Текст книги "Открывая тайны океана"

Евгений Сузюмов, Михаил Ципоруха
Открывая тайны океана

Предисловие

Роль Мирового океана в природных процессах, происходящих на нашей планете, а также в жизни всего человечества общеизвестна. Океан – это «кухня погоды», кладезь богатств минеральных и продовольственных, это главный «ассенизатор» планеты, он же – неиссякаемый источник энергии, по нему проходят основные транспортные артерии, связывающие материки и населяющий их народы.

Вместе с тем океан с его разнохарактерными чертами – это сложнейший объект научных исследований. Понадобилось несколько столетий, чтобы человечество получило самое поверхностное представление о его глубинах, течениях, приливах и отливах, живых организмах, населяющих его. И хотя можно без преувеличения сказать, что последние 35–40 лет – это время широкого научного наступления на тайны Мирового океана, он по-прежнему остается для нас «Великим неизвестным».

Современная океанология не ограничивает свои задачи познанием природных явлений и процессов на поверхности вод океанов и морей. Ученые проникают в тайны макро– и микроструктуры и динамики водных масс океана: открыты глубинные противотечения, изучается образование и движение громадных океанских вихрей, внутренних волн. Они пытаются определить влияние этих динамических структур океанских вод на изменчивость полей температуры и солености воды, на водо-, газо– и теплообмен между океаном и атмосферой через поверхностные водные слои. Безусловно, впереди громадный объем новых исследований в этом направлении.

Много сделано и делается в области изучения геоморфологии и геологии океанского дна. Теперь мы знаем, что морское дно, которое раньше считали плоским, вовсе не похоже на бескрайнюю равнину. Материковые склоны, плавно спускающиеся с континентального шельфа, почти повсюду перемежаются подводными ущельями и широкими впадинами, образующимися под действием мощных мутьевых потоков, оставляющих за собой глубоко врезанные долинообразные желоба. Подводные землетрясения, вулканическая деятельность постоянно меняют очертания морского дна вдоль основных подводных океанских глубин.

На современной батиметрической карте Мирового океана уже видны сотни подводных гор и хребтов, долин, глубоководных впадин и ущелий. Удалось установить, что рифтовые зоны – это очень динамичные участки земной коры с высокой сейсмичностью. Здесь нередко наблюдаются выходы глубинных термальных вод, мощные тепловые потоки из недр Земли. В результате проведенных геолого-геофизических исследований обоснованы новые представления о тектоническом развитии Земли как в геологическом прошлом, так и в современный период. Но можно ли утверждать, что все тайны и загадки, связанные с формированием рельефа океанского дна, раскрыты? Безусловно, нет. Главные исследования предстоит провести в ближайшие и будущие годы.

Что же можно. сказать о биологических исследованиях океана? За прошедшие десятилетия проведено биогеографическое районирование океанов, разработаны основные законы развития и динамики экологических систем в океане, построены карты продуктивности морей и океанов, изучены районы промысловых скоплений рыб и морских животных. Но абсолютно ясно, что и в этой области нераскрытых тайн значительно больше, чем раскрытых.

На помощь советским ученым в раскрытии тайн океана приходят технические средства, десятки научно-исследовательских судов, оснащенных самыми совершенными приборами и оборудованием. В практику научно-исследовательских работ в океане широко внедрены автономные буйковые станции и радиобуи, батискафы и глубоководные самодвижущиеся аппараты. Наконец, наблюдения, проводимые с помощью искусственных спутников Земли, в значительной степени поставят раскрытие тайн океана на более высокую ступень.

Авторы этой книги многие годы жизни отдали изучению океана, морскому делу, строительству и эксплуатации морских судов. И вполне закономерно их желание познакомить читателя с историей океанологических исследований, тайнами океана, раскрытыми советскими учеными.

Прочитав эту книгу, читатель узнает об успешном использовании для этих целей сложных технических средств и в первую очередь научно-исследовательских судов. Ведь морские суда остаются и еще длительное время будут оставаться главными средствами изучения океана. Те же автономные буйковые станции, подводные аппараты и приборы можно устанавливать на дне или применять в работе только с помощью морских судов, а информацию с искусственных спутников Земли в большинстве районов Мирового океана можно принимать только с помощью судов космической службы.

