Текст книги "Морское дно"
Автор книги: Всеволод Зенкович
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)
Грунтовая трубка
Мы уже говорили о том, какую важную роль играет изучение грунта, покрывающего морское дно. Учёные стремятся проникнуть в толщу дна как можно глубже.
В 1905 году шведский океанограф Экман усовершенствовал трубчатый лот – удлинил трубу и снабдил её специальным приспособлением, облегчающим извлечение пробы грунта. Для устойчивости к трубке прикреплялся стержень с крыльями, похожими на оперение авиационных бомб. В таком виде прибор дожил до наших дней и употребляется на небольших судах, когда нельзя использовать более совершенные приборы.
Схема устройства трубки Экмана дана на рис. 13; А – это неподвижные грузы, число которых можно менять в зависимости от глубины дна и плотности ила; Б – груз, скользящий по трубе. При достижении прибором дна освобождается цепь, удерживающая этот груз, и он падает, толкая «храпцы» В, которые закрывают снизу отверстие трубы, препятствуя выпадению столбика ила; Г – клапан для свободного прохода воды во время падения трубки.
Рис. 13. Схема устройства грунтовой трубки Экмана.
В 1925–1927 годах немецкая экспедиция на корабле «Метеор» получила такой трубкой большое количество проб грунта в Атлантическом океане. Подобная трубка улучшенной конструкции и большей длины применялась советскими учёными (1924–1930 гг.) в Баренцевом, Белом и Карском морях. Были получены столбики грунта рекордной для того времени высоты – почти в 1,5 метра. Ещё более высоких результатов добились сотрудники гидрографического судна «1-е Мая» во время работ на Чёрном море в 1928–1929 годах. Гидрографы ещё удлинили трубку и утяжелили её. Когда такая трубка со свинцовым грузом в 400 килограммов падала на дно, то на палубе корабля стоял грохот от бешено вращающейся лебёдки, весь корпус судна содрогался. С силой врезалась трубка в грунт на глубине в две тысячи метров, а то и больше; в этот момент трос резко ослабевал.
С помощью такой трубки гидрографу В. Снежинскому удалось получить столбики грунта почти 5 метров высотой.
Подобную же трубку применяли наши учёные на Баренцевом море в 1932–1935 годах, но там она дала худшие результаты, так как под тонким слоем современных мягких илов оказались очень плотные ледниковые глины. Попав в такие глины, трубка нередко гнулась, и длина столбиков лишь немного превысила 2 метра.
В 1934 году американский учёный Пигго изобрёл новый трубчатый лот, который был назван «пушкой». Эта «пушка» действительно стреляла. Она состояла из двух отдельных частей: из стального корпуса, куда закладывался заряд пороха и капсюль, и из трубки, являвшейся своеобразным снарядом (рис. 14). Когда такой лот касается дна, происходит выстрел, и трубка с колоссальной силой врезается в грунт. Затем корпус «пушки» и трубка вытаскиваются, как обычно, с помощью лебёдки.
Рис. 14. Грунтовая трубка – «пушка» Института океанологии Академии наук.
На рис. 14 А – это собственно «пушка», в которую верхним концом вставлена труба; мотки стального троса соединяют пушку с трубой после выстрела; Б – стабилизатор.
Пигго исследовал дно Атлантического океана и получил столбики грунта высотой до 3 метров. Это был рекорд для больших глубин. Он дал много для науки.
Затем в 1944 году в Швеции были созданы Петерсоном и Кулленбергом поршневая и вакуумная трубки. Первая сравнительно проста. В ней трос крепится не за трубку, а за поршень, который вдвинут в неё до самого конца. Пока такая «закупоренная» трубка падает, вода сквозь неё не проходит. Достигнув дна, трубка врезается в грунт, а поршень остаётся на поверхности. Этим устраняется одна из главных причин, препятствующих углублению трубки в грунт, – сопротивление воды.
Такая трубка дала хорошие результаты, но ещё лучше оказалась трубка вакуумная (гидростатическая).
