Обитатели исчезнувших морей в отложениях на суше

При прокладке каналов в Северной Италии в пластах древних отложений Леонардо да Винчи (1452–1519) нашел раковины морских моллюсков. Заинтересовавшись тем, как они оказались в горах, вдали от морского побережья, он пришел к выводу, что эти моллюски когда‑то обитали на морском дне и были впоследствии засыпаны осадками. Причем многие из них сохранили следы механической переработки под воздействием волн. Таким образом, стало ясно: там, где раньше было море, выросли горы. Церковь увидела в подобных находках подтверждение библейской истории о всемирном потопе. «Я не понимаю, куда девались воды моря, если они когда‑либо покрывали всю землю и горы. Ископаемые раковины не являются следствием таких наводнений, а являются предшественниками животных, живущих теперь в море». Так писал Леонардо да Винчи, предвосхитив важнейшие принципы, лежащие ныне в основе геологической науки.

Один из вопросов, который разрешил великий ученый эпохи Возрождения, касался превращения мягких осадков в твердую породу и остатков морских организмов в ископаемую фауну [Гордеев, 1967]. Взгляды Леонардо да Винчи были развиты в XVII в. датским натуралистом Н. Стено (1638–1687). Изучая органические остатки, которые встречались в осадочных толщах, обнажающихся в долинах Тосканы (Северная Италия), Н. Стено первым научился отличать слои морского происхождения от горизонтов, отложенных в пресноводных обстановках, по заключенным в них ископаемым остаткам.

Один из крупнейших мыслителей Западной Европы – Г. Лейбниц (1646–1716) писал о том, что море первоначально покрывало всю Землю. Об этом свидетельствовали морские раковины, встречавшиеся почти повсеместно в древних осадочных слоях на территории европейских стран. Лишь впоследствии, по мысли Г. Лейбница, в результате обрушений на дне из первичного океана обособилась суша. Следовательно, уже на раннем этапе формирования взглядов на геологическую историю Земли была выдвинута идея о первичности океанов и вторичности суши.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов, посвятивший геологии несколько крупных работ, писал о возникновении континентов и океанов, об изменениях во времени границ суши и моря. Именно М. В. Ломоносов ввел в арсенал геологической науки принцип актуализма, согласно которому, изучая современные процессы, можно воссоздавать геологическое прошлое Земли.

В конце XVIII в. в среде натуралистов утвердились взгляды, созвучные идеям Г. Лейбница. Сторонников этих взглядов стали называть нептунистами. Они полагали, что земной шар на раннем этапе его существования был покрыт водами Всемирного океана. В дальнейшем уровень их понизился и обнажились материки. Крупнейшим представителем этой школы был немецкий геолог А. Вернер (1750–1817). Нептунистам противостояли плутонисты, отдававшие предпочтение магматическим, в том числе вулканическим, процессам: именно эти, эндогенные, факторы были главной движущей силой в истории Земли.

Швейцарский геолог А. Грессли (1814–1865) пошел дальше своих предшественников. Среди древних морских отложений, содержавших различные фаунистические остатки, он стал выделять осадки, формировавшиеся а различных физико‑географических условиях. Вслед за А. Грессли, сформулировавшим понятие фации, геологи научились распознавать по различным структурным и текстурным признакам осадков древние обстановки седиментации: литоральные, неритовые и абиссальные. Был сделан важный вклад в воссоздание истории древних океанов.

Экспедиция на корвете «Челленджер»

Постичь природу океана люди пытались давно. Некоторые из принципов, легших в основу океанологии, были сформулированы еще мыслителями древности. Аристотель, например, в IV в. до н. э. отметил, что море никогда не высохнет и не затопит сушу, так как количество атмосферных осадков равно объему той воды, которая испаряется с поверхности суши и моря. В 150 г. н. э. астроном Птолемей ввел понятия широты и долготы, которые использовал при составлении географических карт. Один из крупнейших географов античности – Страбон оставил очень интересное описание побережья Красного моря с перечнем расстояний между наиболее важными пунктами, служившими ориентирами для многих поколений моряков. Ученых и сейчас поражает точность, с которой были измерены эти расстояния. Монах Беде (673–735) писал, что фазы Луны контролируют приливы и отливы, а кардинал Н. Кью изобрел в XV столетии метод определения глубины моря. Он предложил измерять скорость всплывания буя в водах с известной глубиной, а затем освобождать тот же объект на дне океана, засекая то время, которое требуется для его подъема до поверхности воды.

В эпоху позднего Ренессанса ученым удалось измерить диаметр Земли, что дало толчок для составления карты всего Мирового океана. В XVII в. Р. Бойль (1627–1691) стал изучать температуру океанской воды и состав растворенных в ней солей. Он же исследовал разрушительное действие штормовых волн на побережья.