Авторы надеются, что эта книга, рассказывающая о раскрытии тайн океана, будет хорошо встречена читателями.

А. А. АКСЕНОВ,

доктор географических наук, профессор

Глава 1
«Витязь» выходит в океан

Впереди океан!..

Он всегда впереди, океан,

Где, как тайна, легли

Очертанья неведомых стран,

И где айсбергов дым,

И безбрежие синих оков,

И над штормом седым

Безответная мгла облаков.

Николай Флеров

Из банановоза в корабль науки

Раскрытие тайн океана, его природы, законов, по которым живут обитатели' глубин, – эти направления исследований позволят в дальнейшем эффективно использовать его биологические и геологические ресурсы, надежно прогнозировать изменения атмосферных процессов, обеспечить развитие мореплавания. Поэтому постоянную вахту в морях и океанах несут корабли науки, оснащенные современной научной аппаратурой и оборудованием.

Первенцем и флагманом экспедиционного флота был «Витязь». С ним связан один из наиболее результативных периодов советской океанологии, период ее становления и выхода в Мировой океан. Инициатива создания «Витязя» принадлежала академику П. П. Ширшову, участнику беспримерного дрейфа на станции «Северный полюс-1» в 1937–1938 гг. В ходе дрейфа был собран уникальный материал наблюдений по географии, океанологии, гидробиологии, метеорологии, геологии обширной области Северного Ледовитого океана. Естественно встал вопрос о необходимости быстрейшей обработки и этих материалов для научного и практического использования. Ширшов в 1941 г. добился организации в Академии наук СССР первой в нашей стране лаборатории океанологии и привлек для работы в ней ведущих советских ученых, которые и занялись обработкой этих материалов.

В конце 1945 г. был организован Институт океанологии для комплексного исследования морей и океанов, который возглавил П. П. Ширшов. Первые исследования в окраинных морях новый институт проводил на арендованных учебных и промысловых судах. Однако было ясно, что плодотворно работать институт сможет только в том случае, если будет владеть собственными исследовательскими судами. Но как это осуществить?

Заместитель директора Института океанологии профессор В. Г. Богоров и опытный капитан дальнего плавания С. И. Ушаков были направлены в морские порты, где находились трофейные суда: Они осмотрели десятки судов и остановили свой выбор на грузовом теплоходе «Марс», бывшем банановозе.

Это судно было переоборудовано в ГДР на судоверфи в г. Висмаре. На нем разместили 12 научных лабораторий, научную библиотеку, экспериментальную мастерскую и помещения для хранения лабораторного имущества. Каждая лаборатория предназначалась для проведения исследований по определенной научной дисциплине: океанологии, геологии и геофизике, биологии и метеорологии. На верхней палубе находились грузовые лебедки для погрузки и выгрузки экспедиционного снаряжения и 11 океанографических лебедок для проведения исследовательских работ.

Переоборудованный корабль назвали «Витязь» в память о славном русском корабле науки, на котором в 1886–1889 гг. С. 0. Макаров проводил исследования в Атлантическом и Тихом океанах. Новое научно-исследовательское судно (НИС) было, по существу, плавучим институтом, где 65 научных сотрудников выполняли сложный объем работ, поднимая пробы пород с океанского дна и исследуя атмосферу над ним. Оборудование научных лабораторий позволяло проводить разностороннюю обработку собранных образцов проб океанической воды, морской флоры и фауны, а также геологических образцов донных осадков и коренных пород.

Свой первый экспедиционный рейс «Витязь» провел в Черном море, а затем совершил переход на Дальний Восток и был постоянно приписан к Владивостоку. С 1949 г. вся история «Витязя» была связана с исследованиями дальневосточных морей и Тихого океана, а позже и Индийского океана. Первую экспедицию на Дальнем Востоке провели в 1949 г. в Охотском море под руководством видного советского гидробиолога профессора Л. А. Зенкевича. Экспедиция получила" уникальные материалы по гидрологии, гидрохимии, биологии, ихтиологии и геологии этого окраинного моря.

