книги из ГПНТБ / Егоров Н.И. Физическая океанография

МО СССР. Создание центров, и особенно их развитие и укрепле­ ние, является одной из первостепенных задач. Это вполне понятно, если учесть тот огромный поток информаций, который поступает только с океанографических судов. Достаточно сказать, что только океанографический флот Советского Союза включает в свой со­ став несколько десятков крупных океанографических судов: «Академик Курчатов», «Академик Королев», «Профессор Визе», «Профессор Зубов», «Витязь», «Михаил Ломоносов», «Ю. М. Шо­ кальский», научно-исследовательские суда погоды «Пассат», «Мус­ сон» и др.

Естественно, уровень развития океанографии (так же как и дру­ гих наук), достигнутый к настоящему времени, потребовал опре­ деленного разделения ранее бывшей единой науки об океане на частные науки. К сожалению, единого и общепринятого деления пока нет. Более того, до 1973 г. не было и общепринятого термина самой науки о Мировом океане, которая исторически называлась океанографией. Позднее был введен термин — океанология.

В 1973 г. был введен ГОСТ 18451-73, где даются следующие определения океанологии и океанографии.

О к е а н о л о г и я — совокупность научных дисциплин, изучаю­ щих различные аспекты природы Мирового океана: физические, химические, биологические, геологические.

О к е а н о г р а ф и я — наука, изучающая физические и химиче­ ские свойства водной среды, закономерности физических и химиче­ ских процессов и явлений в Мировом океане в их взаимодействии

сатмосферой, сушей и дном.

Вотношении деления океанографии на частные науки, по-види­ мому, следует высказать некоторые соображения, учитывая слиш­ ком большое количество терминов, появившихся за последние

15—20 лет.

Но нашему мнению, современную океанографию, как единую науку о водной оболочке Земли —Мировом океане, можно подраз­ делить на следующие частные науки: ф и з и к у м о р я — исследую­ щую общие закономерности физического состояния и динамику вод океана на основе приложения законов термо-гидромеханики с уче­ том современного уровня развития математики и результатов лабо­ раторных и натурных исследований;

р е г и о н а л ь н у ю о к е а н о г р а ф и ю —• изучающую конкрет­ ные характеристики (параметры) вод Мирового океана в различ­ ных его районах, на основе натурных наблюдений с учетом выводов физики моря;

м о р с к и е г и д р о л о г и ч е с к и е п р о г н о з ы — разрабатыва­ ющие методы прогноза океанографических параметров и их комп­ лексов с учетом физики моря и региональной океанографии;

п р а к т и ч е с к у ю о к е а н о г р а ф и ю (морская гидромет­ рия) — занимающуюся разработкой методов и технических средств океанографических исследований.

Так как процессы, проиоходящие в океане, неразрывно связаны с процессами, происходящими в атмосфере и литосфере, то вполне

10

Глава

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКЕАНА

§ 1. Основные категории подводного рельефа

Общие принципы деления Мирового океана. Суша земного шара не является монолитом. Она состоит из отдельных огромных массивов (материалов) и более мелких глыб (островов), окружен­ ных со всех сторон солеными водами Мирового океана. Этот гло­ бальный бассейн, занимающий 361 • 106 км2 (70,7% поверхности Земли), условно разделяют на более или менее самостоятельные крупные части — океаны, сообщающиеся между собой.

Деление Мирового океана складывалось исторически и произ­ водится по-разному. Наиболее объективно, очевидно, разделение по обособленности его отдельных частей островами и подводными воз­ вышенностями, или иначе — по геоморфологическим признакам. Однако все еще нет полной ясности в том, на сколько частей сле­ дует делить Мировой океан.

Индийском и Южном. Это деление было принято в 1845 г. Лондон­ ским географическим обществом и сейчас удерживается во многих странах.

О. Крюммель (1878 г.), а позднее Ю. М. Шокальский (1917 г. исходя из чисто морфометрических соображений, считали, что су­ ществуют только три океана: Атлантический, Тихий и Индийский.

В Советском Союзе с 1935 г. принято выделять четыре океана: Северный Ледовитый, Атлантический, Тихий и Индийский.

Н. Н. Зубов (1956 г.) считает обоснованным подразделять Мировой океан по гидрометеорологическим признакам на восемь океанов: Северный Ледовитый, Северный Атлантический, Северный Индийский, Северный Тихий, Южный Тихий, Южный Индийский, Южный Атлантический и Южный (или Антарктический).

За рубежом довольно широко принято деление на семь следую­ щих океанов: Арктический, Северная Атлантика, Южная Атлан­ тика, Северный Тихий, Южный Тихий, Индийский и Антарктиче-

12

ский. Однако Международное гидрографическое бюро в Монако не признает существования Антарктического океана. Установленная им система разделения Мирового океана соответствует традицион­ ной классификации, принятой в «Извещениях мореплавателям», и мало соответствует естественным границам между океанами и океа­ нами и морями.

