Реки в океане
Известно, что в океане существуют гигантские струйные течения, определяющие климат многих стран. Например, Гольфстрим и Ойясио распространяются на тысячи километров. Гольфстрим ежегодно перекачивает огромные массы теплой воды из тропических широт, главным образом из Мексиканского залива, в полярные области, отогревая побережья Скандинавии и Кольского полуострова, которые в противном случае были бы ледяными пустынями. Ойясио, напротив, гонит охлажденные в высоких широтах воды вдоль гряды Курильских и Японских островов на юг, делая климат наших восточных побережий более суровым.
Не так давно в океане были обнаружены другие течения, не менее мощные. Их можно назвать реками в океане. Они текут близ поверхности дна над подножием континентальных склонов из высоких широт в низкие. Так как эти течения несут свои воды вдоль контура материков, они получили название контурных геострофических. Первыми свидетельствами существования этих придонных течений были фотографии участков дна на глубинах 3000—5000 м, сделанные в южных районах атлантической окраины США. На них отчетливо видны разнообразные знаки ряби на поверхности осадка. Знаки ряби — это система субпараллельных подводных валов и разделяющих их ложбин, которая напоминает ветровую рябь, возникающую на поверхности воды. Ее появление на дне связано с перераспределением частиц осадка под воздействием струй придонного течения. Знаки ряби известны в руслах рек, в эстуариях и дельтах, на приливно-отливных равнинах, на открытых участках шельфа, а также на абиссали — словом, везде, где перемещаются водные массы. В зависимости от высоты гребней подводных валов и расстояний между ними различаются мелкая рябь, мегарябь и подводные дюны. Мегарябь, например, характеризуется превышением ее гребней над ложем ложбин не свыше 60 см и расстоянием между соседними волнами ряби до 12 м. Подобные же «волны», но меньшей высоты и длины, именуются просто знаками ряби. Наконец, крупные аккумулятивные тела на поверхности дна по ассоциации с прибрежными насыпными формами получили название подводных дюн.
В глубоководных обстановках наблюдались дюны высотой 91 м. Нередко они выстраиваются цепочками с расстояниями между соседними валами 9,6 км. В пределах континентальных подножий были открыты целые поля ряби, сформировавшейся на поверхности осадка. Стало ясно, что речь идет о новом явлении, ведь на абиссали не действуют приливно-отливные течения, ветровые волны или океанская зыбь. Дальнейшие исследования подтвердили, что обнаружены следы процессов, имеющих глобальные масштабы и играющих первостепенную роль в «проветривании» (вентиляции) океанских глубин. Датчики скорости течений, установленные у дна, зафиксировали устойчивые перемещения водных масс над некоторыми его участками со скоростью до 50 см/с. Эти придонные течения устремлялись к экватору и, как выяснилось вскоре, даже пересекали его, проникая в другое полушарие. Сначала было открыто Арктическое контурное течение, формируемое холодными водами высоких широт северного полушария. Затем над континентальным подножием Южной Америки в Атлантическом океане обнаружили другое контурное течение, несущее к экватору холодные воды антарктического происхождения. Над окраиной Южной Бразилии оба течения встречаются и текут одно под другим в противоположных направлениях: арктические водные массы над антарктическими, более холодными и тяжелыми.
Таким образом, соленые тяжелые воды, охлажденные в высоких широтах, погружаются ко дну абиссальных котловин вдоль континентальных склонов полярных стран и текут над дном вдоль контура материков к экватору. Это довольно медленные течения, разбивающиеся на отдельные струи, меандрирующие в пространстве. Однако эту пространственную неустойчивость компенсирует их относительная стабильность во времени. Холодные воды богаты кислородом, поэтому контурные течения разносят его на огромных пространствах, предотвращая тем самым возникновение застойных явлений и сероводородного заражения осадков и придонных масс воды.