Советские конструкторы Н. Сысоев и Е. Кудинов применили для неё ствол от тяжёлого орудия (рис. 15). Одним своим концом ствол через специальный кран соединялся со стальной трубой, составленной из нескольких 10-метровых отрезков, другой конец пушки был закрыт наглухо. Перед спуском этого устройства в воду кран закрывается так, чтобы между трубой и стволом не было никакого сообщения.
Рис. 15. Общий вид вакуумной (гидростатической) трубки перед спуском на дно. Через блок на стреле пропущен трос, на котором висят стальной баллон и соединённая с ним трубка, частично уже погружённая в воду (исследовательское судно «Витязь» Института океанологии Академии наук СССР).
Схема вакуумной трубки показана на рис. 16. На нём А – стальной баллон около 2 метров длины; Б – труба нержавеющей стали из нескольких отрезков, общей длиной до 40 метров; В – корпус крана и Г – рычаг, поворачивающий кран в результате давления трубы, которая уперлась в дно.
Рис. 16. Схема вакуумной трубки.
Как действует такая трубка? Вспомним, почему летает ракета. В ней сгорает взрывчатое вещество. Образующиеся газы давят с равной силой на все внутренние стенки ракеты, кроме той, в которой имеется отверстие. Здесь газы не встречают сопротивления, поэтому их давление на эту сторону значительно меньше, чем на другие. Разница в давлениях носит название реактивной силы. Она и заставляет ракету лететь[11]11
О реактивных силах см. в брошюре: Л. К. Баев и И. А. Меркулов, Самолёт-ракета, «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.
[Закрыть].
А теперь вернёмся к вакуумной трубке. Внутри цилиндра давление равно атмосферному, поскольку он со всех сторон закрыт, во внешней же среде на больших глубинах, куда опускается прибор, оно чрезвычайно велико. На глубине 5000 метров давление воды составляет около 500 атмосфер, то есть около 500 килограммов на каждый квадратный сантиметр. С колоссальной силой вода давит на цилиндр сверху, снизу и с боков, причём со всех сторон давление одинаково. Если мы теперь, открыв кран, создадим сообщение между полостью цилиндра и внешней средой, то вода хлынет через кран внутрь и давление с этой стороны резко упадёт. В результате возникнет реактивная сила, направленная в сторону крана. Как раз это и происходит, когда вакуумная трубка достигает грунта.
Когда труба входит в ил, цилиндр начинает давить на неё своим весом и автоматически поворачивает кран, соединяющий трубу с баллоном. Расчётами установлено, что возникающий при этом удар достигает 60 тонн! Практика показывает, что 40-метровая трубка, если она не попала на камень и отвесно опустилась на дно, входит в толщу ила больше чем на 30 метров. Рекордный столб грунта достиг 34 метров высоты!
С помощью вакуумной трубки были получены очень интересные результаты: оказывается, Чёрное море совсем недавно было пресным! Иловая вода, выжатая из нижней части тридцатиметрового столба грунта, имеет совсем ничтожную солёность – всего 3 грамма соли на литр.
Геологи уже давно предполагали, что Чёрное море одно время резко опреснялось, но когда это было? Теперь мы видим перед собой эту законсервированную на дне опреснённую воду и можем измерить её солёность. Подсчитав годичные слои в извлечённых пробах, учёные установили, что «возраст» этой воды – всего 5000 лет. Таким образом, Чёрное море было почти пресным, когда в Египте строились пирамиды! Вот какие существенные геологические изменения произошли на глазах человека.
У вакуумной трубки есть и недостатки. Она может работать только на больших глубинах, не менее 1000 метров, где давление воды достаточно велико. А как же получить пробу грунта на материковой платформе, как пробить песчаные слои и углубиться в древние морские или наземные отложения? Здесь иногда применимы обычные трубки.
Однако лучшие результаты даёт взрывная трубка – пушка конструкции А. Симонова. При испытании на суше «снаряд» этой пушки (стальная труба диаметром в 5 сантиметров) вошёл в слой битого кирпича на 80 сантиметров. Когда же её испытывали на море, она наделала много хлопот. Вот что рассказывают очевидцы.
