Загадки океана: что учёные до сих пор пытаются понять в морских глубинах

Загадки океана связаны не с морскими чудовищами и мистическими исчезновениями, а с огромными размерами и труднодоступностью подводного мира. Океан занимает около 70% поверхности Земли, его средняя глубина превышает 3,6 километра, а значительная часть дна никогда не наблюдалась непосредственно.

Спутники позволяют получить общую картину рельефа, однако не показывают небольшие горы, живые организмы, затонувшие объекты и детали экосистем. Для подробного исследования необходимы научные суда, гидролокаторы, автономные аппараты и глубоководные роботы.

Каждая экспедиция приносит новые сведения, но одновременно создаёт новые вопросы. Учёные обнаруживают неизвестные виды, необычные способы получения энергии и процессы, способные влиять на климат всей планеты.

Океан нанесён на карту не так подробно, как суша

Фраза «океан совсем не исследован» звучит эффектно, но требует пояснения. Всё морское дно уже представлено на глобальных картах, составленных в том числе по спутниковым измерениям. Однако разрешение таких карт ограничено.

Спутник не фотографирует дно через толщу воды. Он измеряет небольшие изменения высоты поверхности океана, связанные с гравитацией подводных гор и других крупных объектов. По этим данным можно приблизительно восстановить рельеф.

Для подробного картографирования научное судно проходит над участком и направляет к дну звуковые импульсы. Многолучевой гидролокатор измеряет время возвращения отражённого сигнала и создаёт детальную модель поверхности.

Этот процесс занимает много времени. Океан имеет площадь около 360 миллионов квадратных километров, а исследовательское судно может подробно измерять только ограниченную полосу дна.

Увидеть дно сложнее, чем составить его карту

Подробная карта показывает форму поверхности, но не отвечает на все вопросы. По ней невозможно точно определить, какие животные находятся в определённом месте, чем они питаются и как взаимодействуют между собой.

Чтобы увидеть глубоководное дно, исследователи используют:

• дистанционно управляемые аппараты;
• автономных подводных роботов;
• пилотируемые батискафы;
• камеры на тросах;
• пробоотборники;
• акустические системы;
• датчики температуры и химического состава.

Такие экспедиции дороги и технически сложны. Аппарат должен выдерживать давление, работать в холодной солёной воде и передавать данные с большой глубины.

Поэтому непосредственно осмотрена лишь очень небольшая часть глубоководного дна.

Самая глубокая точка находится почти в 11 километрах ниже поверхности

Глубочайшим известным участком океана считается Бездна Челленджера в Марианской впадине. Её глубина составляет приблизительно 10 935 метров, хотя результаты отдельных измерений немного различаются.

Если мысленно поместить туда Эверест, вершина горы всё равно осталась бы под водой.

На такой глубине давление превышает давление у поверхности примерно в тысячу раз. Любая полость с воздухом сжимается, а обычное оборудование разрушается.

Для глубоководных аппаратов создают прочные сферические корпуса, поскольку такая форма хорошо распределяет нагрузку. Даже небольшой дефект материала при огромном давлении может стать критическим.

Несмотря на экстремальные условия, жизнь обнаруживается и в глубочайших океанических впадинах.

Границы Марианской впадины продолжают уточняться

Морское дно не является неподвижной поверхностью. В районах глубоководных желобов одна литосферная плита погружается под другую.

Происходящие там землетрясения, оползни и движение осадков постепенно меняют рельеф. Разные экспедиции также используют неодинаковое оборудование и методы обработки данных.

На результат измерения глубины влияют:

• скорость звука в воде;
• температура;
• солёность;
• давление;
• движение судна;
• расположение датчиков;
• приливы.

Поэтому небольшие расхождения между научными оценками не означают ошибку или существование «скрытого дна». Это результат повышения точности измерений.

Жизнь существует без солнечного света

До второй половины XX века большинство известных пищевых цепей начиналось с солнечной энергии. Растения и водоросли используют свет, а другие организмы питаются ими или их потребителями.

Открытие экосистем возле гидротермальных источников показало другой вариант. На дне из трещин выходят горячие, насыщенные химическими соединениями жидкости. Некоторые микроорганизмы получают энергию из химических реакций, а не из света.

Этот процесс называют хемосинтезом. Вокруг источников могут жить:

• гигантские трубчатые черви;
• моллюски;
• креветки;
• крабы;
• рыбы;
• множество микроорганизмов.