Основные данные по морфологическим характеристикам отдель­ ных океанов приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Основные морфологические характеристики океанов

Часть каждого океана, так или иначе ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна (порогами), называется морем. Моря делятся по их расположению на средиземные, окраин­ ные и межостровные.

Средиземные моря глубоко вдаются в сушу и с океаном соеди­ нены одним или несколькими сравнительно узкими проливами. Раз­ личают средиземные внутриматериковые моря (например, Белое, Балтийское, Черное) и межматериковые (например, Средиземное, Карибское). Гидрологический режим средиземных морей значи­ тельно отличается от режима прилегающей части океана.

Окраинные, или краевые, моря сравнительно неглубоко вда­ ются в сушу и отделены от океана либо большими полуостровами, либо грядами островов (например, Охотское, Коралловое, Тасма­ ново море). Гидрологический режим окраинных морей ближе к ре­ жиму прилегающей части океана, чем режим средиземных.

Межостровные моря отделяются от океана островами (напри­ мер, моря Банда, Суду).

В зависимости от числа проливов, соединяющих море с океаном или с другими морями, можно выделить однопроливные (Белое, Азовское, Красное, Адриатическое), двухпроливные (Черное, Мра­ морное, Средиземное) или многопроливные моря. К последним относится большинство окраинных и межостровных морей.

Можно делить моря на мелководные и глубоководные. Глубина первых не превышает нескольких сотен метров, и располагаются

13

они обычно в пределах материковой отмели. Поэтому их часто на­ зывают морями материковой отмели (шельфовые моря, или моря шельфа) Г К ним относятся Баренцево, Северное, Белое, Балтий­ ское.

Глубоководные моря значительно глубже — до нескольких тысяч метров (Охотское, Японское, Черное, Красное, Средиземное). Их образование связано с резкими деформациями земной коры, и располагаются они, как правило, в поясах разлома земной коры. Такие моря часто называют провальными.

Существует, кроме того, деление морей по особенностям их гидрологического режима — наличию или отсутствию приливов; льдов, большой или малой солености и т. д.

Заливом, или бухтой, принято называть часть океана или моря, вдающуюся в сушу, но не отделенную от него подводным порогом.

Различают заливы океанские и морские. В зависимости от строе­ ния берегов и происхождения они имеют различные, зачастую мест­ ные названия — лагуны, лиманы, губы, фьорды и т. д.

Имея дело с географическими номенклатурными терминами, следует учитывать, что здесь многое сложилось исторически. Не­ редко районы с очень похожими характеристиками называют поразному: то морями, то заливами, то проливами. Так, например, такие океанические заливы, как Персидский, Мексиканский, Гудзо­ нов и другие, по режиму относятся к морям, тогда как Аравийское море лучше было бы называть заливом и т. д. Также условны гра­ ницы не только отдельных океанов, но и морей, заливов и про­ ливов.

Г и п с о г р а ф и ч е с к а я к р и в а я . Еще совсем недавно дно океанов и глубоких морей представляли в виде относительно ров­ ной поверхности, поскольку редкая сеть промеров и точечный характер тросовых (проволочных) измерений ограничивал возмож­ ность изучения подводной топографии. Поэтому классификация и терминология подводного рельефа основывалась на представле­ ниях, полученных при рассмотрении весьма упрощенных и редких изобат (линий равных глубин). Эта система изучения окена может быть охарактеризована как батиметрическая.

Подсчитав площади, занятые на Земле различными ступенями высот и глубин, Лаппаран в 1883 г. построил гипсографическую кривую, которая характеризовала обобщенный профиль земной коры. С некоторыми изменениями эта кривая повторялась позже различными авторами (например, Э. Коссина, 1933; В. Степанов, 1959). «До сих пор еще сохранилась традиция, — пишет О. К. Леон­ тьев, — говорить об основных чертах рельефа дна Мирового океана, исходя из анализа гипсографической кривой». Основными элемен­ тами рельефа, как следует из кривой рис. 1.1, являются: материко­ вая отмель, материковый склон, ложе океана, глубоководные желоба.

1 Shelf (англ.)— полка, горизонтальная плоскость.

14

Современные исследования подводного рельефа, в которых широко применяются эхолоты — самописцы и геофизическая аппа­ ратура, произвели подлинную революцию в утвердившихся предста­ влениях об океане. На смену прежней батиметрической системе пришла система геоморфологическая, или структурная. В основу ее положен комплекс новых методов и средств глубоководных ис­ следований, дающий возможность получать не только подробные сведения о рельефе океанского дна, но и кое-какую информацию

нм

Рис. 1.1. Гипсографическая кривая (Л) и обобщенный профиль дна океана (Б) (по О. К. Леонтьеву, 1968).

