее неизвестная система, которая, во-первых, едина во всех океанах, и проходит более-менее по середине. Мы можем это, очевидно, увидеть сейчас на карте, которую я хотел показать. Вот это общая карта дна мирового океана, рельефная карта. А вот отдельная – для Тихого океана – более детальная. В восточной части Тихого океана видно простирание этого срединного хребта. Такие же и в Атлантическом есть хребты, и в Индийском.
   Так в чём замечательная особенность этих хребтов? Первое, они 60 000 км протяжённостью. А второе, они имеют совершенно особую форму, это крутые довольно склоны, а в середине – там, где находится вершина, – глубокое ущелье, глубиной в километр, иногда в два километра. И на дне этого ущелья происходят извержения подводных вулканов, находятся выходы гидротерм, это выходы горячих растворов, богатых металлами и с температурой до 400 градусов Цельсия.
   Вы спросите, каким образом 400 градусов, когда обычно вода закипает при ста? Но здесь давление порядка 300-350 атмосфер, и в этих областях происходит современное рудообразование. Происходит то, что, как считалось, происходило многие миллионы лет тому назад и что было главным источником меди, скажем, и других металлов, с которых начиналась человеческая культура. Считалось, что это всё древние явления. На самом деле это всё идёт сейчас и приблизительно в тех же масштабах, как шло миллионы лет тому назад.
   Это первое. Теперь второе. Ещё более важная вещь это то, что в этих срединных хребтах происходит как бы раздвижение дна – и это доказано сейчас с помощью спутниковых систем и других методов. Скорость этого раздвижения в разных местах колеблется от 1 до 12-16 сантиметров в год. Это кажется небольшой величиной, но если умножать на тысячи и на миллионы лет, то получается, что движутся эти участки дна по нормали от срединного хребта. Одновременно движутся и материки, которые спаяны с этими плитами на дне океана.
   И отсюда возникло совершенно новое направление, которое называется тектоника литосферных плит. Литосферная плита имеет обычно океанскую часть, которая наращивается, и присоединённую к ней континентальную часть. Оказалось, что наша, так сказать, земная твердь вовсе не твердь, она находится в непрерывном движении. И сейчас мы знаем, с какой скоростью движутся материки, по каким направлениям, по каким векторам. И мало того, умудрились (я расскажу коротко, как это было сделано) восстановить, как двигались эти материки и участки дна океанов многие миллионы лет тому назад.
   Итак, в этой области сделаны совершенно удивительные открытия. Это большая серия открытий. И если бы я их просто перечислял, то это, наверное, заняло всё время. Поэтому я ещё расскажу о других вещах, которые подкрепили позиции тектоники литосферных плит и позволили нам воочию убедиться в том, что это происходило миллионы лет тому назад и как именно происходило.
   Для того чтобы понять историю океана, нужно изучить донные осадки. Мы на первых этапах (это первое десятилетие) изучали поверхностный слой донных осадков, в пределах мирового океана они оказались очень разнообразными. Это целая эпопея – изучение донных осадков. Только по работам «Витязя» в Тихом океане было опубликована 10-томная монография, называется «Тихий океан». Это до сих пор совершенно уникальное произведение, оно до сих пор не потеряло свою актуальность.
   А значительно позже с помощью глубоководного бурения, о котором я как раз хочу рассказать, удалось установить не только как распределяются эти осадки сейчас (а они имеют целый ряд закономерностей, которые связывают и процессы на суше, и перенос осадков реками и так далее), но и установить как это всё было тысячи и миллионы лет тому назад. Для этого силами международного научного сообщества в Соединённых Штатах был задуман проект глубоководного бурения. То есть те буровые вышки, высотой 40 метров, которые сейчас применяются при бурении на нефть на суше, эти вышки был перенесены на «Гломар Челленджер», американский корабль. В создании его лаборатории участвовал я лично, и многие наши учёные, и нужно отдать американцам должное, они сделали этот корабль в лабораторной части именно так, как делалось у нас в стране, принимая, что это сейчас действительно очень важно.
   Мало того, в дальнейшем все лаборатории были резко увеличены, и сейчас действует новый корабль, где лабораторные помещения расширены. Так что, хотя раньше считалось, что большие лаборатории не нужны на кораблях, сейчас они поняли, что это чрезвычайно важное дело. Теперь представьте себе, эта громадина больше 10 тысяч тонн весом – она ведь качается. Кроме того, вышка очень большая – это огромная парусность, и в условиях океана, штормов, она и перевернуться может.
   И удалось пробурить в настоящее время 2 тысячи скважин. Причём через всю толщу донных осадков – это иногда до 2 км, а в среднем в океане, как удалось определить, всего около 300 метров донных осадков. А снизу находится базальтовый слой. То есть океан мы изучали всегда как водную толщу, источник рыбы, способ организации транспортных связей. Но когда стали всерьёз заниматься изучением и осадочной толщи и того, что под донными осадками, то оказалось, что земная кора под океанами совершенно не та, что под континентами. Люди и не подозревали до последних нескольких десятилетий, что живут они на планете, которую правильнее было бы называть не Земля, а Океан, потому что две трети планеты занято, во-первых, толщей океанских вод, а кроме того, корой океанского типа.
   В ней много особенностей, но что интересно – поскольку эти плиты раздвигаются постепенно, там были обнаружены линейные магнитные аномалии. Это меняется магнитное поле земли. И поскольку базальты, которые наращивают эту кору при остывании, запоминают это, то справа и слева от этого хребта идут эти магнитные аномалии. И получилось так, что Господь Бог как бы разметил все эти участки дня. И мне пришлось принимать участие, первому из советских учёных, в рейсе «Гломар Челленджер» от Гавайских островов до Гуама. Это было тогда, когда тектоника литосферных плит ещё только входила в круг внимания учёных, и все говорили, что это модная какая-то гипотеза, что это ерунда и т.д. И это было исключительно азартное бурение, потому что мы знали номера аномалий, их возрасты, которые теоретики-магнитологи определили, а бурением можно было установить, действительно это так или нет. И как только достигали верхнего слоя базальтов, по границе определяли возрасты, всё собиралось, и обсуждали результаты. И оказалось, что на всём этом огромном участке от Гавайских островов до Гуама всё точно совпадает с тем, что предсказала теория.
   Но это одно. А самое главное другое, что здесь удалось определить всю эту осадочную толщу, разделить её на части. Мы часто говорим, что донные осадки – это запись истории. И действительно, это запись истории, уникальный архив, который человек только сейчас раскрыл и начал читать. Пока ещё по складам, так скажем, читать. Но постепенно с каждым годом всё больше и больше привлекается новых методов, в том числе и изотопные методы, и целый ряд других. Сейчас мы эту историю знаем уверенно до 160 миллионов лет в прошлое.
   И первая книжка, которая обобщала эти результаты, вышла у нас в стране, это «Геологическая история океана», созданная на основе многих рейсов глубоководного бурения. Это, собственно говоря, одно из открытий, которое привело к появлению нового направления в науке, которое называется сейчас «палеоокеанология», то есть учение о океанах геологического прошлого – их физика, химия, биология и геология, скажем, сто миллионов лет тому назад. Мы можем сейчас восстанавливать глубины океанов того времени, положение срединных хребтов, скорости спрединга, где находились гидротермы, где – вулканические извержения, то есть представить себе с максимальной основательностью всю историю океана за 160 миллионов.
   Александр Гордон: Но имея такие данные, ведь можно экстраполировать их и вперёд, то есть представить себе Землю, скажем, через 200 миллионов лет…
   А.Л. Совершенно правильно. И это привело к нескольким, я бы сказал, довольно трудным решениям, о которых я дальше хотел бы сказать.
   А.Г. Пожалуйста.
   А.Л. Теперь ещё об одной технической новинке. Глубоководное бурение – было, конечно, явлением инженерной мысли, потому что всё это сделать было очень сложно, мы создавали лабораторию новых методов, так сказать.
   Представьте себе – эту громадину в 10 тысяч тонн с сорокаметровой вышкой, при сильном ветре нужно удержать на одном месте. Как это сделать? На дне устанавливаются гидрофоны, и с помощью акустических систем, с помощью компьютерной автоматики всё это удерживается.