…Тяжёлая махина со взведённым бойком, вся обвешанная тросами, раскачивается за бортом. Вот уже выдернут предохранитель, и пушка медленно опускается на дно. Раздаётся оглушительный гул, корпус корабля содрогается, трос взлетает вверх и соскакивает с блока. Затем следует мощный рывок, и трос лопается. Оборвавшуюся пушку так и не удалось найти. Что же случилось?
По-видимому, вследствие отдачи пушка подскочила вверх, а потом упала. Трос не мог смягчить удар, так как соскочил с блока.
Пришлось повторять испытания со вторым экземпляром пушки. На этот раз трос всё время натягивался специальным грузом, чтобы не допустить его ослабления в момент выстрела.
…Снова глухой взрыв, но на этот раз трос даже не дрогнул. После того как труба была вытащена, оказалось, что столб грунта в ней равен всего двум с половиной метрам. Но что это был за столб! Вверху песок, ниже мощный слой ракушки со щебнем, потом снова песок и в самом низу бурая глина материкового происхождения. Значит, на этой глубине недавно была суша. Вот какой важный научный вывод сразу же дали испытания взрывного метода.
Описать в нашей книжке всю аппаратуру, с которой работает морской геолог, невозможно, да и не нужно. Каждый год создаются всё новые приборы. А новая техника рождает новые методы исследования, благодаря которым всё более полными и достоверными становятся и картина строения морского дна и те выводы, которые делают на этом основании геологи.
Познакомимся теперь с результатами новейших исследований морского дна, с самым интересным, что удалось обнаружить там геологам.
Материковая платформа
Вдоль берегов всех океанов и многих глубоководных морей, в любых широтах, от полюса до экватора тянется плоская мелководная платформа. Общая протяжённость этой платформы измеряется сотнями тысяч километров. Различна её ширина, различна глубина, на которой она обрывается и дно резко уходит вниз в пучину океана, различен грунт (местами ил, местами песок, местами обнажённая скала), различен, наконец, и рельеф, то исключительно ровный, то изборождённый желобами.
Материковая платформа составляет как бы одно целое с теми низменностями на побережье суши, которые граничат с океаном. Существование этой платформы говорит о том, что в развитии земной коры как на суше, так и на море есть какие-то очень важные общие закономерности. Какие же?
Первым, кто поставил себе задачу изучить происхождение и строение материковой платформы, был норвежский учёный, знаменитый полярный исследователь Фритьоф Нансен, один из создателей современной океанографии, науки об океанах и морях. Изучив материковые отмели – в Северном Ледовитом океане, где отмель особенно широка, а затем вдоль северо-западных берегов Европы, где материковая отмель была наиболее детально промерена, – Нансен вывел заключение о том, какие процессы могли привести к образованию платформы на морском дне.
Каковы же эти процессы и насколько правильны взгляды Ф. Нансена?
Первый процесс – разрушение морем его берегов; этот процесс называется абразией. Попадая на мелководье, морские волны возбуждают сильнейшие придонные движения воды, а у самого берега образуют прибой. Удары штормовой волны о прибрежные утёсы достигают колоссальной силы: до 60 тонн на квадратный метр! Нужно ещё заметить, что перед береговыми обрывами обычно лежат обломки камней в виде гальки и валунов. Волна подхватывает их и словно тараном ударяет ими об утёсы. В результате береговые породы постепенно разрушаются, и обрыв отступает. Скорость этого процесса, однако, невелика и зависит от состава пород. Кристаллические породы (например, гранит) иногда за столетия не дают заметных изменений. Обычные осадочные породы (такие, как известняки, песчаники, сланцы) отступают со скоростью в несколько сантиметров в год. Только очень рыхлые породы (глина, пески) разрушаются в настоящее время сравнительно быстро – до метра в год.
По мере того как обрыв отступает, остаётся плоская, слегка наклонная поверхность материковой платформы (рис. 17). На дне волны также дробят и истирают породу, перекатывая по ней валуны и более мелкие наносы, но процесс этот идёт несравненно медленнее. Постепенно море у берега всё более мелеет. Волны ударяют о берег всё слабее, поскольку их энергия растрачивается теперь на трение о пологое прибрежное дно.
