Факультет

Студентам

Посетителям

О комплексном подходе к решению некоторых океанологических проблем

Океанология, как наука об океане, изучает явления и процессы, происходящие в нем. Это наука молодая, но быстро развивающаяся.

Современная океанология изучает физические, химические, биологические и геологические процессы, протекающие в океане, в их взаимосвязи и взаимообусловленности. Когда ученые заняты исследованием какой-либо проблемы в океане или появляется необходимость использовать богатства океана на службу человеку, эти вопросы нельзя решать односторонне, а необходимо учитывать весь комплекс сведений, имеющихся по данному региону океана. Иначе это может привести к ошибочным выводам.

Известно немало примеров из практики океанических исследований, когда именно по комплексу физических, химических и биологических индикаторов правильно и корректно были описаны явления и процессы. К таким примерам можно отнести исследования:

  • причин формирования рыбных «банок» в океане в условиях мелководья и больших глубин,
  • образования и трансформации фронтальных вихрей и вихрей открытого океана,
  • существования и изменчивости глубинных противотечений экваториальных зон океанов и др.

Остановим свое внимание на важности комплексного подхода к решению океанологических проблем на примере рассмотрения вопроса о возможности захоронения радиоактивных отходов от атомной промышленности в глубоководных желобах океана. Проблема эта возникла в 1953 г., когда в печати появились сообщения о предполагаемом захоронении контейнеров с радиоактивными отходами в глубоководных желобах Тонга и Кермадек. Эта неправильная и вредная в корне идея была поддержана теми зарубежными океанологами, которые считали воды желобов застойными, не участвующими в общей циркуляции океана.

Тогда в связи с этим в программу комплексных гидробиологических работ 26-го научно-исследовательного рейса «Витязь», проводившегося по плану Международного геофизического года (1957—1958 гг.) в центральной части Тихого океана, были включены исследования, которые возглавили профессор Б. Г. Богоров и академик Е. М. Крепе. Наличие жизни, аэрации придонных вод, многолетняя изменчивость (хотя и незначительная) термохалинных характеристик и значительные колебания содержания растворенного кислорода в водах этих желобов показали, что последние участвуют в общей циркуляции океана и при захоронении в них радиоактивных отходов представляют реальную угрозу заражения. Доклад на эту тему, представленный Крепсом и Богоровым на 2-й Международной конференции в Женеве в 1958 г., послужил основанием для запрещения сброса контейнеров с радиоактивными отходами в желоба. В связи с этим следует рассмотреть основные (геологические, гидрологические, гидрохимические и биологические) характеристики желобов и заменяющих их вод.

В геологическом отношении большинство желобов располагается в зоне взаимодействия континентальных и океанических литосферных плит. С позиций учения о динамике литосферных плит горизонтальные движения последних происходят так, что океаническая плита погружается в пластический слой верхней мантии Земли, а континентальная испытывает надвигание. Желоба эти (краевые), как правило, сопряжены с островными дугами или горными хребтами. Другую разновидность желобов представляют собой глубокие поперечные (трансформные) и продольные разломы в подводных хребтах. Однако они более редки. Обе группы желобов находятся в сейсмически активных зонах.

Какие морфологические особенности характеризуют океанические желоба? Во-первых, большие глубины; если глубина ложа океана располагается на уровне от 4 до 6 км, то глубоководные желоба занимают так называемую зону ультраабиссали от 6 км и глубже. Максимальная глубина Мирового океана (11 022 м) измерена в Марианском желобе в 1957 г. на «Витязе». В настоящее время океанических желобов (глубин больше 6000 м) насчитывается 35:26 — в Тихом океане, 4 — в Атлантическом и 5 — в Индийском.

Вторым морфологическим признаком желобов является крутизна склонов. При этом склоны могут быть симметричны или асимметричны, с узкой или широкой «желобовой долиной». Крутизна склонов, сейсмическая неустойчивость и активный вулканизм островных дуг являются причинами частых обвалов, оползней и мутьевых потоков. Все эти факторы создают невозможные условия для сброса в желоба контейнеров с радиоактивными веществами.

Заслуживает внимания еще один геологический фактор, создающий сложные, неоднородные гидрологические и гидрохимические условия в желобах. Этот фактор — термический и состоит из двух составляющих: теплового потока от дна океана и гидротермальных проявлений. В условиях дна краевых желобов величина теплового потока невелика и, как показали немногочисленные инструментальные измерения, она ниже средних значений по океану (1,2 микрокал/см2 с) или приближается к ним (0,14—1,86). Наоборот, в желобах-разломах типа Кайман наблюдаются повышенные значения теплового потока: от 2,7 до 3,2 и более.

Гидротермальная деятельность активно проявляется в зонах срединных хребтов, а также в связи с вулканизмом на внутренних склонах желобов.