Существование таких сообществ изменило представления о границах жизни. Оно также повлияло на поиск потенциально обитаемых сред под ледяными оболочками спутников других планет.

Жидкость источника бывает горячее температуры кипения

Из некоторых гидротермальных источников выходит жидкость с температурой в сотни градусов. При обычном атмосферном давлении вода давно превратилась бы в пар.

На большой глубине огромное давление повышает температуру кипения. Поэтому перегретая жидкость может оставаться в жидком состоянии.

Контактируя с холодной морской водой, растворённые вещества выпадают в осадок и создают высокие минеральные трубы. Тёмные облака частиц придают некоторым источникам вид дымящих труб, поэтому их называют чёрными курильщиками.

Это не подводный огонь и не настоящий дым. Наблюдатель видит поток нагретой воды с минеральными частицами.

Глубоководные соляные озёра имеют собственную поверхность

На морском дне встречаются углубления, заполненные очень солёным раствором. Он плотнее окружающей морской воды и поэтому смешивается с ней медленно.

Граница между слоями бывает настолько заметной, что напоминает берег настоящего озера. По плотному рассолу могут проходить волны, а небольшие частицы словно плавают на его поверхности.

Такие образования называют рассольными бассейнами. Они возникают, когда вода взаимодействует с подземными залежами соли или когда соль концентрируется в особых геологических условиях.

Для многих обычных животных рассол токсичен из-за высокой солёности и недостатка кислорода. Но на его границах могут существовать специализированные микроорганизмы и целые сообщества, использующие химические вещества из глубины.

Большая часть обитателей глубин создаёт собственный свет

В глубоководной зоне солнечного света почти нет. Тем не менее темнота не означает полного отсутствия свечения.

Многие морские организмы обладают биолюминесценцией — способностью создавать свет при помощи химической реакции. Светятся некоторые медузы, кальмары, рыбы, ракообразные и одноклеточные организмы.

Свечение используется для разных задач:

• привлечения добычи;
• поиска партнёра;
• отпугивания хищника;
• маскировки силуэта;
• передачи сигналов;
• создания отвлекающей вспышки.

Некоторые животные освещают пространство перед собой, а другие используют светящиеся приманки возле рта.

Учёные продолжают открывать новые световые органы и способы управления ими. Камера аппарата может изменить поведение животных, поэтому исследовать естественные сигналы трудно.

Невидимая миграция ежедневно перемещает огромное количество животных

После захода Солнца множество рыб, ракообразных и других организмов поднимается из глубины ближе к поверхности. Там они питаются планктоном. Перед рассветом животные снова опускаются, скрываясь от дневных хищников.

Это явление называют суточной вертикальной миграцией. По общей массе участников оно считается одним из крупнейших регулярных перемещений животных на планете.

Долгое время моряки и операторы гидролокаторов замечали слой, который ночью поднимался, а днём опускался. Сначала его могли принимать за ложное дно.

Вертикальная миграция влияет на перенос углерода. Животные питаются возле поверхности и уносят часть органического вещества в более глубокие слои, участвуя в работе глобальной климатической системы.

Звук проходит под водой на огромные расстояния

В воде звук распространяется значительно быстрее и обычно дальше, чем в воздухе. Некоторые низкочастотные сигналы могут пересекать целые океанские бассейны.

Источниками подводных звуков становятся:

• землетрясения;
• подводные вулканы;
• разрушение айсбергов;
• корабли;
• буровые работы;
• киты;
• рыбы;
• движение льда;
• штормы.

Чтобы определить источник, учёные сравнивают записи нескольких гидрофонов. Направление, частота и время прихода сигнала помогают установить его происхождение.

Но аппаратура не покрывает каждый участок океана. Короткий звук, записанный одним прибором, иногда остаётся неопознанным не потому, что его создало неизвестное чудовище, а из-за недостатка данных.

Знаменитый Bloop уже получил объяснение

В 1997 году гидрофоны зарегистрировали в южной части Тихого океана очень мощный низкочастотный звук. Он получил неофициальное название Bloop.

Необычный сигнал породил предположения о гигантском неизвестном животном. На протяжении последующих лет исследователи продолжали собирать акустические данные ближе к Антарктиде.

Выяснилось, что похожие звуки возникают при разрушении и растрескивании крупных масс льда. NOAA связывает Bloop с ледотрясением — движением и разрушением антарктического айсберга или ледника.