Рис. 17. Профиль края материка, срезаемого морем в процессе абразии. А – полоса материковой отмели, лежащая на месте срезанной суши; точками показаны материковые отложения, покрывающие подводный откос материка.
Кроме того, волны несут с собой массу наносов, которые, скапливаясь у берега, образуют низменную полосу и препятствуют его разрушению. Поэтому, если уровень моря не меняется, разрушение береговых пород с течением времени замедляется. Нансен считал, что абразия может разрушить достаточно широкую полосу суши только в том случае, когда уровень моря повышается. Но в его время этот вывод ещё не был подкреплён точными фактами.
В настоящее время советские учёные детально изучили работу волн и подтвердили правильность объяснения, данного процессу абразии Нансеном.
Но абразия – это лишь одна из нескольких причин образования шельфа. Вторая причина носит название морской аккумуляции (это слово означает накопление). Реки выносят в море большие массы щебня, песка и мельчайших минеральных частиц, образующих морской ил. Известно, что в устьях крупных рек иногда возникают дельты – плоские илисто-песчаные равнины, которые выдвигаются в море со скоростью, достигающей десятки метров в год. Дельта имеет и свою подводную часть, напоминающую шельф в миниатюре, но очень мелководную (рис. 18). Эта часть иногда выступает в море на несколько километров и заканчивается крутым склоном, падающим уже на середину шельфа. Иногда она сливается с его краем и доходит до материкового склона (таковы, например, дельты Миссисипи и Нила). Исследования этих подводных отмелей показали, что они целиком сложены речными отложениями.
Рис. 18. Профиль, показывающий внутреннее строение речной дельты. Пологая прибрежная равнина является здесь поверхностью аккумуляции.
У небольших рек волны и морские течения не дают возможности строить дельты. Весь выносимый материал – щебень, песок и т. д. – разносится здесь вдоль берега и образует ровную поверхность дна, которая медленно выдвигается в сторону океана. Такой процесс и называется морской аккумуляцией.
Третья причина образования материковой платформы – это процессы вертикальных движений отдельных участков земной коры. В очень многих местах посредине шельфа и даже на его краю были встречены россыпи валунов, которые не могут выносить равнинные реки. Затем были найдены и выходы оголённых коренных пород без всяких наносов.
Нансен связал это со сбросами, которые, по его мнению, ограничивают все материки. Сбросом называется смещение пластов земной коры в результате её разломов, когда один участок опускается относительно смежного. Величина такого смещения бывает различна: от немногих метров до километра и более! Иногда несколько сбросов, находящихся близко друг от друга, образуют своеобразную лестницу – ступенчатый сброс (рис. 19). Сбросовый характер имеет, например, часть шельфа у берега Норвегии. Здесь можно видеть целую серию сбросов, находящихся частично над водой, а частично под водой в виде резких уступов (рис. 20). Громадный сброс обнаружен и у нас на Мурманском побережье Баренцева моря.
Рис. 19. Ступенчатый сброс, опустивший поверхность земной коры по нескольким плоскостям разлома.
Рис. 20. Участок сбросового шельфа вдоль берега Норвегии (по карте норвежского исследователя О. Хольтедаля). Здесь целая серия перекрещивающихся сбросов расколола поверхность земной коры на ряд призм, опущенных на разную глубину. Некоторые из призм увенчаны островами.
А вот и ещё одна причина образования шельфа (её сейчас считают наиболее важной). Очень многие шельфы в своём рельефе и строении сохранили черты, показывающие, что морское дно тут сравнительно недавно было сушей. Даже в те времена, когда было сделано ещё сравнительно мало промеров, Нансен сумел в деталях рельефа Баренцева моря разглядеть следы древней речной сети. На дне моря найдены, например, продолжения рек Печоры, Северной Двины и некоторых других (рис. 21).
Рис. 21. Карта Ф. Нансена, изображающая древнюю сушу на дне Баренцева моря.
