2014-01-27
1518
ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
В истории исследования океанов и становлении океанологии можно выделить несколько периодов. Первый период исследований от древнейших времен до эпохи Великих географических открытий связан с открытиями египтян, финикийцев жителей острова Крит и их приемников. Они имели неплохое представление о ветрах, течениях и берегах известных им акваторий. Первое, исторически доказанное плавание египтяне, осуществили по Красному морю от Суэцкого залива до Аденского залива, открыв при этом Баб-эль-Мандебский пролив.
Финикийские полукупцы-полупираты плавали далеко от своих родных портов. Подобно всем мореплавателям древности они никогда по собственному желанию не удалялись от берега за пределы его видимости, не плавали зимой и ночью. Основной целью их путешествий была добыча металла и охота за рабами для Египта и Вавилонии, но одновременно они способствовали распространению географических знаний об океане. Основным объектом их исследований во II тысячелетии до нашей эры было Средиземное море. Кроме этого они плавали через Аравийское море и Индийский океан на Восток, где, минуя Малаккский пролив, возможно, достигали Тихого океана. В 609-595 годах до нашей эры финикийцы на галерах пересекли Красное море, обогнули всю Африку и вернулись в Средиземное море через Гибралтарский пролив.
Открытие Индийского океана связано с мореходами древнейшей хараппской цивилизации существовавшей в бассейне Инда в III-II тысячелетии до нашей эры. Для навигационных целей они использовали птиц и имели четкое представление о муссонах. Первыми освоили прибрежное судоходство по Аравийскому морю и Оманскому заливу, открыли Ормузский пролив. В дальнейшем древние индийцы, совершали плавания по Бенгальскому заливу, в VII веке до нашей эры проникли в Южно-Китайское море и открыли Индокитайский полуостров. В конце I тысячелетия до нашей эры они располагали огромным флотом, достигли значительных успехов в науке кораблевождения и открыли Малайских архипелаг, Лаккадивские, Мальдивские, Андаманские, Никобарские и другие острова в Индийском океане. Пути морских путешествий древних китайцев пролегали в основном по акваториям Южно-Китайского, Восточно-Китайского и Желтого морей.
Из древних мореплавателей Европы следует отметить критян, которые в XV?-XV веках до нашей эры первые проникли через Мраморное море и Босфор в Черное море (Понт), стали первооткрывателями значительной части Южной Европы.
В античные времена значительно расширился географический кругозор. Существенно возросла площадь известных земель и акваторий. Удивительных успехов добилась географическая наука. Уроженец Массалии Пифей в середине?V века до нашей эры совершал плавания в Северную Атлантику, где впервые исследовал явления прилива и отлива, открыл Британские острова и Исландию. Аристотель высказал мысль о единстве Мирового океана, а Посидоний развил эту идею и четко изложил теорию единого океана. Античные ученые много знали о географии Мирового океана, имели достаточно подробное описание его природы и карты с промерами глубин.
В середине VI века далеко на север и запад Северной Атлантики плавали ирландские монахи. Торговля их не интересовала. Они были движимы благочестивыми побуждениями, жаждой приключений и стремлением к уединению. Они еще до скандинавов побывали в Исландии и видимо достигали в своих странствиях острова Гренландия и восточного побережья Северной Америки. В открытии, часто вторичном, после древних ирландцев, и освоении Северной Атлантики в VII–X веках значительную роль сыграли норманны. Основным занятием древних норманнов были скотоводство и морские промыслы. В поисках рыбы и морского зверя они совершали дальние плавания по северным морям. Кроме того, они отправлялись за моря для торговли в страны Европы, совмещая ее с пиратством и работорговлей. Норманны плавали по Балтийскому и Средиземному морям. Уроженец Норвегии Эйрик Торвальдсон (Эйрик Рауди), поселившийся в Исландии, в 981 году открыл Гренландию. Его сыну Лейфу Ейриксону (Лейфу Счастливому) приписывают открытие Баффинова залива, Лабрадора и Ньюфаундленда. В результате морских экспедиций норманны также открыли море Баффина, Гудзонов залив положили начало открытию Канадского Арктического архипелага.
В Индийском океане во второй половине XV века господствовали арабские мореплаватели. Они плавали по Красному и Аравийскому морям, Бенгальскому заливу и морям Юго-Восточной Азии вплоть до острова Тимор. Потомственный арабский навигатор Ибн Маджид в 1462 году создал “Хавийат ал-ихтисар...” (“Собрание итогов о главных принципах знания о море”), а в 1490 закончил поэму “Китаб ал-фаваид...” (“Книга польз об основах и правилах морской науки”). В этих навигационных работах содержалась информация о берегах Индийского океана, его краевых морях и крупнейших островах.