Поэтому включать Bloop в список современных неразгаданных загадок неправильно. Интерес этой истории заключается в другом: природный геологический процесс способен создать звук, который распространяется на тысячи километров.

Мы до сих пор не знаем всех морских видов

Учёные ежегодно описывают новые виды морских организмов. Иногда это микроскопические существа, но среди находок встречаются рыбы, моллюски, кораллы и ракообразные.

По оценкам исследователей, значительная часть морских видов ещё не получила научного описания. Особенно мало известно о микроорганизмах и обитателях больших глубин.

Обнаружить вид недостаточно. Необходимо:

1. получить качественные изображения или образец;
2. сравнить его с известными организмами;
3. изучить строение;
4. при возможности исследовать генетический материал;
5. подготовить научное описание;
6. показать отличия от родственных видов.

Иногда животное попадает в объектив только один раз, после чего исследователи годами не могут найти другой экземпляр.

Гигантский кальмар остаётся плохо изученным

Существование гигантских кальмаров подтверждено найденными телами, фотографиями и видеозаписями живых особей. Поэтому само животное давно не является легендой.

Загадочным остаётся его естественное поведение. Гигантские кальмары живут на значительной глубине, где наблюдать за ними сложно. Яркий свет и шум аппарата могут отпугнуть животное или изменить его реакцию.

Большая часть ранних знаний была получена по мёртвым или умирающим экземплярам. По таким находкам можно исследовать анатомию, но трудно понять охоту, размножение и перемещения.

Следы присосок на коже кашалотов показывают, что эти киты встречаются с крупными кальмарами в глубине. Однако столкновение необязательно выглядит как сражение морских чудовищ из старинных легенд.

Киты создают экосистемы после смерти

Когда крупный кит погибает и опускается на дно, его тело становится источником пищи для глубоководных организмов. Такое событие называют падением кита.

Сначала мягкие ткани поедают акулы, миксины и другие падальщики. Затем мелкие организмы используют оставшиеся части, а бактерии перерабатывают вещества внутри костей.

Один скелет способен поддерживать местное сообщество в течение многих лет. На разных стадиях вокруг него живут разные виды.

Учёным трудно определить, сколько подобных объектов находится на дне и какую роль они играют в распространении глубоководных организмов. Расстояния между падениями китов могут быть огромными, но некоторые виды каким-то образом находят новые источники пищи.

Глубоководные животные выдерживают колоссальное давление

На поверхности белки и клеточные мембраны работают при привычном давлении. В океанских впадинах нагрузка может превышать тысячу атмосфер.

Глубоководные организмы имеют биохимические и структурные приспособления, позволяющие клеткам сохранять работоспособность. Многие из них лишены наполненных газом полостей, которые могли бы сжаться.

У некоторых рыб отсутствует обычный плавательный пузырь. Вещества внутри клеток помогают белкам сохранять правильную форму под давлением.

Однако адаптация имеет пределы. Определённые группы рыб не встречаются на самых больших глубинах, хотя там живут другие животные и микроорганизмы. Учёные продолжают изучать, какие биохимические ограничения определяют эту границу.

Океанические течения связывают разные части планеты

Ветер приводит в движение поверхностные воды, а различия температуры и солёности влияют на глубоководную циркуляцию.

Эта система переносит тепло, растворённые газы и питательные вещества. Изменение циркуляции в одном регионе способно повлиять на климат и морские экосистемы далеко от него.

Наблюдать за глубинными течениями трудно. Исследователи используют:

• автономные измерительные буи;
• спутники;
• научные суда;
• подводные планеры;
• химические индикаторы;
• модели атмосферы и океана.

Количество измерений растёт, но океан постоянно меняется. Одной экспедиции недостаточно, чтобы описать процессы, продолжающиеся десятилетиями.

Не весь углерод движется по океану одинаково

Океан поглощает часть углекислого газа из атмосферы. Газ растворяется в воде, участвует в химических реакциях и используется организмами.

Часть углерода возвращается в атмосферу, а часть переносится в глубину с опускающимися частицами, телами организмов и движением воды.

Учёные называют этот комплекс процессов углеродным насосом океана. От его работы зависит распределение углерода между атмосферой, поверхностью и глубинными слоями.