Советский учёный акад. А. Д. Архангельский обнаружил в северо-западной части Чёрного моря под слоем морских песков и ракушечников древние речные отложения в виде торфа с остатками камышей и речных животных. Это – отложения древней дельты Днепра, которые залегают сейчас в десятках километров от берега, на глубине больше 25 метров.
В море Лаптевых и Восточно-Сибирском море были найдены подводные продолжения рек Хатанги, Оленека, Лены, Яны, уходящие далеко в сторону впадины Ледовитого океана.
Советский учёный Г. Линдберг, изучая видовой состав пресноводных рыб в реках Советского Дальнего Востока и Японии, подметил одно интересное явление. Оказалось, что в некоторых реках, устья которых теперь разделены морскими проливами или даже целыми морями, водятся одни и те же рыбы, в то время как в видовом составе рыб других рек, устья которых находятся относительно близко друг от друга, имеются различия. Продолжив мысленно устья рек в сторону моря, Линдберг увидел, что одни реки как бы объединяются в нём, а другие разделены большими расстояниями. Такое сопоставление позволило ему воссоздать древнюю географию той области Земли, которая ныне лежит на дне моря.
Ещё удивительнее пример древних речных долин Зондского архипелага[12]12
Архипелаг – группа островов.
[Закрыть] (Индонезия). В затопленных руслах здесь сохранились наносы, содержащие в себе очень ценную оловянную руду. Разработки олова ведутся в этом районе издавна, и так как на суше месторождения уже значительно истощены, оказалось выгодным добывать и перерабатывать оловосодержащие пески с морского дна. Нет ни малейшего сомнения в том, что речные русла здесь действительно уходят на морское дно,
А вот ещё несколько интересных фактов. Посредине Северного моря расположен хорошо известный район рыбной ловли – Доггер-Банка с глубинами около 30 метров. Здесь в рыбачьи тралы неоднократно попадали древние наземные отложения, содержащие кости ископаемых животных (мамонта, носорога) и даже изделия человека каменного века. В южной части Балтийского моря также имеется ряд мелководных отмелей, с которых тралами вытаскивали большие куски торфа и даже сучья и пни деревьев.
Дно в этом месте обследовали водолазы. Они нашли на нём целый подводный лес. Конечно, стволы давно погибли, но из глинисто-торфяной почвы торчат многочисленные пни.
В других местах, в частности у нас в Баренцевом море и по окраинам Атлантического океана, на откосах дна были обнаружены ровные узкие площадки, которые тянутся на десятки километров. Эти площадки ограничены крутыми уступами.
Целый ряд фактов позволил установить, что такие площадки являются древними береговыми образованиями. На них обнаружены россыпи окатанных прибоем камней.
Все эти примеры показывают, что море лишь сравнительно недавно затопило широкую полосу низменной суши чуть ли не по всем окраинам материков. Не является ли материковая платформа результатом этого? Нансен считал этот процесс одной из основных причин, приведших к образованию шельфа.
Материал, накопленный за последние десятилетия, подтвердил предположения Нансена о том, что материковая платформа представляет собой зону перехода от океана к материкам и что она возникла в результате целого ряда упомянутых выше процессов. Но современный свой облик платформа получила в основном именно вследствие наступления моря на сушу.
Уровень океана поднялся на десятки метров в результате таяния огромных масс льда, которое продолжалось около двадцати тысяч лет. Чтобы дать представление о масштабе этого процесса, укажем, что по подсчётам ряда учёных ледниковый покров Гренландии, растаяв, может повысить уровень океана на 8 метров, а ледники Антарктики – на целых 43 метра!
Материковый склон
Вы познакомились с рельефом и составом донных отложений материковой платформы. Но это – только ступень, облегчающая нам знакомство с более глубокими и удалёнными от материков областями дна.
Наиболее полные данные о строении материкового склона были получены советскими учёными на Чёрном море. В 1927 году в Крыму произошло землетрясение. Удары пришли из моря, где дно круто опускается. Моряки-гидрографы[13]13
Гидрография – отрасль географии, изучающая воды земной поверхности.
[Закрыть] исследовали это место. В течение двух лет они тщательно промеряли глубины и собирали пробы отложений.