Основные сведения по гидрологии океанических желобов Тихого океана в 1960 г. были даны Добровольским и Леонтьевой на основе 35 глубоководных станций.

1) Потенциальная температура и соленость на двух нижних горизонтах наблюдений в желобах могут возрастать, уменьшаться и оставаться неизмененными. Величина этих изменений незначительна, но превышала ошибки наблюдений. Изменения содержания кислорода в водах желобов носили тот же характер, однако пределы их изменений были значительными.

2) Была установлена связь между структурными элементами, потенциальной температурой в желобах на 7000 м и глубиной залегания «ядра» донных вод, выделявшегося по минимуму наблюденной температуры.

3) Горизонтальное распределение основных гидрологических характеристик в пределах даже одного желоба было неравномерно, хотя масштабы изменений незначительны.

4) Толща вод в желобах находится в неустойчивом равновесии, что способствует развитию в них процессов перемешивания.

Позднее автором статьи на материале 145 гидрологических станций в желобах Тихого, Атлантического и Индийского океанов были подтверждены эти выводы. Одновременно анализ материала показал, что в ряде желобов (Кермадек, Курило-Камчатский, Южно-Сандвичев, Филиппинский и др.) происходит развитие явления придонной термической конвекции. Последняя, с одной стороны, создает, неоднородность условий в пределах желоба, с другой стороны, способствует процессу конвективного перемешивания его вод. Масштабы этого явления иногда выходят за пределы желоба; наблюдаются чаще на отдельных станциях, реже, — на значительных площадях (Южно-Сандвичев, Кермадек), где, по-видимому, носят квазистационарный характер.

Установлено, что распространение антарктических донных вод оказывает существенное влияние на гидрологические условия в желобах. Особенно это касается тех, которые расположены в Южном полушарии (Южно-Сандвичев, Маккуори, Кермадек, Тонга, Чилийский). Близость к основному источнику продуцирования антарктических донных вод (моря Уэдделла) на юге Атлантического океана создает лучшие условия распространения этих вод, что сказывается на гидрологических условиях в желобах Пуэрто-Рико и Романш.

Влияние антарктических донных вод в вышеперечисленных желобах проявляется не только в понижении температуры воды, но и в повышенном содержании растворенного кислорода. Это, в свою очередь, стимулирует развитие жизни в водах этих желобов, создавая там хорошие условия вентиляции.

На примере Алеутского желоба можно утверждать, что тонкая термическая структура наблюдается не только в верхних и промежуточных слоях океана, но и в желобах. Благодаря навеске дополнительных батометров во время взятия глубоководных серий удалось получить учащенную информацию по глубине. В пределах этого желоба обращают на себя внимание три области отрицательных аномалий потенциальной температуры, которые от окружающих вод отличаются на 0,02—0,03°. Количество наблюдений, по которым они выделяются, достаточно обеспечено, чтобы говорить об этом как о явлении. При этом области отрицательных аномалий потенциальной температуры сопровождаются повышенным содержанием растворенного кислорода. Эти области, по-видимому, следует аппроксимировать с некими вихревыми образованиями, имеющими горизонтальные оси и формирующимися вблизи трех желобовых перемычек, в тылу последних, относительно направления медленно распространяющегося с востока на запад донного потока вод.

В случае Алеутского желоба вышеприведенные факты дают основание говорить о микро- и мезомасштабной неоднородности его вод.

Разного рода аномалии гидрологических характеристик вод желобов (потенциальная температура, соленость, растворенный кислород) объясняются совокупностью многих факторов. Однако наиболее резкие из аномалий наблюдаются там, где желоба отчленены от открытого океана подводными хребтами и перемычками различной глубины. В этих случаях именно «пороговая глубина» определяет не только водообмен между желобом и океаном, но и оказывает существенное влияние на гидрологические условия в этих желобах. В качестве примера рассмотрим два желоба: Кайман (бассейна Атлантического океана) и Банда (бассейна Тихого океана). Оба желоба объединяет одна аномалия — самая высокая потенциальная температура от 3,79 до 3,81° в первом случае и от 3,05 до 3,08° — во втором. Наоборот, по солености воды этих желобов различаются: в желобе Кайман они самые соленые (34,98—35,00‰), в Банда — наиболее опресненные (34,60— 34,62‰). Основной причиной температурных аномалий является сочетание влияния пороговых глубин, отделяющих желоба от океана с расположением желобов вблизи экватора. Что касается солености, то высоким ее значениям весь бассейн Кайман обязан соленым подповерхностным и высокосоленым северо-атлантическим глубинным водам. Наоборот, пониженная соленость вод желоба Банда, несомненно, связана с низкими ее значениями во всех морях Австрало-Азиатского бассейна.