   Я не могу не вспомнить одного совершенно потрясающего эпизода моей жизни, когда, несмотря на замечательные достижения связи и коммуникации, мы попали в тайфун. В этих местах тайфуны бывают очень сильные. А в это время за бортом была вся эта буровая система. Чтобы её поднять, нужно было часов 8, по крайней мере, работы. И тайфун налетел как-то внезапно, со спутников потом он уже был замечен. В чём это проявилось? Это сильнейший ветер с дождём, причём, как говорят, дождь как из ведра. Ведро – это всё ерунда по сравнению с тем, что было, потому что невозможно понять, где море, а где небо – всё одна вздыбленная вода. Так вот, я в это время был на мостике вместе с капитаном. И, вы знаете, совершенно удивительная вещь. На этом корабле 10 двигателей. И они набирают мощность через компьютер в зависимости от силы ветра и всё время автоматически удерживают всю систему. На схеме это видно.
   Так вот при сильнейшем ветре ураганной силы эти автоматы включают 6, 8, 10 двигателей, корабль весь содрогается, вышка крениться… И всё это действует без участия человека. Капитан, бледный, стоит рядом, смотрит – там есть визирное устройство, можно всё видеть. И всё работало совершенно безотказно.
   А.Г. Даже в тайфун корабль не сдвинулся?
   А.Л. Да, не сдвинулся. Потому что иначе все эти тысячи тонн, которые висят, оборвутся, и это будет колоссальная катастрофа. Но мало того, сейчас, вы видите, на дне – воронка, диаметром около 5 метров. После того как корабль отбурился и ушёл, нужно повторно попасть в эту скважину. Скважина диаметром порядка 9 сантиметров, и на расстоянии 6-ти километров, через толщу вод, где разные течения, ничего не видя, нужно попасть в такое отверстие. В игольное ушко гораздо легче попасть. И это сейчас работает, и повторно попадают – до 5, до 7 раз…
   А.Г. Просто космические системы стыковки.
   А.Л. Я это говорю к тому, что такие инженерные решения сродни космическим. И правильные, прогрессивные инженерные решения приводят к тому, что мы можем сделать то, что нашим предкам даже и не снилось. Это что касается глубоководного бурения.
   Теперь ещё одно, тоже очень важное, инженерное решение – это глубоководные подводные аппараты. Наверное, у вас в передачах уже были и «Миры», и «Пайсисы».
   Мне посчастливилось с самого начала работать с «Пайсисами». Это автономные подводные аппараты, никакой связи с судном у них нет. Такой аппарат похож на подводный вертолёт, у него 3 двигателя, которые могут поворачиваться в любых направлениях, и сфера – диаметром 2 метра. Нечто похожее было у Гагарина, но там не один, а три человека помещаются – наблюдатель, пилот и бортмеханик. Так вот, пилот между ними стоит на коленях, потому что места нет, всё занято приборами и системами жизнеобеспечения – и есть ещё два компьютера. А погружение продолжается до 18-20 часов, и он всё время должен стоять на коленях и управлять аппаратом, глядя через иллюминатор.
   С помощью этих аппаратов удавалось погружаться в срединные хребты, именно в те ущелья, о которых я вам говорил, в кратеры подводных вулканов, видеть гидротермы, которые извергаются. Над подводными гидротермами возвышаются, как мы их называем, гидротермальные факелы – на высоту 500, иногда 700, тысячу метров. Так же как при извержении на суше извергается пепловый факел, так здесь – гидротермальный.
   Факел этот чёрный – как изображают обычно дети дым из трубы парохода. Чёрный дым, состоящий из мельчайших кристалликов рудных минералов. В прожекторах подводного аппарата эти чёрные кристаллики, которые возникают у вас на глазах, они дают такие блески, которые бывают иногда при салютах.
   Вот сейчас мы видим как раз такую гидротерму, чёрный дым поднимается, это гидротермальный факел. И он поднимается, как я вам говорил, на высоту несколько сот метров. Это рудное вещество, распылённое в водной толще.