А. Д. Архангельский, изучая эти материалы, обратил внимание на то, что материковый склон у южного берега Крыма имеет ступенчатое строение. На глубине в несколько сотен метров были обнаружены уступы, иногда наклонённые в сторону суши (рис. 22). По своему расположению эти уступы напоминают ступенчатый сброс, характерный для суши и для мелководья. Может быть, и здесь когда-то была суша?
Рис. 22. Ступени, наклонённые в сторону суши, на материковом склоне Чёрного моря.
Воды Чёрного моря, начиная с глубин около 200 метров, содержат сероводород. В этой застойной воде, лишённой кислорода, могут существовать только одни бактерии. Однако на уступах пробы донных отложений до глубин 800 метров состояли из тонкого глинистого песка с ракушками.
По видам этих ракушек удалось определить, что возраст отложений – несколько десятков тысячелетий. Однако отложения более глубоких частей моря показывают, что в этот период море, как и сейчас, было заражено сероводородом. Следовательно, ракушки жили на мелководье вблизи берега и лишь впоследствии были перемещены на большую глубину в результате сбросов.
В других пробах, взятых на тех же глубинах, были обнаружены отложения прибрежного гравия и даже гальки. Всё это подтверждает правильность сделанной догадки.
Далее выяснились ещё более интересные вещи. В некоторых пробах грунта, полученных на самых крутых частях материкового склона, последовательность слоёв оказалась необычной. Отдельные слои грунта сползли вниз по склону и по пути смялись, перемешались. Подобные оползни происходят на глинистых берегах рек весной и в дождливую погоду. Но на морском дне такие явления были установлены акад. Архангельским впервые.
Как же происходит процесс оползания? Слои ила по мере накопления делаются всё толще и тяжелее. Наконец, вес их становится настолько большим, что масса ила преодолевает трение, существующее между слоями, и приходит в движение.
Оползание может происходить без видимой причины, но чаще всего оно начинается под влиянием землетрясений. В Чёрном море илы очень «жирные»[14]14
С большим содержанием органического вещества.
[Закрыть]. Они могут начать ползти при уклонах всего в 2 градуса. Более же плотные и «тощие» илы удерживаются иногда и на очень крутых склонах (до 10 градусов), как это было недавно установлено в морях Зондского архипелага.
Таким образом, было установлено, что материковый склон Чёрного моря по крайней мере частично представляет собой серию ступенчатых сбросов. В результате этих сбросов участки шельфа сравнительно недавно опустились на многие сотни метров.
Наибольшее количество очагов землетрясений, охватывающих побережья всех морей и океанов, приходится, как правило, на область материкового склона, что ещё раз подтверждает сделанный вывод. Часто при этом происходят резкие движения морского дна. Например, во время землетрясения 1931 года в районе Нью-Фаундленда (Северная Америка) мгновенно прервалась связь по телеграфным кабелям, проложенным на дне моря. Когда кабели были подняты для исправления, то оказалось, что все они порваны по линии материкового склона.
Таких фактов к настоящему времени накоплено очень много, и почти все геологи, изучавшие этот вопрос, единодушно считают, что материковый склон играет важную роль в развитии земной коры. По линии материкового склона произошли грандиозные сбросы, которые и придали современный облик океанам и материкам.
Что представляет собой поверхность материкового склона? С помощью эхолотов на нём обнаруживаются более или менее резко выраженные неровности. Можно сказать, что склон имеет «глыбовое» строение. Однако в тех местах, где с материка сносится большое количество ила, склон бывает относительно ровным. Это объясняется тем, что ил, покрывая неровности, сглаживает их иногда настолько, что делает склон пологим. Такое строение имеют материковые склоны, расположенные против устьев крупных рек, например, Амазонки, Миссисипи, Дуная.
Но в большинстве мест отложения ила невелики, а склон омывается сильными морскими течениями. Здесь грунтовые трубки-снаряды приносят со дна камни, иногда с песком. Случается, что грунт вовсе не попадает в приборы, и на палубу поднимают только животных, которые живут, прикрепившись к скалам (актинии, гидроиды, мшанки и др.).