В связи с рассмотрением вопроса условий в глубоководных желобах под углом зрения возможных захоронений радиоактивных отходов в них уместно остановиться еще на трех доводах против этой реально существующей угрозы,

1) Инструментальные измерения придонных течений в комплексе с наблюдениями за седиментацией морских осадков и термогалинной структурой вод (на примере прохода Самоа в западной части Тихого океана) показали, что придонные течения в желобах, особенно в зоне западных граничных течений, могут достигать значительных скоростей (>15—22 см/с). В проходах и других сужениях рельефа дна скорости придонных течений испытывают увеличение, вызывая размыв осадков, взмучивание вод и переотложение осадков.

2) Большая часть желобов находится под влиянием донных антарктических вод, которые характеризуются высоким содержанием растворенного кислорода. В районах формирования донных вод (моря Уэдделла, Росса и прибрежные мелководные районы Антарктиды) насыщение кислородом характеризуется величинами 5—6 мл/л. По мере продвижения этих вод с циркуляционным круговоротом и в северном направлении насыщение их кислородом снижается. Меньше всего кислорода в донных водах северо-восточной части Тихого океана. Таким образом, антарктическое донное течение осуществляет основную аэрацию вод желобов, способствующую поддержанию там своеобразного животного мира.

3) Активные гидротермальные проявления, обнаруженные в Срединно-Атлантическом хребте, в рифте Галапагосского и Восточно-Тихоокеанского поднятий, выносят воду чаще всего с высоким содержанием сероводорода и температурой порядка 300° С. Последнее обстоятельство едва не стоило жизни исследователям на подводном аппарате «Алвин» в районе Галапагосского рифта. Высокие температуры гидротермальных вод также могут быть одной из причин разрушений контейнеров. Цикл замечательных наблюдений с судов «Галатея» (1951 г.), «Витязь» (1953—1979 гг.), «Обь» (1957—1959 гг.), а также с батискафов «Триест» и «Архимед» показали, что воды желобов населены глубоководной фауной (рыбы, планктон, бентос). Основной вклад в ее изучение внесен советскими учеными (Крепе, Зенкевич, Бирштейн, Филатова, Беляев, Виноградова, Расс, Boropoa, Виноградов и др.), а также зарубежными.

Наиболее населенными желобами (бентос и планктон) оказались, те, которые расположены в зонах высокой продуктивности (Курило-Камчатский, Японский, Идзу-Бонинской, Южно-Сандвичев, Маккуори и др.). На ультраабиссальных глубинах исчезают многие виды планктона и донных животных, не выдерживая увеличения гидростатического давления и изменений условий питания.

Специфические условия, складывающиеся для развития жизни в водах желобов, налагают отпечаток на своеобразие донной фауны и выделяют ее представителей в особую группу «ультраабиссальной фауны» (Зенкевич, 1977).

Все вышеизложенное — геологические и морфологические характеристики самих желобов, гидрологические условия вод, их заполняющих, наличие жизни на ультраабиссальных глубинах — свидетельствует о том, что ультраабиссальная зона океана взаимосвязана с процессами на дне и в водной толще океана, а также на его поверхности. Единственным выводом может быть лишь один: вышеизложенные факты совершенно исключают возможность захоронения радиоактивных отходов в желобах.

В качестве послесловия хочется заметить, что «на заре» отечественной океанологии, когда у ученых не было достаточно точных наблюдений на больших глубинах, существовало устойчивое мнение об их гидрологической и химической однородности. В наше время, когда методика этих наблюдений усовершенствована, выработаны международные стандарты (в частности, и для ошибок наблюдений), широко применяются самописцы и т. д., установлены в океане факты неоднородностей разных масштабов. Микро — и мезомасштабная термохалинная структура вод общепризнана современными океанологами. Однако некоторые ученые, не приводя веских доказательств, считают, что по химическим характеристикам воды, заполняющие глубоководные желоба Тихого океана и Южно-Сандвичев в Атлантическом океане, имеют: трехмерную однородность и отсутствие короткопериодной и многолетней изменчивости химического режима. Нам представляется эта точка зрения неверной по следующим соображениям.

Во-первых, нельзя игнорировать установленные факты (термохалинная и гидрохимическая неоднородность вод желобов), которые изложены в работах советских (Богоявленский, Сметанин, Добровольский, Леонтьева и др.) и зарубежных (Ven-Riel, Braun, Kulerich ученых. Во-вторых, бездоказательно утверждение «практической однородности» вод желобов и пагубно для современной океанологии, так как возвращает нас назад к старым представлениям об однородности глубинных и придонных вод океана. Задача научных работников — разобраться в причинах микро — и мезомасштабной неоднородностей в океане и объяснить их.

Автор: В. В. Леонтьева, кандидат географических наук

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: