История исследования Мирового океана

Первые сведения о Мировом океане накапливались вместе с расширением географических знаний о Земле. Уже в древности финикияне, египтяне, греки, китайцы и другие народы, населяющие берега океана, имели правильное представление о некоторых наблюдаемых в нём явлениях. Аристотель высказал мысль о единстве Мирового океана и указывал на существование течений в проливах Керченском, Босфоре, Дарданеллах. Дальнейшее развитие знаний о Мировом океане связано с крупнейшими географическими открытиями конца XV- начала XVI вв., в первую очередь с именами Васко да Гама, Колумба, Магеллана.

После эпохи Великих географических открытий началось быстрое изучение Мирового океана. В 1650 г. голландский географ Б.Варениус впервые предложил выделять пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый. В 1845 году Лондонское географическое общество подтвердило это деление. В последующем некоторые учёные - О.Крюммель (Германия, 1878 г.), Ю.М.Шокальский (Россия, 1917 г.) предложили выделять только три океана: Тихий, Атлантический и Индийский, считая Северный Ледовитый морем Атлантического океана. Комплексное изучение Арктического бассейна привело к тому, что в 1935 г. в Советском Союзе было узаконено выделение Северного Ледовитого океана как самостоятельного.

В 1664 г. А.Кирхер (Германия) составил первую карту морских течений, основанную на результатах наблюдений мореплавателей. В 1725 г. Л.Марсильи (Италия) дал первое описание грунтов дна как осадочных пород, выполнил ряд измерений температуры воды на различных глубинах в Средиземном море. В 1749 г. капитан Эллис впервые измерил температуру на больших глубинах (до 1630 м) у северо-западных берегов Африки. Началась разработка теория волн (Лаплас, 1776; Лагранж, 1786 и др.). В 1770 г. Б.Франклин (Великобритания) составил первую карту Гольфстрима и обосновал главную причину (ветер) образования морских течений.

Огромное значение имело создание в 1687 г. И.Ньютоном (Великобритания) теории приливов в океане, развитой в 1799-1825 гг. П.С.Лапласом (Франция). Замечательная черта приливных явлений - их периодичность и относительно малая зависимость от других процессов, проис­ходящих в океане, позволила Томпсону на основе работ Лап­ласа выдвинуть в 1868 г. идею гармонического анализа и пред­вычисления приливных колебаний уровня. Эта идея оказалась настолько плодотворной, что к концу XIX в. уже издавались «Таблицы приливов», содержащие предвычисленные высоты, времена полных и малых вод и другие характеристики приливов по всем основным портам мира.

К середине XIX в. относятся и первые приложения методов гидродинамики к океану. Трудами Эйлера, Лапласа, Лагранжа, Кориолиса, Навье и Стокса была построена современная система уравнений движения как идеаль­ной, так и вязкой жидкости. Это позволило предпринять первые попытки теоретического объяснения механизма течений.

В начале XIX в. русские учёные Э.Ленц и Е.Паррот изобрели батометр и глубомер, а также провели опыты (1832 г.), показывающие влияние давления на температуру воды. Важное значение имело изобретение в 1854 Дж.М.Бруком (США) лота с отделяющимся грузом и драги для сбора образцов грунта и донных живых организмов.

Во время первой русской кругосветной экспедиции И.Ф.Крузенштерна и Ю. Ф.Лисянского на шлюпах «Надежда» и «Нева» (1803-06 гг.) проводились измерения температуры воды на больших глубинах океана, наблюдения над удельным весом, течениями, цветом воды, биологические исследования и измерения глубин. В плавании на корвете «Предприятие» (1823-26 гг.) Э.Ленцем положено начало точным измерениям в Мировом океане. Ч.Дарвином (Великобритания) на «Бигле» были выполнены широкие биологические исследования.

Экспедиция Ф.Ф.Беллинсгаузена и М.П.Лазарева в 1819-21 гг. на шлюпах «Восток» и «Мирный» открыла берега Антарктиды и внесла большой вклад в изучение антарктических льдов (была проведена их классификация и исследовались физико-химические свойства). К этому же периоду относится организация первых береговых пунктов наблюдений. Большое значение имело изобретение в 1839 г. русским мореплавателем Ф.П.Литке приливомера для измерения уровня моря и установка его на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов. В 1819 г. Марсе (Франция) установил температуру наибольшей плотности воды, а в 1837 г. С.Депре (Бельгия) определил ее точку замерзания и показал, что обе температуры зависят от солёности. В 1842 г. Дж.Эри (Великобритания) развил теорию приливов. В 1862 г. У. Фруд (Великобритания) провёл многочисленные исследования морских волн с помощью предложенной им вехи (веха Фруда). В 1840-50 гг. М.Ф.Мори (США) составил несколько карт течений для издаваемых им лоций и построил первую карту рельефа дна северной части Атлантического океана. В 1865 г. Форххаммер (Дания) установил постоянство химического состава морской воды. В 1868-70 гг. У.Б. Карпентер и У.Томсон (Великобритания) провели опыты по химическому анализу вод океана и анализу содержащихся в них газов.