Диаграмма вверху (по Э. Венку, 1971) показывает, какой процент площади океанического дна занимают: шельф и материковый склон (/), материковое подножие (2), абиссальные равнины и холмы (3), океанические хребты и поднятия (4), желоба (5), вулканические хребты и конусы вулканов (6).

о структуре коренных пород, возрасте рельефа и рельефообразую­ щих процессах.

На дне океанов обнаружены грандиозные горные системы — срединные океанические «ребты и их рифтовые долины, зоны океа­ нических разломов, глубоководные желоба, обширнейшие абиссаль­ ные равнины и др. Исходя из этого, очевидно, пришло время внести коррективы в гипсографическую кривую, исключив из нее часть площади с глубинами 4—6 км и нарастив за счет ее площадь с глубинами 2—3 км. По-видимому, это приведет к более плавному спаду кривой, начиная с глубин 2 км. Однако «здесь нельзя ограни­ чиваться лишь новыми численными характеристиками старых по­ нятий,— говорит О. К- Леонтьев, — необходим пересмотр и каче­ ственного содержания этих понятий».

На материках толщина коры достигает 30—40 км, увеличиваясь под горными хребтами до 80 км. Под Атлантическим и Индийским

15

океанами вертикальная протяженность ее уменьшается до 15— 10 км, а в центральной части Тихого океана до 5—4 км. Материко­ вая кора имеет сложное строение и состоит из трек слоев: осадоч­ ного, гранитного, базальтового. На подводной окраине материка (шельф, материковый склон, материковое подножие) продолжа­ ются геологические структуры суши, причем толщина коры здесь уменьшается, а гранитный слой, утоньшаясь, выклинивается при переходе через материковый склон. Таким образом, океанская кора совершенно лишена гранитного слоя.

Общая площадь подводной окраины материков составляет около 73,6 млн. км2, или почти 20% площади дна Мирового океана.

Материковая отмель и ее основные черты. Материковая отмель,

иногда ее называют также континентальным плато, или шельфом, Занимает 7,5% общей площади Мирового океана и представляет собой затопленную океаном окраину современной суши. Некоторые моря целиком или большей своей частью лежат в пределах этой зоны. В сторону океана она обычно заканчивается более или менее резким перегибом — бровкой, являющейся верхней границей мате­ рикового склона.

Ширина шельфа и глубина на его бровке в разных местах раз­ личны. Например, у Африканского материка шельф почти отсут­ ствует, у берегов Калифорнии его ширина всего 10 км, а шельф Евразии достигает ширины 1000 км; в Австралии, к северу от юж­ ного тропика, имеется достаточно широкий шельф, отсутствующий к югу от этой линии. У восточного берега США шельф в несколько раз шире, чем у западного.

В глобальном масштабе глубина бровки шельфа меняется от 20 до 550 м, в среднем составляя 133 м; ширина шельфа изменяется от нуля до 1500 км, в среднем 78 км.

Материковые отмели подразделяются на трансгрессионные, рас­ положенные на платформах, абразионные, располагающиеся на неустойчивых геологических структурах, и сбросовые.

Трансгрессионная отмель образуется при медленных колеба­ тельных движениях равнинных участков земной коры. Для нее характерны поэтому большая ширина и большое число форм рельефа наземного происхождения, аналогичных формам соседней суши, а также форм, созданных современными процессами. Тектонические формы рельефа обычно сильно завуалированы последующими процессами, сначала наземными, а затем и мор­ скими.

Наиболее крупными формами рельефа в пределах трансгрессионной отмели являются впадины со сравнительно большими глубинами. Они часто имеют вытянутую форму. Наиболее глубо­ кие— тектонические — впадины обычно сочетаются, кроме того, с древними складчатыми сооружениями. .Так, например, Новоземельская впадина в Карском море приурочена к складчатой

16

следовательно, тем менее будут вероятны случаи навигационных аварий судов.

Материковая отмель (шельф) играет исключительную роль в ре­ жиме самого океана и деятельности человека в океане. Это зона интенсивного судоходства, рыбного промысла, промысла животных, биохимической переработки водорослей и добычи нефти, природ­ ного газа, серы, золота, алмазов и др. По сути дела, это еще один материк, площадь которого соизмерима с территорией Африки. Почти треть населения Земли живет вблизи этой прибрежной зоны Мирового океана.

Взоне шельфа отмечаются сгонно-нагонные колебания уровня

итечения. Здесь усложняются и усиливаются приливы и приливные течения. В замкнутых его участках развиты, кроме того, сейши.

