Океанология и океанография: что изучают эти науки

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Большая часть нашей планеты — 71 процент ее территории — покрыта водой. Моря и океаны — это пути сообщения, кладовые важных пищевых ресурсов, минерального сырья, источники тепла и энергии. От них зависит погода и климат на земном шаре, а в странах, омываемых океаном, как, например, Англия, Япония, Норвегия и другие,— и вся хозяйственная деятельность человека.

Издавна люди стремились овладеть морской стихией. Знание «секретов» океана, происходящих здесь процессов, его фауны и флоры позволяло пользоваться дарами моря, безопасно совершать дальние плавания. Но есть еще один чрезвычайно важный вопрос, связанный с изучением морей и океанов. Без основательного исследования владений грозного Нептуна нельзя разрешить проблемы изучения истории Земли. Ведь даже наши континенты — это всего лишь большие острова в море. Поэтому исследование скрытой под водой живописной топографии океанского дна с его горами, впадинами и каньонами, возникшими в результате различных геологических процессов, позволит полнее осветить причины появления и формирования материков и высочайших горных вершин, познать тайну происхождения жизни на Земле.

Достижения современной науки и огромные технические возможности, которые получило человечество в связи с использованием атомной энергии, управления на расстоянии, электронной микроскопии и т. д., значительно расширили границы исследований океанографии и океанологии. В результате проведенных за последнее время морских экспедиций и всевозможных наблюдений накоплен огромный фактический материал, сделаны важные научные открытия.

История океана

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, почему вообще существуют океаны? Ведь, насколько мы знаем, на других планетах океанов нет. Исследования, проведенные в различных странах, позволили совершенно по-иному осветить ряд проблем, связанных с изучением геологической истории нашей планеты. Очень тесно с ней соприкасается и другая важная проблема — вопросы происхождения жизни в море. Свыше двух миллиардов лет назад, когда земная атмосфера содержала мало кислорода, в морских глубинах впервые зародился живой организм. Предполагают, что составные, части воды и атмосферы соединились в сложные молекулы, называемые аминокислотами, которые позже стали протеинами и имели возможность воспроизводить себя. Это был первый шаг на пути к живому организму. Так постепенно один за другим на протяжении длительного периода времени в процессе эволюционного развития появлялись различные виды, развивавшиеся от простых к более сложным.

В мире живых существ

Какие же рыбы и животные населяют теперь моря и океаны? Сколько всего рыб в море? Где именно они обитают? Как можно умножить их число, чтобы снабжать непрерывно увеличивающееся население Земли?

Рыба — чрезвычайно важный продукт питания, содержащий протеин, необходимый элемент для человеческого организма. Рост и число рыб лимитируется количеством пищи, которую они могут найти в морях и океанах. Как известно, главной пищей для рыб служит планктон — микроскопические морские растения и животные, населяющие большинство морских вод. Для того, чтобы точно знать, где и когда находится та или иная рыба, нужно иметь карты распространения различных видов планктона.

Уже создана карта планктона Северного моря и ближайших к нему частей Атлантического и Арктического океанов. Но для всемирного учета количества рыб необходима подобная карта всего мирового океана. В этом сейчас главная задача океанологов-биологов мира. Ведь океанские просторы могут быть превращены в своеобразные «пастбища», где будут гулять стада рыб, разводимых человеком.

Возможен и еще один вид вмешательства человека в жизнь рыб в океане — искусственное их переселение. Полосатый морской окунь, например, с успехом перенесен из Атлантики в Тихий океан, где он прекрасно акклиматизировался. Переехала на новое местожительство и европейская камбала.

Всеобщий интерес вызвали сообщения о фантастических формах рыб, (развивающихся на больших глубинах океана). Оказывается, есть рыба со ртом в половину длины своего тела. У других видов рыб желудки обладают способностью расширяться до такой степени, что дают им возможность проглотить рыбу больше себя размером. Существует рыба, несущая перед собой на длинных антенноподобных органах светящуюся приманку для привлечения планктона. Причина появления этих странных рыб пока неизвестна.

Любопытно, что в различных глубоких впадинах, опускающихся на километр ниже большой равнины, образующей дно океана, эти виды совершенно отличны друг от друга. Они развиваются, не вступая в контакт с внешним миром.

В целях увеличения продуктивности рыб чрезвычайно важным вопросом является изучение образа их жизни. Вот какие интересные сведения получены, например, о поведении трески. Стая трески — это целая общественная организация с одним главенствующим самцом и с нисходящей иерархией низших и менее агрессивных самцов, держащихся строго на определенном месте. Каждый самец защищает избранную им территорию против нашествия других самцов, но самки имеют свободный доступ всюду. В период метания икры самка преследуется самцом в брачном танце, который длится минут 15, прежде чем яйцо оплодотворяется.

Изучение психологии ценных промысловых рыб очень существенно для увеличения их улова. Хрюкающие звуки, которые, например, издают самцы в брачное время, легко уловить микрофоном; по ним можно определить местонахождение стаи.