Первые 3 года «Витязем» командовал капитан дальнего плавания С. И. Ушаков. Он много сделал для того, чтобы искоренить так называемое деление участников экспедиций на «паучников» и «извозчиков». Экипаж и научные работники на судне должны составлять единый коллектив с общими задачами. Члены экипажа так же ответственны за выполнение плана научных исследований в экспедиции, как и сами научные работники, поэтому должны помогать последним в проведении исследований. В свою очередь, научные работники – океанологи, морские геологи, гидробиологи – должны освоить особенности работы в море, стать настоящими исследователями-моряками.

Этот принцип, заложенный в первых экспедиционных рейсах «Витязя», выполняется в последующие годы на всех судах экспедиционного флота АН СССР. Именно такой принцип взаимоотношений экипажа НИС и научной экспедиции имел в виду академик Л. А. Зенкевич, сказав, что история океанологии – это история морских экспедиций. Без морских экспедиций невозможно развитие науки о море – океанологии. Никакие лабораторные исследования не могут сами по себе его обеспечить. Вот почему основоположники современной морской науки Нансен, Мюррей, Книпович, Дерюгин, Свердруп, Альберт Монакский и многие другие были настоящими моряками, для которых палуба корабля была исследовательской лабораторией, где рождались и обогащались фактами основы современной океанологии.

Исследовательский корабль, руководящий им научный коллектив и сама наука океанология представляют единое и неразрывное целое, ни одна часть этого триединства не может существовать без двух других, именно оно создает движущие силы науки о морях и океанах. Без этого наша наука была бы мертва.

Тайна погонофор

Уже первые экспедиции «Витязя» внесли огромный вклад в изучение самого крупного океана планеты – Тихого. При этом коренным образом менялись представления ученых о рельефе дна во многих районах океана. Ранее на картах восточнее Курильских островов была нанесена глубоководная впадина Тускарора, где отмечались глубины до 8514 м. Эта впадина была названа именем американского океанографического судна «Тускарора», проводившего в 1873–1876 гг. изыскания по проектированию трассы подводного кабеля Сан-Франциско – Иокогама и впервые открывшего ее.

После этого на протяжении почти 75 лет впадина Тускарора оставалась неисследованной и тревожила воображение многих писателей-фантастов, включая известного ученого-писателя И. А. Ефремова, который в рассказе «Встреча над Тускаророй» наделил воду из ее глубин чудодейственными свойствами.

«Витязь» в течение ряда лет работал в районе впадины. В результате неоднократно проведенных промеров глубин по всему обследуемому району представление об очертаниях впадины Тускароры изменилось. Выяснилось, что максимальная глубина впадины больше на 1200 м и равна 9715 м. Фактически с борта «Витязя» ученые вторично открыли эту. впадину. Было установлено, что ее длина значительно больше, чем ранее предполагалось, и достигает около 2000 км, а ширина – 20–60 км. Впадина протянулась вдоль восточных подводных склонов Курильских островов и южной части Камчатки. По предложению ученых, проводивших исследования, ее переименовали в Курило-Камчатскую впадину (желоб).

Биологические исследования, проведенные в Курило-Камчатской впадине, помогли приоткрыть тайну жизни в глубинах океана, решить принципиальный спор о предельных глубинах, на которых возможно пребывание живых организмов.

Еще в 1948 г. шведский океанолог Г. Петерсон высказал предположение, что на глубинах больше 6500 м жизнь вообще невозможна. Он ссылался на опыты французского физиолога Фонтена, в ходе которых даже бактерии гибли в барокамере при давлении в ней, соответствующем глубине 6500 м.

Тралы «Витязя», опущенные на глубину более 6000 м, обнаружили около 300 видов ультраабиссальных животных (живущих на глубинах более 6000 м) и даже подняли рыбу с глубины 7579 м. Это была сенсация.

Ученых поразили внешние формы глубоководных рыб. Это были мрачные черные хищники с огромной по отношению к длине тела и зубастой пастью. А у одной из глубоководных рыб (большерота) рот больше головы. К маленькой голове подвешена несоразмерно огромная челюсть. Глубоководные, рыбы светятся в темноте и часто именно этим привлекают к себе жертву.

Наиболее глубоководными животными оказались шестилучевые кораллы, кольчатые черви, моллюски, иглокожие. Ученые тщательно изучали найденные образцы необычайных форм жизни. Правда, их изучение крайне затруднено, так как они неизбежно погибают при извлечении с глубин на поверхность.

С древних времен люди были убеждены, что в глубинах океана обитают огромные чудовища: морские змеи, громадные спруты, фантастические драконы. Жизнь опровергла эти домыслы. Большому организму необходимо больше пищи, а с увеличением глубины количество животных уменьшается, следовательно, резко снижается и количество возможных жертв хищников. Пока все известные обитатели океанских глубин относительно небольшого размера. Естественно, что среди обитателей ультраабиссали есть немало неоткрытых видов. Тем не менее маловероятно открытие среди них новых крупных животных.

В связи с этим известный советский гидробиолог член-корреспондент АН СССР В. Г. Богоров приводил курьезный факт. Советская делегация на международной научной конференции, посвященной 100-летию со времени опубликования знаменитого произведения Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» и 150-летию со дня выхода в свет книги Ж. Б. Ламарка «Философия зоологии», которая прошла в Лондоне в 1959 г., выставила коллекцию глубоководных обитателей, собранную на «Витязе». Коллекция вызвала большой интерес среди ученых и разочаровала журналистов. В баночке были представлены экспонаты, собранные в ультраабиссали Тихого океана. Это были невзрачные на вид организмы небольшого размера, относящиеся к нескольким типам животного царства. На глубинах свыше 7 км найдены относительно немногочисленные виды фораминифер (корненожки), губок, кишечнополостных, червей, иглокожих, ракообразных, моллюсков, погонофор, асцидий. На глубинах более 10 км – несколько видов фораминифер, актиний, нематод, эхиурид, ракообразных, моллюсков и из иглокожих – голотурии. Эти находки доказали, что даже самые большие глубины океана населены.

Ученые до сих пор спорят о происхождении глубоководных животных. Согласно одной из гипотез жизнь на больших глубинах довольно молодая и возникла после последнего великого оледенения. В обоснование» той гипотезы ее приверженцы утверждали, что при каждом оледенении предельно холодные воды попадают из полярных районов на большие глубины и жизнь там прекращается.

Ряд гидробиологов, в том числе и академик Л. А. Зенкевич, считал, что фауна сверхбольших глубин очень древняя. Они утверждали, что жизнь там никогда не прерывалась и, возможно, что на этих глубинах было значительно меньше катаклизмов и резких изменений природных условий, чем в поверхностных слоях океана. Споры эти еще не окончены, нахождение истины связано с новыми находками и открытиями.

Интересно, что и после первых биологических открытий на протяжении многих лет именно «Витязь» был связан с исследованиями глубоководной фауны. Так, важную роль в ее изучении играет регистрация свечения, которое свойственно многим глубоководным морским организмам. В середине 70-х гг советскими и зарубежными специалистами были сконструированы специальные приборы – батифотометры, способные регистрировать даже очень слабые световые вспышки на глубине. С помощью батифотометров, конструкция которых предусматривала передачу на судно принятого светового сигнала по кабелю, удалось зарегистрировать вспышки на глубине 3700 м.

Дальнейшее увеличение длины кабеля не имело смысла. Это приводило в первую очередь к недопустимому усложнению и утяжелению всей конструкции, включая систему передачи сигнала на судно. Как же ученые вышли из положения? Участники рейсов «Витязя» – ученые красноярского Института физики Сибирского отделения АН СССР – создали автономный батифотометр, который мог бы опускаться с борта корабля на металлическом тросе. Прием и запись светового сигнала осуществляются прибором непосредственно в глубинах океана. Прибор был впервые опробован с борта НИС «Витязь». На глубину свыше 7000 м был опущен новый батифотометр. Прибор записал световые вспышки организмов, обитающих в царстве вечной ночи. Эксперимент увенчался успехом.