Глубины шельфа являются почти пределом проникновения солнеч­ ной радиации в толщу океана, а также распространения зимнего конвективного перемешивания. Воды шельфа от поверхности до дна всегда находятся в движении и перемешиваются как в вертикаль­ ном, так и в горизонтальном направлениях. Благодаря постоянной аэрации морских глубин и речному стоку, выносящему с суши огромные массы органического вещества, в водах зоны шельфа происходит интенсивное развитие органической жизни. Исключе­ ние представляет лишь зона арктических морей, большую часть года покрытая льдами.

В прибрежной зоне некоторых морей со дна моря бьют подвод­ ные пресные источники. Источники эти многочисленны и широко распространены в карстовых районах, там где берега и прилегаю­ щие участки дна сложены известняками. Источники издавна ис­ пользуются жителями Южной Франции, Италии, Индонезии, по­ бережья Персидского залива, Кубы, Австралии для водоснабже­ ния. Такие подводные «острова» пресной воды известны в СССР

на Черном море в районе Гагры и у Крымского берега, западнее Байдарских ворот.

Материковый склон и его основные формы. Материковый склон начинается у внешнего края материковой отмели. Угол наклона его меняется от 3 до 20°. У берегов вулканических и коралловых островов, а также вблизи берегов, сложенных коренными породами, угол наклона может достигать 40—45°. Такие большие уклоны на­ блюдаются в фьордах Норвегии и Мурмана, в Бискайском заливе. Средние углы наклона материкового склона составляют 3—6°.

Материковый склон играет важную роль в развитии земной коры. Наибольшее количество очагов землетрясений, охватываю­ щих побережья всех морей и океанов, приходится, как правило, на область материкового склона. При этом часто происходят рез­ кие движения морского дна, вызывающие катастрофические изме­ нения подводного рельефа и глубин.

С активными геологическими новообразованиями связано появ­ ление глубоководных впадин, заполненных горячей рапой. Так, на­ пример, в 1964, 1965 и 1966 гг. в Красном море были обнаружены и обследованы впадины «Дискавери», «Атлантис-2» и «Чейн» (по

18

названиям работавших здесь судов). Температура воды в этих бас­ сейнах с глубиной до 2042 м достигает почти 56°, а соленость — почти 300%о.

Материковый склон отличается сложным строением. Для него характерны многочисленные уступы и обрывы, грандиозные скалы и гребни. Отдельные гребни и скалы материкового склона дости­ гают поверхности океана, и вершины их образуют острова мате­ рикового склона. Иногда такие острова отделяются от материков очень глубокими морями. Примерами островов материкового склона могут служить Гренландия, Мадагаскар, острова Малай­ ского архипелага, Тайвань, Сардиния, Корсика и многие другие.

Поверхность материковых склонов изрезана и изрыта огром­ ными подводными каньонами и узкими ложбинами с крутыми хреб­ тами между ними.

Каньоны были открыты русскими моряками еще в 80-х годах прошлого столетия. Сейчас они обнаружены во всех морях и океа­ нах вдоль берегов самого различного строения. В отличие от реч­ ных долин подводные каньоны имеют очень большой угол падения по продольному профилю. Крутизна склонов каньонов нередко до­ стигает 20—30°. Есть и еще более крутые участки, вплоть до отвес­ ных. Характерно, что каньоны встречаются обычно группами. Известны только отдельные случаи единичных подводных каньонов. Вопрос о происхождении каньонов является спорным. Существует мнение, что они представляют собой глубокие трещины и расколы земной коры на материковом склоне, образовавшиеся при неравно­ мерных вертикальных движениях и идущие в различных направле­ ниях.

Материковое подножие. В последние годы выявлен еще один важный элемент рельефа подводной окраины материков — мате­ риковое подножие. Оно представляет собой наклонную, нередко слабоволнистую равнину, окаймляющую основание материкового склона. Пока это наименее изученный крупный элемент рельефа дна.

Океанские котловины. Между внешним краем подводных окраин материков и срединноокеаническими хребтами на глубинах не менее 3,5—4 км, а нередко и 6—7 км, располагается дно океаниче­ ской котловины. Оно, как показали работы американских геофизи­ ков, разделяется на три категории геоморфологических областей (провинций). Это ложе океана (абиссальное дно), океанические поднятия и группы подводных гор. На ложе океана обнаружены абиссальные равнины и зоны абиссальных холмов, занимающие наиболее глубокие части океана '.

Ложе океана. Абиссальная равнина определяется как область океана, где поверхность дна плоская, а уклон менее 1:1000. Абис­

интенсивного проявления тектонических процессов. Изучение этой зоны только начинается.