В этот период началось изучение биологии Мирового океана.. Было установлено, что живые организмы обитают не только в поверхностном слое воды, но и во всей её толще. В 1851 г. Д.В.Балей (США) установил, что органическая часть грунта состоит из остатков отмерших организмов (диатомовых, радиолярий, фораминифер, птеропод и др.).

В 1872-76 гг. состоялась первая океанографическая экспедиция на английском судне «Челленджер», положившая начало специальным океанографическим экспедициям, созданию новых технических средств и методов наблюдений. Экспедиция на «Челленджере» выполнила комплексные наблю­дения на 362 глубоководных станциях в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Об объеме полученного материала свиде­тельствует то, что его обработку проводили 70 ученых в течение 20 лет. Были получены уникальные результаты - обнаружена жизнь на глубинах до 5 км, изучено вертикальное распределение температуры, а исследования Меррея и Ренара привели к класси­фикации грунтов морского дна. Дитмар (Великобритания) по данным экспедиции на «Челленджере» подтвердил постоянство химического состава вод Мирового океана и преобладание в нём хлоридов. На основе этого в 1902 г. М.Кнудсен (Дания) разработал метод определения солёности воды по содержанию в ней хлора, а также таблицы солёности и плотности воды.

Вслед за экспедицией на «Челленджере» многими стра­нами были предприняты аналогичные экспедиции, различные по масштабам и районам плаваний. Среди них выделяются поляр­ные экспедиции Ф.Нансена на «Фраме» (1893-1896 гг.) и С. О. Макарова на ледоколе «Ермак» (1899 г.).

В конце XIX - начале XX вв. возникают национальные океанографические учреждения и сеть береговых станций. Трудоемкость и дороговизна экспедиционных исследований выдвинули вопрос о международном сотрудничестве в океано­логии. Созданный в 1902 г. Международный совет по исследованию моря (МСИМ) ввёл унификацию методик океанографических измерений, методов химиче­ского анализа морских вод, стандартные горизонты и разрезы для повторных наблюдений в Мировом океане. В результате были выполнены точ­ные определения солености и многих физических параметров, изданы первые океанологические таблицы. Данные на­блюдений и научных исследований, выполняемых различными странами, начали образовывать единый международный фонд.

В 1903 г. Й.В.Сандстрём и Б.Гелланд-Гансен (Норвегия) предложили на основе циркуляционной теории В.Бьеркнеса (Норвегия) динамический метод расчёта течений, который в 1935 г. был развит Н.Н.Зубовым (СССР). В 1905 г. В.Экман (Швеция) разработал теорию дрейфовых течений. В 1915 г. А.Вегенер опубликовал гипотезу дрейфа материков, проливавшую свет на конфигурацию материков и геологическое строе­ние дна океанов. В 1912-16 гг. Б.Гелланд-Гансен предложил метод анализа температурно-солёностных кривых (T,S-кривых) для изучения водных масс океана и процессов перемешивания вод; позже этими вопросами занимался советский учёный В.Б.Штокман. В 1907 г. Дж.Дарвин (Великобритания) предложил упрощённый метод гармонического анализа приливов. В теорию приливов и в развитие методов их предвычисления большой вклад внесли А.Дефант (Австрия, 1923 г.), Д.Праудмен (Великобритания, 1924 г.), А.Т.Дудсон (Великобритания, 1924, 1928 гг.), советские учёные Н.Е.Кочин (1938 г.), Л.Н.Сретенский (1936 г.), В.В.Шулейкин (1938 г.) и др.

В СССР океанографические исследования начались после создания в 1921 году по декрету, подписанному В.И.Лениным, Плавучего морского института (Плавморнина) и введения в строй научно-исследовательского судна «Персей». На базе института в 1929 г. был создан Океанографический институт, преобразованный в 1933 г. во Всесоюзный институт рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО). В 1925 г. организован институт по изучению Севера (ныне Государственное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" (ГУ ААНИИ).