В XII - XIII веках русские промышленники-поморы в поисках морского зверя и “рыбьего зуба” осваивали моря Серного Ледовитого океана. Они открыли архипелаг Шпицберген (Груманд) и Карское море.
В XV веке одной из сильнейших морских держав была Португалия. В это время в Средиземном море каталонцы, генуэзцы и венецианцы монополизировали все торговлю Европы с Индией. На Северном и Балтийском морях господствовал Генуэзский союз. Поэтому португальцы осуществляли свою морскую экспансию главным образом в южном направлении, вдоль побережья Африки. Они исследовали западные и южные берега Африки, открыли острова Зеленого Мыса, Азорские, Канарские и ряд других. В 1488 году Бартоломеу Диаш открыл мыс Доброй Надежды.
Второй период изучения Мирового океана связан с эпохой Великих географических открытий, хронологические рамки, которой ограничены серединой ХV и ХVII веков. Значительные географические открытия стали возможны благодаря успехам науки и техники: созданию достаточно надежных для океанического плавания парусных судов, усовершенствованию компаса и морских карт, формированию представлений о шарообразности Земли и т. д.
Одним из важнейших событий этого периода было открытие Америки в результате экспедиций Христофора Колумба (1492-1504 гг.). Оно заставило пересмотреть существовавшие до тех пор взгляды на распределение суши и моря. В Атлантическом океане довольно точно было установлено расстояние от берегов Европы до Карибского бассейна, измерена скорость Северного пассатного течения, сделаны первые промеры глубин, взяты пробы грунта, впервые описаны тропические ураганы, установлены аномалии магнитного склонения у Бермудских островов. В 1952 году в Испании была издана первая батиметрическая карта с обозначением рифов, банок и мелководья. В это время было открыто Бразильское, Гвианское течение и Гольфстрим.
В Тихом океане, в связи с интенсивными поисками новых земель, был собран большой фактический материал о природе океана, в основном навигационного характера. Но военные походы, торговые мореплавания этого периода приносили и собственно научные сведения. Так Ф. Магеллан во время первого кругосветного плавания (1519-1522 гг.) пытался измерить глубину Тихого океана.
В 1497-1498 годах португалец Васко-да-Гама открыл морской путь в Индию вдоль западного побережья Африки. Вслед за португальцами, в Индийский океан устремились голландские, французские, испанские и английские мореплаватели, охватывая своими плаваниями разные его части.
Главной целью плаваний в Северном Ледовитом океане открытие новых земель и путей сообщения. В то время русские, английские и голландские мореходы пытались достичь Северного полюса, пройти Северо-Восточным путем вдоль берегов Азии и Северо-Западным – вдоль берегов Северной Америки. Они, как правило, не имели четких планов, практики плавания во льдах и соответствующего для полярных широт снаряжения. Поэтому их усилия не дали желаемых результатов. Экспедиции Г. Торна (1527 г.), Х. Уиллоби (1553 г.), В. Баренца (1594-96 гг.), Г. Гудзона (1657 г.) закончились полной неудачей. В начале ХVII века У. Баффин, пытаясь найти Северо-Западный проход, проплыл вдоль западного побережья Гренландии до 77° 30' с. ш. и открыл устья проливов Ланкостер и Смит, остров Элсмир и Девон. Льды не позволили ему проникнуть в проливы, и Баффин сделал вывод, что прохода нет.
Значительный вклад в изучение Северо-Восточного прохода внесли русские исследователи. В 1648 году С. Дежнев впервые прошел проливом, соединяющим Северный Ледовитый и Тихий океаны, получивший позднее название Берингова. Однако докладная грамота С. Дежнева затерялась в Якутских архивах на 88 лет и стала известна только после его смерти.
Великие географические открытия оказали больное влияние на развитие географических знаний. Но, в рассматриваемую эпоху, они совершались в основном людьми, имевшими к науке весьма отдаленное отношение. Поэтому процесс накопления знаний шел весьма сложно. В 1650 году выдающийся ученый того времени Бернхард Варениус написал книгу “Всеобщая география”, где обобщил все новые знания о Земле, уделив значительное внимание океанам и морям.
