Океанологія та океанографія: що вивчають ці науки

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Велика частина нашої планети – 71 відсоток її території – покрита водою. Моря і океани – це шляхи сполучення, комори важливих харчових ресурсів, мінеральної сировини, джерела тепла та енергії. Від них залежить погода і клімат на земній кулі, а в країнах, що омиваються океаном, як, наприклад, Англія, Японія, Норвегія та інші, – і вся господарська діяльність людини.

Здавна люди прагнули оволодіти морською стихією. Знання «секретів» океану, що відбуваються тут, його фауни і флори дозволяло користуватися дарами моря, безпечно здійснювати далекі плавання. Але є ще одне надзвичайно важливе питання, пов’язане з вивченням морів і океанів. Без ґрунтовного дослідження володінь грізного Нептуна не можна вирішити проблеми вивчення історії Землі. Адже навіть наші континенти – це всього лише великі острови в морі. Тому дослідження прихованої під водою мальовничої топографії океанського дна з його горами, западинами і каньйонами, що виникли в результаті різних геологічних процесів, дозволить повніше висвітлити причини появи і формування материків і найвищих гірських вершин, пізнати таємницю походження життя на Землі.

Досягнення сучасної науки і величезні технічні можливості, які отримало людство у зв’язку з використанням атомної енергії, управління на відстані, електронної мікроскопії і т. д., значно розширили межі досліджень океанографії та океанології. У результаті проведених за останній час морських експедицій і всіляких спостережень накопичений величезний фактичний матеріал, зроблено важливі наукові відкриття.

Історія океану

Чи замислювалися ви коли-небудь над тим, чому взагалі існують океани? Адже, наскільки ми знаємо, на інших планетах океанів немає. Дослідження, проведені в різних країнах, дозволили абсолютно по-іншому висвітлити ряд проблем, пов’язаних з вивченням геологічної історії нашої планети. Дуже тісно з нею стикається й інша важлива проблема – питання походження життя в морі. Понад два мільярди років тому, коли земна атмосфера містила мало кисню, в морських глибинах вперше зародився живий організм. Припускають, що складові, частини води і атмосфери з’єдналися в складні молекули, звані амінокислотами, які пізніше стали протеїнами і мали можливість відтворювати себе. Це був перший крок на шляху до живого організму. Так поступово один за одним протягом тривалого періоду часу в процесі еволюційного розвитку з’являлися різні види, що розвивалися від простих до більш складних.

У світі живих істот

Які ж риби і тварини населяють тепер моря і океани? Скільки всього риб у морі? Де саме вони мешкають? Як можна помножити їх число, щоб постачати безперервно населення Землі, що весь час збільшується збільшується?

Риба – надзвичайно важливий продукт харчування, який містить протеїн, необхідний елемент для людського організму. Зростання і число риб лімітується кількістю їжі, яку вони можуть знайти в морях і океанах. Як відомо, головною їжею для риб служить планктон – мікроскопічні морські рослини і тварини, що населяють більшість морських вод. Для того, щоб точно знати, де і коли знаходиться та чи інша риба, потрібно мати карти поширення різних видів планктону.

Вже створена карта планктону Північного моря і найближчих до нього частин Атлантичного і Арктичного океанів. Але для всесвітнього обліку кількості риб необхідна подібна карта всього світового океану. У цьому зараз головне завдання океанологів-біологів світу. Адже океанські простори можуть бути перетворені на своєрідні «пасовища», де гулятимуть стада риб, що розводяться людиною.

Можливий і ще один вид втручання людини в життя риб в океані – штучне їх переселення. Смугастий морський окунь, наприклад, з успіхом перенесений з Атлантики в Тихий океан, де він чудово акліматизувався. Переїхала на нове місце проживання і європейська камбала.

Загальний інтерес викликали повідомлення про фантастичні форми риб, (вони розвиваються на великих глибинах океану). Виявляється, є риба з ротом в половину довжини свого тіла. В інших видів риб шлунки мають здатність розширюватися до такої міри, що дають їм можливість проковтнути рибу більше себе розміром. Існує риба, несуча перед собою на довгих антенноподібних органах приманку для залучення планктону. Причина появи цих дивних риб поки невідома.