   А внизу – концентрированная рудная постройка, она состоит из полиметаллов, из тех же самых рудных минералов, которые мы имеем в месторождениях, скажем, Урала, Алтая, из которых добываются промышленные полиметаллы. Эта рудная постройка имеет очень солидную высоту. Максимально мы наблюдали порядка 70, иногда 80 метров высотой, то есть 20-25-этажный дом. И вот представьте себе, такая постройка, и рядом этот маленький подводный аппарат, сфера – 2 метра всего, и он в полной темноте, в лучах прожекторов, постепенно выбирается наверх. А наверху потом изучает гидротермальный факел, отбирает пробы и так далее.
   Так вот – мы научились с помощью этих подводных аппаратов не только фотографировать, но и отбирать образцы. В подводном аппарате есть две металлических руки, которые называются манипуляторами, и можно прицельно отбирать пробы, есть огромный контейнер, куда всё это складывается. Короче, можно вести геологическую съёмку и поиски на глубине до 6 тысяч метров, а это 98 процентов дна океана. То есть, появились совершенно другие возможности по сравнению с тем, что было раньше.
   Теперь, естественно, возникает вопрос: а что это даёт? Это даёт исключительно много, потому что, прежде всего, это изучение фундаментальных процессов, а кроме того, мы совершенно по-другому стали понимать те месторождения, которые давно уже разрабатывались на Урале, и даже организовали несколько палеоокеанологических экспедиций на Урал и Северный Кавказ.
   Это представляется совершенно диким, но оказалось очень плодотворно, потому что если геологи не понимают какие-то явления, то мы вместе с ними и с применением подводных фото– и киносъёмок, определяем, что это, как, в каких условиях происходило. Можно таким образом изменить методы поисков, разведки и так далее. То есть это имеет очень большое значение для практики, для рудного дела.
   Вообще о подводных аппаратах можно рассказывать очень много, это увлекательнейшее дело.
   При каждом погружении на дно открывается своя жизнь, которую не увидишь на суше, животные совершенно другие. И процессы, которые здесь связаны с живыми организмами, тоже другие. Мы живём в мире фотосинтеза, в нашем мире всё, в конечном счёте, происходит от солнечной энергии и от трех биогенных элементов. На дне же – полная темнота, никакого солнца, и тем не менее, в лучах прожектора вы вдруг видите какие-то неземные картины, яркие окраски. И всё это живое, всё насыщено жизнью. Причём, жизнь здесь идёт на хемосинтезе. То есть здесь сероводород, метан и другие газы, которые поступают из глубин земли, превращаются хемосинтезирующими бактериями в органическое вещество, а дальше по пищевой цепи оно потребляется, и возникает богатейшая жизнь, просто богатейшая. Об этом тоже можно говорить очень много.
   А.Г. У нас целая передача была посвящена как раз биологии чёрных курильщиков.
   А.Л. Да, это замечательные совершенно вещи. И там многие организмы были впервые открыты.
   Но я хотел о другом сказать. На примере изучения гидротерм и коренных пород, базальтовых лав, которые там выходят, мы пришли к выводу, что огромное количество вещества подаётся не только из глубин земли – об этом никогда раньше не было известно. Да, извергаются вулканы на суше. Это грандиозно, это явление может быть и уровня глобальной катастрофы. Но оказалось, что масштабы вулканизма, связанного с срединными хребтами, приблизительно в 10 раз больше вулканизма на суше. А следовательно совершенно по-другому нужно оценить вклад эндогенного вещества. Мы всегда знали, что вещество сносится реками, что-то приносится по воздуху, небольшие количества из космоса. Но оказалось, что многие элементы приносятся в основном из глубин земной коры. В частности, такой элемент как марганец. Удалось определить, что около 90 процентов марганца происходит из этих глубин.