Третий период исследования океанов охватывает вторую половину XVII века и весь XVIII век. Отличительными особенностями этого времени были колониальная экспансия, борьба за рынки сбыта и господство на морях. Благодаря строительству надежных парусников, усовершенствованию навигационных приборов, морские путешествия стали менее тяжелыми и относительно быстрыми. С начала XVIII века постепенно меняется уровень экспедиционных работ. Начинают преобладать путешествия, результаты которых имеют научное значение. Некоторые географические открытия этого периода явились событиями всемирно-исторического значения. Была установлена береговая линия Северной Азии, открыта Северо-Западная Америка, выявлено все восточное побережье Австралии, обнаружены многочисленные острова в Океании. Пространственный кругозор европейских народов значительно расширился благодаря литературе путешествий. Путевым дневникам, судовым журналам, письмам, отчетам, запискам, очеркам и другим сочинениям, составленным как самими путешественниками и мореплавателями, так и иными лицами с их слов или по их материалам.
В Северном Ледовитом океане продолжалось морское соперничество между Россией и Англией в открытии Северо-Западного и Северо-Восточного проходов. С XVII по XIX век англичане организовали около 60 экспедиций, часть результатов которых так и не стала достоянием ученых и мореплавателей.
Одной из наиболее значимых российских экспедиций этого периода была Великая Северная экспедиция (1733-1742 гг.) под руководством В. Беринга. В результате этой экспедиции был пересечен Берингов пролив до берегов Северной Америки, нанесены на карту Курильские острова, описаны евроазиатские берега Северного Ледовитого океана и установление возможности плавания вдоль них и т. д. В честь В. Беринга названы море, остров, мыс и пролив. Имена других участников экспедиции носят мыс Чирикова, море Лаптева, мыс Челюскина, берег Прончищева, пролив Малыгина и т. д.
Первая высокоширотная российская экспедиция в Северный Ледовитый океан была организована в 1764-1766 годах по инициативе М. В. Ломоносова. Во время этой экспедиции под руководством В. Я. Чичагова была достигнута широта 80° 30' с.ш., получен интереснейший материал о природных условиях Гренландского моря, архипелага Шпицберген, обобщены сведения об условиях и специфике мореплавания в ледовых условиях.
В 60-х годах XVIII века разгорелось англо-французское соперничество на океанах. На поиски Южного материка и новых островов одна за другой направляются кругосветные экспедиции Д. Байрона (1764-1767 гг.), С. Уоллиса (1766-1768 гг.), Ф. Картера (1767-1769 гг.), А. Бугенвиля (1766-1769 гг.) и др. Большой вклад в летопись территориальных открытий внес английский мореплаватель Д. Кук, совершивший три кругосветных путешествия (1768-1771гг., 1772-1775 гг., 1776-1780 гг.). Одной из основных задач его экспедиций был поиск Южного материка. Он трижды пересекал полярный круг, был убежден, что Южный материк существует в районе полюса, но не смог его обнаружить. В результате экспедиций Кук установил, что Новая Зеландия является двойным островом, открыл восточное побережье Австралии, Южные Сандвичевы, Новую Каледонию, Гавайские и другие острова.
Несмотря на большое количество экспедиций и плаваний, к началу XIX века многие географические проблемы не были разрешены. Не открыт Южный материк, не выявлено арктическое побережье Северной Америки и Канадский Арктический архипелаг, было очень мало данных о глубинах, рельефе и течениях Мирового океана.
Четвертый период изучения океанов охватывает XIX век и первую половину XX века. Он характеризуется усилением колониальной экспансии и колониальными войнами, ожесточенной борьбой за рынки сбыта промышленной продукции и источники сырья, значительными межконтинентальными миграциями населения из Европы в другие части света. Географические открытия и исследования в XIX – первой половине XX века совершались в более благоприятных условиях, чем в предшествующие периоды. В связи с развитием кораблестроения, новые суда имели улучшенные мореходные качества и обеспечивали большую безопасность плавания. С 20-х годов ХIХ столетия на смену парусникам пришли парусные суда с паровой машиной в качестве дополнительного движителя, а затем пароходы со вспомогательным парусным вооружением. Внедрение с 40-х годов ХIХ века гребного винта и строительство кораблей с железным, а затем и стальным корпусом, использование с конца столетия двигателя внутреннего сгорания значительно ускорили и облегчили исследовательские работы, заметно уменьшив, влияние на них погодных условий. Качественно новый этап в судовождении начался после изобретения радио (1895 г.), создания в начале ХХ века гирокомпаса и механического лага. Условия жизни и работы в дальних морских походах намного улучшились благодаря достижениям техники и медицины. Появились спички, был налажен промышленный выпуск консервов и лекарств, усовершенствовано огнестрельное оружие, изобретена фотография.