В 1929 г. в Крыму под руководством В.В. Шулейкина создана первая морская гидрофизическая станция (сейчас Морской гидрофизический институт НАН Украины). В 1943 г. организован государственный океанографический институт (ГОИН) (ныне Государственное учреждение «Государственный океанографический институт» Росгидромета). В 1946 г. П.П.Ширшов основал Институт океанологии АН СССР (сейчас Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук (ИОРАН).

До 40-х гг. ХХ в. исследования Мирового океана проводились в рамках национальных программ. Океанографические экспедиции различных стран занимались главным образом изучением конкретных океанических бассейнов и распределением в них важнейших физических и химических характеристик воды, течений, приливов, волнения, ледовитости и других морских явлений. Исследования носили преимущественно региональный и режимный характер, при этом широко использовались географические методы.

В годы становления океанографии, а затем и океанологии, как науки о Мировом океане, большой вклад внесли Ю.М.Шокальский, Н.М.Книпович, К.М.Дерюгин, Вс.А.Берёзкин, В.Ю.Визе (СССР), X.Свердруп, Ф.Нансен (Норвегия), О.Крюммель, Г.Вюст, Г.Шотт (Германия), И.Суда (Япония), О.Петерсон (Швеция), Р.Айселин (США) и другие.

Итоги исследований по океанологии за истекший период были подведены в большом труде Свердрупа, Джонсона, Флеминга «Океаны, их физика, химия и общая биология».

Со второй половины 40-х гг. началось быстрое развитие всех направлений в изучении Мирового океана. С 1955 г. проводились крупные международные экспедиции: по изучению северной части Тихого океана (Норпак, 1955 г.), по программе Международного геофизического года (1957-58 гг.), изучению экваториальной зоны Атлантики (Эквалант, 1963-64 гг.), исследованию Куросио (Сик, с 1965 г.), изучению тропической зоны Атлантики (Тропекс, 1974 г.), исследованию вихревых образований Гольфстрима (Полимоде, с 1976 г.) и др.

Дальнейшее развитие экспериментальных и теоретических исследований было направлено на разработку численных методов изучения физической среды океана, прогноза её различных характеристик (волнения, уровня, температуры воды). В 60-80-х гг. выполнялись теоретические обобщения по всем океанам и морям, выявлялись закономерности формирования и изменчивости термохалинной и динамической структуры. Были установлены закономерности горизонтального и вертикального обмена химическими веществами в зависимости от состояния физической среды океана. Важное место заняли проблемы загрязнения и охраны вод океана, добычи биологических, энергетических и минеральных ресурсов.

Биологическими исследованиями были значительно расширены знания биологической структуры океана, морфологии морских организмов, их экологии, биологической продуктивности, прогноза и регулирования промысла.

В результате исследований рельефа дна были определены особенности геологической структуры дна, обнаружены отдельные формы рельефа, открыта система срединно-океанических хребтов, их распределение, в отдельных районах выявлены залежи полезных ископаемых.

Большой вклад в исследование Мирового океана в этот период внесли советские и зарубежные учёные. В изучение физической среды океана - В.В.Шулейкин, Н.Н.Зубов, В.В.Тимонов, А.Д.Добровольский, О.И.Мамаев и др. (СССР), Г.М.Стоммел, Р.Р.Ревелл (США), Н.Г.Кэмпбелл, Р.В.Стюарт (Канада), Г.Е.Дикон, Г.К.Сваллоу, X.Чарнок (Великобритания), А.Лакомб (Франция), И.Мацудзава, М.Уда, К.Хидака (Япония); химии океана - О.А.Алекин, Л.К.Блинов, С.В.Бруевич и др. (СССР), Д.Э.Фишер, Р.X.Флеминг (США), М.Вальдичук, В.Л.Форд (Канада), И.Имаи, К.Сугавара (Япония); биологии океана - В.Г.Богоров, Л.А.Зенкевич и др. (СССР), Дж. Д.Айзекс, В.М.Чапмен (США), К.Э.Лукас (Великобритания), Р.Марумо, И.Мацуи (Япония).

Новые факты привели к уточнению представлений о природе Миро­вого океана и теоретических обобщений во всех разделах океа­нологии.

В настоящее время для океанологических исследований характер­ным является комплексный подход как в организации экспеди­ционных наблюдений, так и в теоретических разработках при все более широком использовании математического моделирова­ния процессов. В целом же, современная океанология иссле­дует разнообразный комплекс процессов в океане с помо­щью современных достижений науки и техники, а главная цель этих исследований - обеспечение эф­фективного использование ресурсов Мирового океана для нужд человечества.