Цікаво, що в різних глибоких западинах, які опускаються на кілометр нижче великої рівнини, що утворює дно океану, ці види зовсім відмінні один від одного. Вони розвиваються, не вступаючи в контакт із зовнішнім світом.

З метою збільшення продуктивності риб надзвичайно важливим питанням є вивчення способу їх життя. Ось які цікаві відомості отримані, наприклад, про поведінку тріски. Зграя тріски – це ціла громадська організація з одним чільним самцем і з низхідною ієрархією нижчих і менш агресивних самців, що тримаються строго на певному місці. Кожен самець захищає обрану ним територію проти навали інших самців, але самки мають вільний доступ усюди. У період метання ікри самка переслідується самцем в шлюбному танці, який триває хвилин 15, перш ніж яйце запліднюється.

Вивчення психології цінних промислових риб дуже істотно для збільшення їх вилову. Хрюкаючі звуки, які, наприклад, видають самці в шлюбний час, легко вловити мікрофоном; по них можна визначити місцезнаходження зграї.

Три фактори справляють істотний вплив на морську рибу: світло, температура і кількість солі у воді. Найменше відхилення від норми цих явищ викликає у них прискорене дихання і серцебиття. Риба не виносить з’єднання яскравого світла і теплої води, вона або йде або гине. Тропічні риби з цієї причини уникають поверхні вод, а більшість з них йде в більш прохолодні місця, на значні глибини. А ось ще цікава закономірність. Спосіб життя багатьох океанічних риб пов’язаний з фазами Місяця. Виявляється, риба відчуває навіть слабке місячне світло. Вельми чутливі риби до звуків. Ехолоти, застосовувані тральщиками для вимірювання глибини води і визначення місцезнаходжень зграй риби по відповідному гулу, анітрохи не турбують риб, вони ніби їх не помічають. Але коли на штучних рибних пасовищах звуки застосовуються для сигналізації часу годування, риба на них моментально відгукується.

Океани і атмосфера над ними являють собою як би гігантську парову машину, що переносить тепло та енергію з тропіків у помірні і полярні зони. Тепла вода, яка випаровується поблизу екватора несеться вітрами в помірні і полярні зони, де вона виливається у вигляді дощу. Через атмосферу легко проникають сонячні промені, значна частина яких поглинається водною поверхнею, підвищуючи температуру землі і води. У районах з помірною температурою до кінця літнього сезону вплив тепла відчувається навіть на стометровій океанічній глибині. Внаслідок змішування шарів води температура на морі вдень менше підвищується, а вночі менше знижується, ніж на землі. Цим пояснюється відмінність морського і континентального клімату.

У значній мірі залежить клімат від морських вітрів і течій. Поширюючи тепло, від низьких широт до більш високих, вони перешкоджають жаркому клімату ставати більш спекотним, а холодному – більш холодним. Атмосфера є центром активної циркуляції, ймовірно, тому, що вона отримує тепло знизу від суші і від морів (головним чином завдяки теплопровідності водяної пари) і охолоджується зверху шляхом випромінювання тепла в безповітряний простір. Тому дуже важливо вивчити явища, пов’язані з подібним обміном. Це дасть можливість удосконалити методи прогнозу погоди. Отримані дані можуть бути корисні і для передбачення ураганів і тайфунів, які починаються завжди над океаном. Жахливої сили тайфуни, що пронеслися нещодавно над Америкою, зловісно нагадали про роль океанів у формуванні погоди.

Важливі спостереження зроблені в області вивчення штормів. Зараз центри штормів можуть бути з точністю встановлені на відстані до 10 тисяч кілометрів від «хвильових» берегових станцій. Так, наприклад, шторми в самій бурхливій штормовій області, на південь від Австралії, можуть бути помічені станціями на каліфорнійському березі.