   Почему это интересно – потому что одним из источников полезных ископаемых в океане являются железо-марганцевые конкреции. И у нас эти работы велись в своё время. И даже удалось получить первый металл из этих конкреций. Вот я из кармана достаю медаль, которая сделана из первого металла, полученного из конкреций со дна океана. Таких медалей было сделано около десятка. Потом оказалось, что это пока экономически не очень целесообразно. Но, во всяком случае, в центральной части Тихого океана наша страна имеет участок, который в будущем, когда для этого будут подходящие экономические условия, предполагается разрабатывать.
   Стало очевидно, что мы неправильно раньше оценивали вклад различных геосфер в формирование морской воды. Потому что морская вода – это тоже ископаемое. Морская вода существует, по крайней мере, миллиард лет приблизительно в том же составе, что и сейчас.
   Но нельзя себе представить, что её состав всегда был одинаков, она всё время меняется. И одно из крупнейших открытий состоит в следующем. Мы сейчас историю морской воды, так же как историю всей тверди, и океанской коры, и связанную с ней историю континентальных океанских плит, всё это мы изучаем в динамике – сколько поступает и сколько уходит. Там циркуляционная система – холодная вода входит, потом нагревается до высоких температур на контакте с лавами и дальше поднимается вверх в виде гидротермальных источников. Так вот, когда морская вода входит, то она отдаёт несколько элементов соединений, которые забираются практически целиком – это магний и ион SО4. Таким образом, получается, что срединные хребты – это как бы совершенно гигантский природный химический реактор, который работает при высоких температурах и давлении, где перерабатывается морская вода. Это сопровождается и образованием рудных построек, и особым миром животных, и всем прочим, что мы сейчас знаем. Во всяком случае, этого раньше не знали и даже не предполагали. Но дальше – больше.
   Итак, эндогенное вещество воздействует, причём обратимо, с морской водой. Но дальше мы стали изучать саму морскую воду совершенно с другой точки зрения – не как жидкость или как раствор, а как вещество во взвешенном состоянии. Потому что это источник донных осадков. О донных осадках мы знаем немало, пробурили их, можно сказать, до основания до базальтов, но каким образом они произошли? До сих пор это было неизвестно. А почему это важно? Потому что без этого нельзя понять, как происходят процессы осадкообразования, рудные процессы и прочие.
   С применением методов нанотехнологий, которые сейчас стали внедряться, мы стали изучать эти мельчайшие частицы в ничтожных количествах. Достаточно сказать, что в среднем в одном литре океанской воды содержится одна десятитысячная грамма взвешенного вещества. Не буду рассказывать, как мы умудрились это сделать (в нашей стране впервые тоже это удалось сделать), но мы изучили эти осадочные вещества в толще вод. И оказалось, что здесь масса открытий, что все основные представления об осадочном процессе, которые были раньше, приходится оставить, к сожалению. И это интересно не только с точки зрения фундаментальной науки осадочного процесса, но это касается и загрязнений. Каким образом они распространяются, каким образом они удаляются? То есть теперь можно понять эти процессы. Это, конечно, очень большие и очень сложные работы, но, в конце концов, удалось установить, что распределение донных осадков и осадочного вещества идёт совсем не так, как считалось раньше.
   В частности, только один пример приведу. Человечество живёт с древних времён на материках и всё в большей и большей мере своей деятельностью загрязняет реки и воздушные массы. Сейчас считается, что громадные масштабы этого загрязнения просто должны привести к большим бедам – прежде всего это выбросы углекислоты, а отсюда парниковый эффект, потепление климата, дальше тает вечная мерзлота, поднимается уровень океана – и катастрофа. Так вот, чтобы это выяснить, необходимо было изучение этих проблем, в том числе и с учётом океана.
   Потребовалось изучение этого тонкого осадочного вещества не только в морской воде, но также в морских льдах, в воздухе над океаном, понадобилось понять, каким образом биосфера реагирует в целом. То есть потребовалось провести изучение всех систем, которые образуют единую систему Земли. Когда говорят про потепление климата и катастрофы, то исходят из того, что этим должны заниматься метеорологи. И действительно, вроде бы температура, атмосфера – это то, чем прежде всего они занимаются. Но новый подход, который даёт современное изучение океана, говорит, что мы должны изучить, хотим мы этого не хотим, взаимодействие всех внутренних и внешних сфер.