Часть географических открытий этого периода имела всемирно-историческое значение. Был обнаружен шестой континент планеты – Антарктида. Прослежено все арктическое побережье Северной Америки, завершено открытие Канадского Арктического архипелага, установлены истинные размеры и конфигурация Гренландии, полностью выявлено побережье Австралийского материка. Литература о плаваниях и путешествиях в Х?Х веке становится практически необозримой. Из нее, наиболее важными источниками новых географических сведений, были отчеты кругосветных и полярных мореплавателей, труды географов и натуралистов.
Примерно с середины Х?Х века резко возросло значение коллективных исследований организованных национальными академиями, различными музеями, разведывательными службами, многочисленными научными обществами, институтами и отдельными лицами. Неизмеримо раздвинулись пределы человеческой деятельности, все моря и океаны превратились в объекты планомерного изучения экспедициями, в которых осуществлялись общегеографические и специальные океанологические исследования.
В начале Х?Х века во время кругосветного плавания под руководством И.Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского (1803-1806) измерялась температура воды на разных глубинах океана, проводились наблюдения за атмосферным давлением. Систематические измерения температуры, солености и плотности воды на разных глубинах производились экспедицией О. Е. Коцебу (1823-1826гг.). В 1820 году Ф. Беллинсгаузен и М. Лазаревым бала открыта Антарктида и 29 островов. Большим вкладом в развитие науки явилось путешествие Ч. Дарвина на корабле “Бигль” (1831-1836 гг.). В конце 40-х годов Х?Х века американец Мэтью Фонтейн Мори обобщил сведения о ветрах и течениях Мирового океана и опубликовал их в виде книги “Наставление мореплавателям”. Он также написал труд “Физическая география океана”, который выдержал много изданий.
Крупнейшим событием, ознаменовавшим начало новой эры океанографических исследований, стала английская кругосветная экспедиция на специально оборудованном судне “Челленджер” (1872-1876 гг.). Во время этой экспедиции проводилось комплексное океанографическое изучение Мирового океана. Было сделано 362 глубоководные станции, на которых измерялась глубина, осуществлялось драгирование и траление, определялись различные характеристики морской воды. Во время этого плавания было открыто 700 родов новых организмов, обнаружен подводный хребет Кергелен в Индийском океане, Марианский желоб, подводные хребты Лорд-Хау, Гавайский, Восточно-Тихоокеанское и Чилийское поднятия, продолжено изучение глубоководных котловин.
В начале Х?Х века были проведены исследования рельефа дна Атлантического океана для прокладки подводного кабеля между Европой и Северной Америкой. Результаты этих работ были обобщены в виде карт, атласов, научных статей и монографий. При разработке проекта транстихоокеанского подводного телеграфного кабеля между Северной Америкой и Азией с 1873 года для изучения рельефа дна океана стали использовать военно-морские суда. Промеры, которые велись по линии о. Ванкувер – Японские острова позволили получить первый широтный профиль дна Тихого океана. Корвет “Тускарора” под командованием Д. Белкнепа впервые обнаружил подводные горы Маркус-Неккер, Алеутский хребет, Японский, Курило-Камчатский и Алеутский желоба, Северо-Западную и Центральную котловины и т. д.
С конца Х?Х века и до 20-х годов ХХ столетия было организовано несколько крупных океанографических экспедиций, среди которых наиболее значимыми являются американские на кораблях “Альбатрос” и “Неро”, немецкие на “Эди”, “Планете” и “Газели”, английская на “Терра-Нова”, российская на “Витязе” и др. В результате работы этих экспедиций были выявлены новые подводные хребты, поднятия, глубоководные желоба и котловины, составлены карты рельефа дна и донных отложений, собран обширный материал об органическом мире океанов.
С 20-х годов началось еще более детальное изучение океана. Применение глубоководных эхолотов-самописцев дало возможность определять глубины во время движения корабля. Эти исследования позволили значительно расширить знания о строении дна океана. Гравитационные измерения в Мировом океане уточнили представления о форме Земли. С помощью сейсмографов было выявлено тихоокеанское сейсмическое кольцо. Дальнейшее развитие получили биологические, гидрохимические и другие исследования океанов.
Британская экспедиция на судне “Дискавери –??” обнаружила Южно-Тихоокеанское поднятие, Новозеландское плато, Австрало-Антарктическое поднятие. Во время второй мировой войны американцы на военном транспорте “Кейп-Джонсон” открыли более сотни гайотов в западной части Тихого океана.