Как и реки на суше, контурные течения перемещают не только огромные водные массы, но и значительное количество осадочного материала. При скорости 40—50 см/с вода способна волочить частицы довольно крупных размеров, вплоть до крупного песка. Собственно говоря, знаки ряби и являются прямым свидетельством перемещения осадков. Ведь волны ряби постоянно мигрируют, двигаясь по ходу течения с небольшой, но довольно постоянной скоростью. При этом зерна осадка время от времени взмучиваются и оседают в зависимости от ундуляции скорости отдельных водных струй у дна. Об эффективности этого процесса свидетельствует тот факт, что осадочный материал, подхваченный в высоких арктических широтах, в конечном итоге оказывается вблизи экватора и даже к югу от него. Более того, контурные течения, энергия которых в значительной степени расходуется по пути к экватору, на определенном отрезке уже не способны перемещать значительное количество частиц. Они оседают, формируя поля подводных дюн или гигантские насыпные валы. Одним из наиболее изученных образований такого рода является вал Блейк, отделяющий континентальное подножие Багамской погруженной платформы от внутренних частей абиссальной котловины в центральном секторе Атлантики. Протяженность другого вала, Ньюфаундлендского, превышает 500 км, а высота более 1 км. Мощность осадочной толщи, состоящей, как полагают, почти исключительно из контуритов, составляет 1,5 км. Это пятнистые однородные с плохо выраженной слоистостью отложения, имеющие преимущественно карбонатно-терригенный состав (известковые глины и мергели) и пелитово-алевритовую размерность (<0,1 мм). Встречаются и прослои, сложенные тонким песчаным материалом (>0,1 мм), в том числе раковинками фораминифер (более 20%) и скелетными остатками других организмов. Осадки обычно плохо отсортированы и несут следы сильного перемешивания илоедами. Скорости их накопления меняются от 1 до 12 см в 1000 лет.
Казалось бы, каким образом можно установить, что осадки вала Блейк или какого-либо другого аналогичного по строению поднятия на дне океана являются контуритами? На деле существуют вполне надежные критерии. Ведь материал, идущий из приполярных широт, весьма своеобразен по составу. Это касается прежде всего глинистой фракции, в которой преобладают иллит и хлорит — минералы, легко разрушающиеся в гумидных условиях на суше. С континента в океан они сносятся в основном ледниками, т. е. в полярных широтах. В тропиках же эти минералы, особенно хлорит, становятся неустойчивыми. Поэтому, когда на участках континентального подножия в низких широтах появляются осадки с явно чужеродной для окружающей суши минеральной ассоциацией, можно заподозрить, что эти осадки отложены контурным геострофическим течением.
Апвеллинг и природные питомники в океане
С борта судна океан чаще всего кажется безжизненным. Иногда за несколько дней плавания удается увидеть лишь двух-трех дельфинов, пристроившихся к носу судна, либо редкий фонтанчик воды, выброшенный в воздух кашалотом, случается мелькнет акула. Однако это впечатление верно, если считать, что океан населяют только крупные животные. На самом деле в поверхностном слое океана обитают мельчайшие организмы — фитопланктон, питающий все остальные группы морских организмов.
Для существования фитопланктона мало только солнечного света и растворенной в воде углекислоты, участвующих в фотосинтезе. Необходимы также биогенные элементы, и прежде всего фосфор, азот, кремний, кальций, из которых строятся органические и неорганические части организма. В большинстве районов океана фитопланктон развивается в условиях жесткого лимита нитратов, фосфатов и кремнезема. По мере выедания этих соединений цветение фитопланктона притормаживается.
Однако известны такие зоны в океане, где фитопланктон не испытывает недостатка в биогенных соединениях. В результате величина биологической продукции в этих зонах необычайно высока — в тысячи и десятки тысяч раз превосходит среднюю для океана. Плотность популяций фито- и зоопланктона, ряда видов рыб, морских млекопитающих и птиц здесь достигает максимальных значений. Эти огромные по протяженности (несколько сот и даже тысячи километров), но относительно узкие области вдоль континентальных окраин — настоящие природные питомники.