Сложность заключается в огромном количестве участников — от микроскопического планктона до течений и химического состава воды. Изменения температуры и кислотности могут воздействовать на разные части системы неодинаково.

Метан на дне не означает неизбежного глобального взрыва

В морских осадках встречаются газовые гидраты — кристаллические соединения воды и газа, преимущественно метана. При подходящих температуре и давлении они остаются устойчивыми.

В интернете иногда утверждают, что гидраты могут внезапно «взорвать весь океан». Это сильное преувеличение. Учёные действительно изучают устойчивость залежей и возможное выделение метана, но процессы зависят от глубины, температуры, геологии и состояния осадков.

Значительная часть метана может растворяться или перерабатываться микроорганизмами до достижения атмосферы.

Реальные вопросы связаны с локальной устойчивостью склонов, химией океана и влиянием постепенного изменения условий, а не с фантастическим одномоментным взрывом планеты.

Цунами может пройти океан почти незаметно для корабля

В открытом океане волна цунами имеет очень большую длину, но сравнительно небольшую высоту. Судно на глубокой воде может не заметить её прохождение.

При приближении к берегу скорость волны уменьшается, вода сжимается в более мелком пространстве, а высота может резко увеличиться.

Не каждое подводное землетрясение вызывает цунами. Для образования опасной волны обычно требуется значительное перемещение морского дна или другого большого объёма воды.

Предсказать время землетрясения заранее наука пока не умеет. Но после события сети сейсмических станций и океанских датчиков позволяют оценить вероятность цунами и передать предупреждение.

Подводные оползни изучены хуже землетрясений

Осадочные породы на континентальных склонах могут терять устойчивость и перемещаться вниз. Подводные оползни способны повреждать кабели, изменять рельеф и иногда создавать волны.

Наблюдать такой процесс непосредственно трудно. Обычно исследователи изучают его последствия: оборванные коммуникации, перемещённые осадки и изменения дна.

Оползень может быть вызван землетрясением, быстрым накоплением осадков, движением газа или сочетанием нескольких факторов.

Для оценки риска необходимо знать внутреннее строение склонов, а не только форму их поверхности. Такие исследования требуют бурения и геофизических измерений.

Пластик обнаруживается даже в глубоководных впадинах

Удалённость от городов не защищает глубокий океан от человеческого воздействия. Пластиковые предметы и микроскопические частицы находят в осадках, организмах и воде на большой глубине.

Пути их перемещения сложны. Частицы переносятся течениями, прикрепляются к органическому материалу, проходят через пищевые цепи и постепенно опускаются.

Не все виды пластика ведут себя одинаково. На движение влияют плотность, размер, форма, обрастание микроорганизмами и химическое старение.

Учёным ещё предстоит точно определить долговременное влияние разных частиц на глубоководные экосистемы. Но само присутствие загрязнения в удалённых впадинах уже подтверждено наблюдениями.

Исследование глубин требует защиты от самого человека

Неизученное морское дно содержит биологические сообщества, которые могут восстанавливаться очень медленно. Некоторые глубоководные кораллы живут сотни лет, а следы механического воздействия сохраняются десятилетиями.

Интерес к полезным ископаемым глубокого океана создаёт сложный вопрос: можно ли использовать ресурсы, не разрушив экосистемы, которые ещё недостаточно изучены?

До начала масштабной деятельности необходимо выяснить:

• какие виды обитают на участке;
• насколько они распространены;
• как быстро растут организмы;
• куда переносится поднятый осадок;
• возможно ли восстановление;
• как контролировать воздействие.

Невозможно надёжно оценить потерю, если неизвестно, что существовало на месте до вмешательства.

Главная загадка океана — его сложная взаимосвязь с Землёй

Океан не является отдельным миром, изолированным от суши и атмосферы. Он регулирует тепло, участвует в круговороте воды и углерода, поддерживает огромные пищевые сети и влияет на погоду.

Настоящие загадки океана заключаются не в рассказах о фантастических чудовищах. Учёные пытаются понять, сколько видов скрывается в глубине, как работают малоизученные экосистемы и как меняющаяся планета влияет на глобальную циркуляцию воды.

Одни тайны постепенно получают объяснение, как произошло со звуком Bloop. Другие становятся сложнее после каждого нового наблюдения.

Исследование океана продолжается не потому, что наука бессильна перед глубиной, а потому, что перед ней находится крупнейшая и одна из самых труднодоступных сред обитания на Земле.