С конца XV в. в открытый океан снаряжались многочисленные экспедиции. Однако научный характер они приобрели только в XIX столетии. К тому времени все еще оставались недоступными полярные районы Земли, Весьма неясными были представления о распределении глубин в океане, об изменениях температур и солености, о структуре водной толщи. Круг биологических знаний был ограничен поверхностными горизонтами водного столба. О строении морского дна вообще не было известно ничего определенного. Первый реальный прорыв был совершен Чарлзом Дарвином, принявшим участие в кругосветном плавании на «Бигле». Результатом его наблюдений в этой экспедиции стала не только теория эволюции биологических видов. Он по праву считается одним из основателей морской геологии. В этой области ему принадлежит теория формирования коралловых атоллов в океане, которая не потеряла своего значения и в наше время.

Другим исследователем, внесшим существенный вклад в изучение океана, был Дж. Росс (1800–1862). Еще юношей он вместе со своим дядей участвовал в поисках Северо‑Западного прохода из Атлантического океана в Тихий. В возрасте 29 лет Дж. Росс в составе другой арктической экспедиции достиг магнитного полюса Земли. В 1839 г. он отправился к берегам Антарктиды, незадолго перед этим открытой Беллинсгаузеном и Лазаревым. До 1843 г. он совершил три плавания в район Антарктиды, закартировав большую часть побережья. На борту экспедиционных судов «Эребус» и «Террор» велись сборы биологических материалов. Были осуществлены пробные траления, попытки измерить температуру на недоступных тогда глубинах (до 5000 м). Однако из‑за больших давлений и примитивных приборов были получены ошибочные данные.

Отсутствие достоверных знаний и неудачи ранних исследований глубоких слоев океана привели к распространению весьма сомнительных теорий. Согласно одной из них, у океанского дна господствуют условия, при которых жизнь невозможна, так как кислорода практически нет.

Подобные взгляды были опровергнуты лишь в 60‑х годах прошлого века, когда в морях стали прокладывать телеграфные кабельные линии. При ремонте кабеля, проложенного по дну Средиземного моря, вместе с ним были подняты с большой глубины живые кораллы. Интерес к изучению океанских глубин возродился. Однако организация долгосрочных экспедиций в океан требовала значительных средств, которыми не располагали в то время ни научные организации, ни тем более отдельные ученые. В конце 60‑х годов в Англии были снаряжены два судна для исследования глубоководных впадин Северной Атлантики. Во время этой экспедиции было доказано перемещение водных масс на больших глубинах, а при тралении на глубине 1200 м были пойманы виды морских животных, неизвестные до того времени науке.

Благодаря этому успеху вскоре был разработан самый смелый по тем временам проект организации комплексной морской экспедиции на корвете «Челленджер». Последний, помимо полной парусной оснастки, был оборудован паровой машиной мощностью 1200 л. с. Экспедицию, целью которой было исследование «всего, что имеет отношение к океану», возглавил зоолог В. Томсон (1830– 1882). Планировалось изучить физико‑химические характеристики вод, биологические сообщества, выявить факторы, которые влияют на размещение живого в различных средах. Во время плавания, начавшегося в 1872 г, и закончившегося в 1876 г., ученые измеряли температуру воды у дна и на поверхности, отбирали ее пробы, выявляли направления и скорости подводных течений, мерили давление, наконец, проводили отбор проб донных осадков. Первоначальной целью изучения грунтов было обнаружение живущих на их поверхности или в глубине живых организмов. За время плавания, продолжавшегося более трех лет, «Челленджер» прошел 68 тыс. миль, были проведены исследования во всех океанских водоемах (за исключением Северного Ледовитого океана), во многих районах осуществлялись промеры океанского дна. На борт судна были подняты 153 образца коренных пород дна и многочисленные пробы осадков с поверхности ложа океана. Удалось собрать также богатейшую коллекцию морской фауны и флоры, причем впервые было описано 4717 новых видов организмов.

После того как «Челленджер» вернулся в Англию, научные материалы экспедиции продолжали изучаться в лабораториях. На это ушли годы. Результаты экспедиции были опубликованы в 50 объемных томах, в работе над которыми участвовали 76 авторов. Коллекцию осадков, включавшую материалы не только экспедиции на «Челленджере», но и других (всего 12 тыс. проб), описали Дж. Мэррей и А. Ренар. Впоследствии А. Ренар издал монографию, посвященную морским, в том числе глубоководным, осадкам. Этот труд наряду с книгой Дж. Мэррея «Глубины океана» долго оставался наиболее популярной работой по океанологии и морской геологии. Успех экспедиции на «Челленджере» подтолкнул к изучению морей и океанов ученых разных стран. В России пионером морских геологических исследований стал Н. И. Андрусов, который в 1890 г. на судне «Черноморец» изучил первые образцы осадков, поднятые со дна Черного моря. Н. И. Андрусов обнаружил наличие сероводородного заражения глубинных вод в этом водоеме.

В США первые карты, которые содержали информацию о преобладающих ветрах и течениях, были составлены в первой половине XIX в. морским офицером М. Маури. При составлении карт Атлантического океана проводились промеры дна и отбирались пробы донных осадков. В 1882 г. под руководством С. Бэйрди в США было построено первое океанографическое судно «Альбатрос», специально оборудованное для работы в океане. Усилиями того же Бэйрди на мысе Код (штат Массачусетс), в Вудсхоле, был создан океанографический институт. В многочисленных экспедициях на «Альбатросе» в 1888–1920 гг. была собрана богатая коллекция морских осадков.