Что дали науке сенсационные находки «Витязя» на ультраабиссальных глубинах? Зачем они нам? Знание систематического состава ультраабиссальной среды исключительно важно для изучения особенностей распределения живой материи в биосфере, для определения путей эволюции живого на Земле.

Но дело не только в этом. При определении возраста глубоководных впадин океана их фауна является почти единственным надежным критерием. Профессор А. А. Аксенов утверждает по этому поводу, что стабильность условий жизни и невозможность переселения фауны из одной впадины в другую позволяют более надежно реконструировать ход геологической эволюции океана. Установлено, что фауна глубоководных желобов западной части Атлантического океана в районе Карибского моря имеет много общего с глубоководной фауной близлежащих районов Тихого океана. Значит, можно предположить, что в относительно недавнем геологическом прошлом существовала прямая связь двух океанов и не было Панамского перешейка.

В приведенном выше рассказе профессора В. Т. Богорова упомянуто о погонофорах. А ведь именно с экспедициями «Витязя» связаны важнейшие исследования по погонофорам, знаменующие их фактическое открытие для науки. Еще в 1914 г. крупнейший французский зоолог М. Коллери сообщил о загадочном существе, найденном в сборах голландской глубоководной экспедиции на судне «Зибога», работавшей в конце прошлого века в морях Малайского архипелага. Никто тогда не обратил внимания на его сообщение.

В первых экспедиционных рейсах «Витязя» впервые погонофоры были обнаружены в северо-западной части Охотского моря на глубине 3500 м, а затем в тропических районах Тихого и Индийского океанов. Позднее они были найдены и в Атлантическом океане.

Чем же удивительно это нитевидное животное, живущее в длинной хитиновой трубке? Профессор А. В. Иванов изучал эти существа в течение 20 лет и участвовал в ряде экспедиций на «Витязе». Это особый ранее неизвестный тип животных. За исследования в этой области профессор А. В. Иванов в 1961 г. удостоен Ленинской премии.

Сейчас установлено, что погонофоры – одни из древнейших животных, известных еще из палеозоя (570–220 млн. лет тому назад). Таким образом, они одни из немногих выживших древнейших животных, господствовавших миллионы лет назад. Погонофоры – наши дальние родственники, они очень близки к типу хордовых, а следовательно, и к позвоночным. Многие годы зоологи всего мира с интересом наблюдали за. исследованиями Иванова, ведь ему удалось восстановить целое звено в эволюции животного мира.

В настоящее время описано около 130 видов погонофор (в переводе – бородачей). Так они названы из-за хорошо развитого аппарата щупалец на переднем конце тела, напоминающих бороду.

Погонофоры в большинстве являются типичными обитателями абиссали и встречаются, как правило, на глубинах от 2000 до 10 000 м. Они ведут сидячий образ жизни. Погонофоры не способны покидать свою трубку диаметром до 3 мм и длиной от нескольких сантиметров до 1,5 м, так как не приспособлены к перемещениям на открытых пространствах. Однако внутри трубки они могут быстро и активно перемещаться, то высовывая передний конец тела со щупальцами из трубки, то уходя глубоко в нее. Длина трубки значительно превышает длину самого животного и не препятствует таким движениям.

Особенно интересна физиология питания этих животных. Оказывается, микроскопические организмы и Детрит (останки организмов, опустившиеся из поверхностной зоны океана) застревают в густой сети пиннул (выростки на щупальцах). А в межщупальцевое пространство выделяются пищеварительные ферменты и там же происходит переваривание пищи. Питательные вещества всасываются пиннулами, а затем поступают в кровь и разносятся по всему телу. Правда, было также предположение, что погонофоры всасывают также через поверхность тела органические вещества, растворенные в морской воде.

По определению профессора А. В. Иванова, погонофоры представляют собой совершенно исключительный пример свободноживущих (непаразитических) животных, лишенных кишечника и обладающих исключительно наружным пищеварением.

Безусловно, открытие и изучение этих удивительных существ расширило наши представления о формах живой материи и об ее эволюции на Земле.