Три фактора оказывают существенное влияние на морскую рыбу: свет, температура и количество соли в воде. Малейшее отклонение от нормы этих явлений вызывает у них учащенное дыхание и сердцебиение. Рыба не выносит соединения яркого света и теплой воды, она или уходит или погибает. Тропические рыбы по этой причине избегают поверхности вод, а большинство из них уходит в более прохладные места, на значительные глубины. А вот еще интересная закономерность. Образ жизни многих океанических рыб связан с фазами Луны. Оказывается, рыба ощущает даже слабый лунный свет. Весьма чувствительны рыбы к звукам. Эхолоты, применяемые тральщиками для измерения глубины воды и определения местонахождений стай рыбы по ответному эху, нисколько не беспокоят рыб, они как будто их не замечают. Но когда на искусственных рыбных пастбищах звуки применяются для сигнализации времени кормления, рыба на них моментально отзывается…

Океаны и атмосфера над ними представляют собой как бы гигантскую паровую машину, переносящую тепло и энергию из тропиков в умеренные и полярные зоны. Испаряющаяся теплая вода вблизи экватора уносится ветрами в умеренные и полярные зоны, где она изливается в виде дождя. Через атмосферу легко проникают солнечные лучи, значительная часть которых поглощается водной поверхностью, повышая температуру земли и воды. В районах с умеренной температурой к концу летнего сезона влияние тепла чувствуется даже на стометровой океанической глубине. Вследствие смешения слоев воды температура на море днем меньше повышается, а ночью меньше понижается, чем на земле. Этим объясняется различие морского и континентального климата.

В значительной степени зависит климат от морских ветров и течений. Распространяя тепло, от низких широт к более высоким, они препятствуют жаркому климату становиться более жарким, а холодному — более холодным. Атмосфера является центром активной циркуляции, вероятно, потому, что она получает тепло снизу от суши и от морей (главным образом благодаря теплопроводности водяных паров) и охлаждается сверху путем излучения тепла в безвоздушное пространство. Поэтому очень важно изучить явления, связанные с подобным обменом. Это даст возможность усовершенствовать методы прогноза погоды. Полученные данные могут быть полезны и для предсказания ураганов и тайфунов, которые начинаются всегда над океаном. Чудовищной силы тайфуны, пронесшиеся недавно над Америкой, зловеще напомнили о роли океанов в формировании погоды.

Важные наблюдения сделаны в области изучения штормов. Сейчас центры штормов могут быть с точностью установлены на расстоянии до 10 тысяч километров от «волновых» береговых станций. Так, например, штормы в самой бурной штормовой области, к югу от Австралии, могут быть уловлены станциями на калифорнийском берегу.

Первое указание на сильный отдаленный шторм — это появление очень мелких волн, не более нескольких сантиметров высотой. Их можно обнаружить с помощью чувствительных приборов для измерения подводного давления. Такого рода прибор состоит из вибрирующих проволок, натянутых на диафрагму, подобно струнам скрипки, скорость вибрации которых заметно изменяется в зависимости от самых слабых изменений давления на диафрагму.

Исследование морских глубин позволяет ученым познать климат далекого прошлого нашей планеты. Так, определение времени оледенения на суше основано, как это ни покажется странным, на изучении осадков, взятых в море с помощью глубоководных колонок на глубине в несколько километров под поверхностью океана.

На первый взгляд отдельные пласты ила в колонках не имеют ничего общего с глетчерами, которые ползли по лицу Земли тысячелетия тому назад. Однако оказывается, что между ними есть определенная связь. Дело в том, что температуры древних морей сохранились в осадках современного морского дна. Они зафиксированы в составе изотопов кислорода, который является составной частью ряда минералов ила.

Соотношение этих изотопов изменялось в зависимости от температуры, при которой осадки отлагались. Более точный способ определения абсолютного возраста осадков основан на изучении количества содержащихся в них тория и протоактиния и их соотношений. Подобными исследованиями было установлено внезапное потепление климата на американском континенте и по всему Атлантическому океану приблизительно 11 тысяч лет назад. В эпоху, когда ледники покрывали большую часть Северной Америки и Европы, Арктический океан не был скован льдами. Это позволило большим массам воды испаряться, а затем выпадать в виде снега и превращаться в ледники.

В качестве «часов», измеряющих абсолютный возраст древнейших пород, пользуются также радиоактивным углеродом, извлекавшимся в далеком прошлом из воздуха растениями и животными, остатки которых опускались на морское дно. Постепенно, по мере превращения этих органических остатков в донные осадки, радиоактивность содержащегося в них углерода все более уменьшалась. С помощью таких «часов» без труда можно определить время отложения геологических пластов, образовавшихся за 25 тысяч лет до нашего времени.

Установлено, что верхние 20 сантиметров осадка на дне Атлантического океана содержат почти тех же мелких морских животных, которые и сейчас населяют океан. Но ниже по всей Атлантике в колонке обнаруживаются существа, живущие теперь гораздо севернее. Это доказывает, что 10 тысяч лет назад здесь был более холодный климат, чем в наши дни.

Второй метод определения ледникового времени осуществляется с помощью измерения скорости, с которой осадки отлагались. В холодный период ледниковых лет шло быстрое осаждение раковин и скелетов. Но 11 тысяч лет назад скорость внезапно замедлилась, и с тех пор темп осаждений не менялся.

И, наконец, третье доказательство. В некоторых областях атлантических глубин практически нет циркуляции, а, следовательно, нет и кислорода. Поэтому растительный материал здесь слабо подвергается гниению. Одиннадцать тысяч лет назад здесь были иные условия. Вот почему осадки старше этого времени обнаруживают признаки значительного окисления.

Подводные минералы

На дне океана, как и в недрах земли, содержатся богатейшие полезные ископаемые. Уже сейчас в прибрежных водах некоторых районов действуют нефтяные промыслы, а под морским дном проходят угольные шахты. По мере развития подводного бурения добыча ископаемых из-под морского дна получит самое широкое распространение.

Морскими геологами США совместно с металлургами была доказана экономическая целесообразность и техническая возможность добычи марганца, никеля, кобальта и меди из железомарганцевых конкреций океанского дна. В них содержится в среднем 20 процентов марганца и по 0,5 процента никеля, кобальта и меди. Общие запасы подводных полезных ископаемых практически неисчерпаемы. Важно только, чтоб человек со свойственной ему варварством не осквернил девственные океанические глубины…

Автор: Д. И. Щербаков.