Перша вказівка на сильний віддалений шторм – це поява дуже дрібних хвиль, не більше декількох сантиметрів заввишки. Їх можна виявити за допомогою чутливих приладів для вимірювання підводного тиску. Такого роду прилад складається з вібруючих дротів, натягнутих на діафрагму, подібно струнам скрипки, швидкість вібрації яких помітно змінюється залежно від найслабших змін тиску на діафрагму.

Дослідження морських глибин дозволяє вченим пізнати клімат далекого минулого нашої планети. Так, визначення часу заледеніння на суші засноване, як це не здасться дивним, на вивченні опадів, взятих у морі за допомогою глибоководних колонок на глибині в декілька кілометрів під поверхнею океану.

На перший погляд окремі пласти мулу в колонках не мають нічого спільного з глетчерами, що повзли по обличчю Землі тисячоліття тому. Однак виявляється, що між ними є певний зв’язок. Справа в тому, що температури стародавніх морів збереглися в опадах сучасного морського дна. Вони зафіксовані у складі ізотопів кисню, який є складовою частиною ряду мінералів мулу.

Співвідношення цих ізотопів змінювалося залежно від температури, при якій опади відкладалися. Більш точний спосіб визначення абсолютного віку опадів заснований на вивченні кількості торію і протоактінія, що містяться в них та їх співвідношень. Подібними дослідженнями було встановлено раптове потепління клімату на американському континенті і по всьому Атлантичному океану приблизно 11 тисяч років тому. В епоху, коли льодовики покривали велику частину Північної Америки і Європи, Арктичний Океан не був скутий кригою. Це дозволило великим масам води випаровуватися, а потім випадати у вигляді снігу і перетворюватися на льодовики.

У якості «годинника», що вимірює абсолютний вік найдавніших порід, користуються також радіоактивним вуглецем, що витягується в далекому минулому з повітря рослинами і тваринами, залишки яких опускалися на морське дно. Поступово, у міру перетворення цих органічних залишків у донні опади, радіоактивність вуглецю, що міститься в них все більш зменшувалася. За допомогою такого «годинника» без зусиль можна визначити час відкладення геологічних пластів, що утворилися за 25 тисяч років до нашого часу.

Встановлено, що верхні 20 сантиметрів осаду на дні Атлантичного океану містять майже ті самі дрібні морські тварини, які й зараз населяють океан. Але нижче по всій Атлантиці у колонці виявляються істоти, що живуть тепер набагато північніше. Це доводить, що 10 тисяч років тому тут був більш холодний клімат, ніж в наші дні.

Другий метод визначення льодовикового часу здійснюється за допомогою вимірювання швидкості, з якою опади відкладалися. У холодний період льодовикових років йшло швидке осадження раковин і скелетів. Але 11 тисяч років тому швидкість раптово сповільнилася, і з тих пір темп осаджень не змінювався.

І, нарешті, третій доказ. У деяких областях атлантичних глибин практично немає циркуляції, а, отже, немає і кисню. Тому рослинний матеріал тут слабо піддається гниттю. Одинадцять тисяч років тому тут були інші умови. Ось чому опади старше цього часу виявляють ознаки значного окислення.

Підводні мінерали

На дні океану, як і в надрах землі, містяться багатющі корисні копалини. Вже зараз в прибережних водах деяких районів діють нафтові промисли, а під морським дном проходять вугільні шахти. У міру розвитку підводного буріння видобуток копалин з під морського дна отримає саме широке поширення.

Морськими геологами США спільно з металургами була доведена економічна доцільність і технічна можливість видобутку марганцю, нікелю, кобальту і міді з залізномарганцевих конкрецій океанського дна. У них міститься в середньому 20 відсотків марганцю і по 0,5 відсотка нікелю, кобальту і міді. Загальні запаси підводних корисних копалин практично невичерпні. Важливо тільки, щоб людина з властивою їй варварству не споганила незаймані океанічні глибини.

Автор: Д. І. Щербаков.