Огромный вклад в географическое изучение Мирового океана внесли полярные исследователи, особенно российские. В начале Х?Х века Н. П. Румянцев и И. Ф. Крузенштерн предложили проект поисков Северо-Западного прохода и детального изучения берегов Северной Америки. Осуществлению этих планов помешала война 1812 года. Но уже в 1815 году О. Е. Коцебу на бриге “Рюрик” отправился исследовать полярные широты и открыл заливы Коцебу, Св. Лаврентия и другие. В первой половине Х?Х века осуществили свои экспедиции Ф. П. Врангель, Ф. П. Литке. Результаты этих экспедиций внесли существенный вклад в изучение ледового и гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Огромные заслуги в исследовании этого океана принадлежат адмиралу С. О. Макарову. По его проекту и чертежам был построен первый ледокол “Ермак”, на котором экспедиция Макарова достигла 81°29' с. ш.
Большое значение для географического изучение Земли имела первая в истории человеческой цивилизации международная полярная экспедиция. Она известна под названием Первого международного полярного года и была осуществленная в 1882-1883 годах представителями 12 стран Европы и Северной Америки. Первое сквозное плавание из Атлантического в Тихий океан Северо-Западным проходом совершил в 1903-1906 годах Р. Амундсен на маленькой яхте “Йоа”. Он установил, что за 70 лет Северный магнитный полюс сместился на 50 км к северо-востоку. 6 апреля 1909 года американец Р. Пири первым достиг Северного полюса.
В 1909 году для изучения Северного Ледовитого океана были построены первые стальные гидрографические корабли ледокольного типа “Вайгач” и “Таймыр”. С их помощью в 1911 году под руководством И. Сергеева и Б. Вилькицкого были проведены батиметрические работы от Берингова моря до устья Колымы. В 1912 году русскими исследователями были предприняты 3 экспедиции Г. Брусилова, В. Русанова, Г. Седова для изучения сквозного прохода вдоль берегов Сибири и достижения Северного полюса. Однако ни одна из них не увенчалась успехом. В 1925 году Р. Амундсен и Л. Элсуорт организовали первую воздушную экспедицию в Арктику и установили, что к северу от Гренландии нет суши.
Значительные исследования в Гренландском, Баренцевом, Карском и Чукотском проводились в 1932-1933 годах в рамках Международного полярного года. В 1934-1935 годах высокоширотные комплексные экспедиции были совершены на судах “Литке”, “Персей”, “Седов”. Первое сквозное плавание Северным морским путем за одну навигацию совершила экспедиция на судне “Сибиряков” возглавляемая О.Ю. Шмидтом. В 1937 году под руководством И. Д. Папанина во льдах Арктики начала работать гидрометеорологическая станция “Северный полюс – 1”.
И все же к концу этого периода многие географические проблемы остались не решенными: не было установлено является ли Антарктида единым материком, не завершено открытие Арктики, слабо изучена природа Мирового океана и т. д.
С середины ХХ века начинается пятый – современный период изучения Мирового океана. На этом этапе истории человечества наука превратилась в основную силу развития общества. Достижения наук о Земле позволили разрешить ряд вопросов глобального характера. Получить прямые доказательства подвижности литосферы Земли и ее планетарной делимости. Установить особенности строения земной коры. Найти соотношение поверхности суши и океанов на Земле. Выявить существование и значение геосистем. Приступить с помощью космической техники к сбору информации о геосистемах разного уровня за любой промежуток времени.
После второй мировой войны совершенствуется океанографическая техника. В просторы Мирового океана отправляются три кругосветные экспедиции, снаряженные новым оборудованием: шведская на “Альбатросе” (1947-1948 гг.), датская на “Галатее” (1950-1952 гг.) и британская на “Челленджере –??” (1950-1952 гг.). Во время этих и других экспедиций измерялась толщина земной коры океанов, производились замеры теплового потока на дне, исследовались гайоты и донная фауна глубоководных желобов. Были обнаружены и исследованы срединно-океанические хребты океанов и гигантские по протяженности разломы Мендосино, Меррей, Кларион и др. (1950-1959 гг.). Целая эпоха океанографических исследований связана с работой научного судна “Витязь”. Во время многочисленных, начиная с 1949 года, экспедиций “Витязя” были сделаны крупные открытия в области геологии, геофизики, геохимии и биологии Мирового океана. На этом корабле впервые проводились длительные наблюдения за течениями, была установлена самая глубокая точка океана в Марианской впадине, открыты ранее неизвестные формы рельефа и т. д. Работы “Витязя” были продолжены научными кораблями “Дмитрий Менделеев”, “Обь”, “Академик Курчатов” и др. Для послевоенного периода характерно развитие международного сотрудничества в области изучения Мирового океана. Первой совместной работой была программа НОРПАК в Тихом океане которую выполняли суда Японии, США и Канады. Затем последовали международные программы Международного геофизического года (МГГ, 1957-1959 гг.), ЭВАПАК, КУРОСИО, ВЕСТПАК, МИОЭ, ПИГАП, ПОЛИМОДЕ и другие. Получили развитие стационарные наблюдения в открытом океане. Крупнейшим открытием 50-х годов явилось обнаружение Подповерхностных экваториальных противотечений в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Накопление и обобщение научных данных, полученных во время морских экспедиций, позволили выявить закономерности циркуляции воздуха в планетарном масштабе. Геологические и геофизические исследования Мирового океана 60-х годов способствовали развитию глобальной теории тектоники литосферных плит. С 1968 года выполняется Международная программа глубоководного бурения с использованием американского корабля “Гломар Челленджер”. Исследования по этой программе значительно расширили знания о строении дна Мирового океана и его осадочных породах.
В Серном Ледовитом океане наряду со специализированными экспедициями в этот период проводились лабораторные и теоретические исследования. Изучались особенности ледяного покрова океана, структура течений, рельеф дна, акустические и оптические свойства арктических вод. Выполнялись совместные международные исследования. Материалы, собранные экспедициями позволили ликвидировать последние “белые пятна” на карте Арктики. Открытие хребтов Ломоносова, Менделеева и ряда глубоководных котловин изменили представление о рельефе дна океана.
В 1948-1949 годах с помощью авиации во льдах Арктики проводились многочисленные краткосрочные исследования от трех часов до нескольких суток. Продолжалась работа станций “Северный полюс”. В 1957 году экспедиция под руководством Л. Гаккеля открыла в Северном Ледовитом океане срединно-океанический хребет названный его именем. В 1963 году подводная лодка “Ленинский комсомолец” осуществила плавание подо льдом к Северному полюсу. В 1977 году полюса достигла высокоширотная экспедиция Института Арктики и Антарктики на атомном ледоколе “Арктика”, что позволило впервые получить достоверные, современные сведения о льдах Центральной части океана.
В 70-80 годы в Мировом океане осуществлялись значительные научные исследования в рамках программы “Разрезы”. Основная задача этой программы – изучение воздействия океана на краткосрочные колебания климата Земли. По программе “Разрезы” выполнялись океанографические, метеорологические, радиационные и аэрологические наблюдения в энергоактивных зонах океана. Ежегодно проводилось более 20 рейсов научно-исследовательских судов. Программа выполнялась в основном учеными СССР. Были получены уникальные данные о природе Мирового океана, опубликовано много научных статей и монографий. Сейчас под эгидой Международного комитета по климатическим изменениям и океанографии ведутся исследования океана по двум крупным программам ВОСЕ и ТОГА предусматривающим комплексные исследования Мирового океана.
Дальнейшее развитие океанологических исследований определяется запросам практики и совершенствованием технических методов его изучения. Расширение способов и путей использования океана повышает требования к прогнозу его состояния, что приводит к необходимости комплексного мониторинга Мирового океана. Он заключается в непрерывной регистрации поверхностной температуры, волнения, приповерхностного ветра, фронтальных зон, течений, льдов и т. д. Для его реализации необходимо прежде всего, развивать космические методы наблюдений, сети коммуникаций для передачи информации и электронно-вычислительную технику для ее обработки и анализа. Также необходимо развивать традиционные методы исследования океана. Использование всего массива информации позволит разработать математические модели строения океана и его динамики.
Возросшие масштабы антропогенного воздействия, увеличение добычи природных ресурсов Мирового океана, развитие морского транспорта и рекреации требуют детального изучение его природы. Главной задачей этих исследований должна стать разработка частных математических моделей, описывающих отдельных природные процессы и явления, происходящие в Мировом океане, и создание его комплексной модели. Решение этой проблемы позволит раскрыть многие секреты Мирового океана, даст возможность более эффективно использовать его огромные и абсолютно необходимые человеку природные ресурсы.
Глубоководные исследования Мирового океана. Человек с незапамятных времен стремился познакомиться с подводным миром океана. Сведения о простейших водолазных приспособлениях встречаются во многих литературных памятниках Древнего мира. Как говорят предания, первым водолазом был Александр Македонский, который спускался подводу в небольшой камере, напоминавшей бочонок. Создание первого водолазного колокола следует отнести к ХV? веку. Первый спуск под воду происходил в 1538 году в городе Толедо на реке Тахо. В 1660 году водолазный колокол построил немецкий физик Штурм. Этот колокол имел высоту около 4 метров. Свежий воздух добавлялся из бутылок, которые брали с собой и по мере надобности разбивали. Первую примитивную подводную лодку построил в начале ХV?? века в Лондоне голландец К. Ван Дреббель. В России первое автономное водолазное снаряжение было предложено Ефимом Никоновым в 1719 году. Он также предложил проект первой подводной лодки. Но лишь в конце Х?Х века появились настоящие подводные лодки. Изобретенный в 1798 году водолазный аппарат Клингерта уже имел качества свойственные современным скафандрам. К нему подводились две гибкие трубки для подачи свежего воздуха и отвода выдыхаемого. В 1868 году французские инженеры Рукейроль и Денайруз разработали жесткий скафандр. Современный акваланг изобрели в 1943 году французы Жак Ив Кусто и Э. Ганьян.
Параллельно со скафандрами разрабатывались подводные аппараты, находясь в которых, исследователь мог спокойно работать на больших глубинах, изучать окружающую среду из иллюминатора, собирать пробы грунта, используя манипуляторы и т.д. Первая достаточно удачная батисфера была создана американским ученым О. Бартоном. Это была стальная герметичная сфера с иллюминатором из кварцевого стекла, способная выдерживать большое давление. Внутри сферы находились баллоны со свежим воздухом и специальные поглотители, убирающие углекислоту и пары воды, выдыхаемые людьми, находящимися внутри камеры. Параллельно стальному тросу проходил провод телефона, связывающий участников подводной экспедиции с надводным кораблем. В 1930 году Бартон и Биб произвели в районе Бермудских островов 31 погружение, достигнув глубины 435 метра. В 1934 году они спустились до глубины 923 метра, а в 1949 году Бартон довел рекорд погружения до 1375 метров.
На этом батисферные погружения закончились. Эстафета перешла к более совершенному автономному подводному кораблю – батискафу. Его изобрел в 1905 году швейцарский профессор Огюст Пикар. В 1953 году он со своим сыном Жаком на батискафе “Триест” достиг глубины 3150 метров. В 1960 году Жак Пикар опустился на дно Марианской впадины. Развивая идеи отца, он изобрел и построил мезоскаф. Это был усовершенствованный батискаф, который мог совершать автономные плавания, используя океанические течения. В 1969 году Жак Пикар на своем мезоскафе с экипажем из шести человек совершил многодневное плавание по течению Гольфстрим на глубине около 400 метров. Было проведено множество интересных наблюдений над геофизическими и биологическими процессами, протекающими в океане.
Начиная с 70-годов, резко повысился интерес к природным ресурсам Мирового океана, что обусловило быстрое развитие техники для исследования его глубин. Все глубоководные аппараты делятся на две большие группы: необитаемые подводные аппараты (НПА) и обитаемые подводные аппараты (ОПА). НПА делятся на два класса – наблюдательные и силовые. Первые проще и легче. Они весят от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов. Их задачей является детальная оптическая съемка дна, инспекция технических установок на дне, в особенности трубопроводов, выявление неисправностей, нахождение затонувших объектов и т. д. Для этой цели НПА имеют теле- и фотокамеры передающие изображение на судно, гидролокаторы, системы ориентации (гирокомпасы) и навигации, ультразвуковые дефектоскопы, позволяющие выявлять трещины в металлоконструкциях. Силовые НПА мощнее, их вес достигает нескольких тонн. Они имеют развитую систему манипуляторов для самозакрепления на нужных участках металлоконструкций и проведения ремонтных работ – резки, сварки и т. д. Рабочие глубины большинства НПА в настоящее время от нескольких сотен метров до 7 км. Управляют НПА по кабелю, гидроакустическому или радиоканалу. Но как бы не был широк спектр задач, выполняемых необитаемыми аппаратами, без опускания человека в глубины не обойтись. В настоящее время в мире имеется несколько сотен обитаемых подводных аппаратов разных конструкций. Среди них аппараты “Пайсис” (максимальная глубина погружения 2000 м), на котором советские ученые исследовали дно Байкала, Красноморскую и Северо-Атлантическую рифтовые зоны. Французский аппарат “Сиана” (глубина до 3000 м), американский “Алвин” (глубина до 4000 м), при помощи которых сделаны многие открытия в глубинах океана. В 80-е годы появились аппараты, работающие на глубинах до 6000 метров. Два таких батискафа принадлежат России (“Мир – 1” и “Мир – 2”), по одному Франции, США и Японии (“Мицубиси”, глубина до 6500 м).
Методы, приборы и оборудование используемые при исследовании Мирового океана. Океан изучают с помощь самых разнообразных средств – с кораблей, самолетов, из космоса. Применяют также автономные средства.
В последнее время исследовательские корабли строятся по специальным проектам. Их архитектура подчинена единой цели – сделать наиболее эффективным использование приборов, опускаемых на глубину, а также применяемых при исследовании приводного слоя атмосферы. На кораблях широко представлена современная вычислительная техника, предназначенная для планирования экспериментов и оперативной обработки полученных результатов.
Для изучения океана на кораблях используются зонды разного назначения. Зонд температуры, солености и глубины представляет собой, совокупность трех миниатюрных датчиков, измеряющих температуру (термистор), соленость (датчик электропроводности, исходя из которой рассчитывается содержание солей в воде) и гидростатическое давление (для определения глубины). Все три датчика объединены в единый прибор, укрепленный на конце кабель-троса. При опускании прибора кабель-трос сматывается с лебедки, установленной на палубе корабля. Данные о температуре, солености и глубине поступают на компьютер. Существуют аналогичные зонды, предназначенные для регистрации концентрации газов, растворенных в воде, скорости звука и течений. В ряде случаев зонды работают по принципу свободного падения. Широко используются теряемые (одноразовые) зонды. Одна из разновидностей зонда – “рыба” – представляет собой буксируемый за кораблем измеритель температуры, солености и скорости течения. В результате развития техники зондирования глубин океана более старые методы с опусканием и подъемом термометров, забором проб воды с разных глубин употребляются все реже и реже.
Важным классом приборов являются измерители течений, способные работать на максимальных глубинах. В последнее время все шире, вместо различных “вертушек” используются электромагнитные и акустические измерители течений. В первых из них скорость течения определяется по разности потенциалов, между электродами расположенными в морской воде. Во вторых используется эффект Доплера – изменение частоты звуковой волны при распространении ее в движущейся среде.
При исследовании дна океана до сих пор широко применяют два традиционных прибора – черпак и геологическая трубка. Черпаком берется проба грунта с поверхностного слоя дна. Геологическая трубка может проникать значительно глубже – до 16-20 метров. Для изучения рельефа дна и его внутренней структуры широко применяют эхолоты новых конструкций – многолучевые эхолоты, гидролокаторы “бокового” обзора и др. При исследовании внутренней структуры морского дна до глубин в несколько километров используют сейсмопрофилографы.
Набор автономных средств для исследования океана также значителен. Наиболее распространенным из них является буйковая станция. Она представляет собой плавающий на поверхности воды буй, от которого вниз ко дну идет стальной или синтетический трос, оканчивающийся лежащим на дне тяжелым якорем. На тросе на определенных глубинах закрепляются автономно работающие приборы – измерители температуры, солености, скорости течения. Применяются и буи другого рода: акустический буй нейтральной плавучести, буи с подводным или надводным парусом, буи-лаборатории и др. Важными автономными средствами являются автономные донные станции, исследовательские подводные лодки и батискафы.
Использование самолетов и вертолетов позволяет изучать течения и волнение на поверхности океана. Аэрофотосъемка позволяет получить интересные данные о рельефе дна на небольших глубинах, обнаружить подводные скалы, рифы и отмели. Магнитная аэросъемка океана, дает возможность выявить на дне океана области распространения некоторых полезных ископаемых. С помощью сложной аэрофотосъемки, где применяется целый спектр световых волн, можно обнаружить и контролировать загрязнение прибрежных вод. Но самолеты и особенно вертолеты привязаны к своим базам на суше, а аэрофотосъемка основана на использовании электромагнитных волн, которые не могут проникать глубоко в воду. Поэтому более перспективны космические методы исследования океана.
Все без исключения космические методики наблюдений основаны на использовании одного из трех диапазонов электромагнитных волн – видимого света, инфракрасных лучей и сверхвысоких частот электромагнитных волн. Важнейший параметр, характеризующий состояние океана, температура его поверхности – измеряется из космоса радиометрами по собственному излучению этой поверхности с точностью до 1° С. Столь же точно можно определить режим приповерхностного слоя воздуха. Для измерений используется процесс рассеяния электромагнитных волн на поверхности океана. Узкий пучок радиоволн направляют на поверхность океана под некоторым углом. По силе их рассеяния в обратном направлении судят об интенсивности поверхностной ряби, т. е. о силе ветра. В настоящее время достижима точность измерения приповерхностного ветра до 1 м/с. Одним из важнейших приборов, устанавливаемых на океанологических спутниках, является альтиметр. Он работает в локационном режиме, периодически посылая вниз радиоимпульсы. По искажению формы радиолокационного импульса альтиметра отраженного от морской волны, можно, с точность до 10 см, определить высоту морских волн. Кроме того, из космоса сравнительно легко зарегистрировать воды с повышенной биологической продуктивностью, наблюдать крупномасштабные изменения его геофизических характеристик, проводить наблюдения за загрязнением Мирового океана и т.д.
