ГЛАВА VI. СЕВЕРО-ФИДЖИЙСКАЯ КОТЛОВИНА

Научно-исследовательское судно 'Дмитрий Менделеев'

В последние 20-25 лет исследования дна океана ознаменовались серией новых открытий, заставивших пересмотреть некоторые сложившиеся представления о внутреннем строении Земли и ее геологической истории.

Не буду излагать содержание всех этих новых представлений, напомню лишь некоторые из них.

Установлено, что в Мировом океане существует система громадных горных хребтов, протягивающихся на десятки тысяч километров и обозначающих наиболее динамичные зоны земной коры. Это система так называемых срединно-океанических хребтов. Земная кора на дне океана значительно тоньше, чем на материках, и не имеет гранитного слоя. Срединно-океанические хребты расколоты идущими вдоль гребней глубокими ущельями - рифтовыми долинами. На дне рифтовых долин были обнаружены выходы горячих сильно минерализованных вод из недр земли. Образцы горных пород, собранные со дна рифтовых долин, оказались очень сходными по составу с глубинными породами Земли. Были обнаружены полосовые магнитные аномалии, в расположении которых найдены свидетельства многочисленных сдвигов и разломов отдельных блоков океанической земной коры. Установлена сильная неравномерность в распределении осадочного покрова на дне океана, подтвердившая общее представление о высокой динамичности земной коры.

Вся совокупность этих новых данных позволила несколько по-новому и достаточно обоснованно представить общую эволюцию Земли за миллиарды лет ее существования. Эти представления, названные теорией мобилизма или «тектоникой литосферных плит», сводятся к тому, что материки и припаянные к ним обширные площади океанов испытывают горизонтальные перемещения. При этом в некоторых зонах плиты надвигаются одна на другую (это явление можно сравнить с образованием торосов при перемещении ледяных полей) и возникают складки, надвиги, происходят сильные землетрясения. В областях же срединно-океанических хребтов происходят расширения, разрывы, плиты расходятся, и из недр земли изливается расплавленная магма, формирующая новую океаническую кору.

Нельзя сказать, что представления сторонников мобилизма совершенно бесспорны, оживленные дискуссии продолжаются, но, вероятно, в недалеком будущем удастся подтвердить эту гипотезу новыми фактами и создать достаточно полную теорию эволюции Земли, включающую описание причин и механизма действия внутренних сил, создающих такие грандиозные преобразования облика нашей планеты.

В процессе исследований дна океана возникли специфические методы, объединяемые современной морской геофизикой. Это эхолотный промер, позволяющий изучить рельеф дна с большой подробностью; исследования сейсмо-акустические, дающие представление о строении земной коры под океаном; магнитометрические, позволяющие зафиксировать распределение магнитных аномалий; гравиметрические, изучающие изменения силы тяжести, которые зависят от строения земной коры и распределения подкорового вещества; измерения теплового потока со дна океана, указывающие также на особенности строения коры; сейсмологические исследования, изучающие интенсивность и распределение землетрясений на дне. Наконец, в последнее десятилетие применяется глубоководное бурение в открытом океане, позволяющее непосредственно исследовать состав и свойства горных пород дна.

Разумеется, внимание ученых приковано прежде всего к ключевым районам океана. Несколько лет ученые разных стран пристально исследовали районы срединно-океанических хребтов и рифтовые зоны. Эти исследования продолжаются и сейчас в рамках международной программы «Геодинамика». Много внимания уделяется изучению земной коры районов периферической зоны океанов, где существуют глубоководные впадины и цепи островов (яркий пример в этом смысле представляет периферия Тихого океана, иногда называемая «огненным кольцом» в связи c сильным современным вулканизмом и землетрясениями).

В нашей экспедиции геофизики ставили своей задачей изучить достаточно детально довольно спокойный район, отнюдь не отличающийся сложным рельефом или какими-либо исключительно интересными особенностями (так нам представлялась Северо-Фиджийская котловина до ее исследования).

Детальный эхолотный промер по системе галсов (меридиональных и широтных) должен дать представление о фактическом рельефе дна, гидромагнитная съемка - выявить расположение и форму магнитных аномалий, которые укажут на возможные излияния лавы через жерла подводных вулканов и трещины. Сейсмопрофилирование должно расшифровать слоистую структуру рыхлых осадков и уплотненных пород дна. Регистрация землетрясений с помощью донных сейсмографов позволит оценить динамику земной коры в этом районе.

Северо-Фиджийская котловина с запада ограничена цепочкой островов Новые Гебриды, с востока - островами Фиджи, на юге - серией разломов, на севере - сложной переходной зоной дна к Центрально-Фиджийской котловине. Глубины в ней не превышают 3400 м, на некоторых островах есть действующие вулканы. Наиболее примечательная особенность Северо-Фиджийской котловины - интенсивный тепловой поток со дна. Измерения, выполненные раньше, показали, что величина теплового потока здесь превышает значения, известные в открытых районах океана, где глубины на 2 км больше. Значит, мощность (толщина) земной коры в котловине также мала.

Геофизические работы начинаются с постановки пяти плавучих буев. Надо сказать, что судно «Дмитрий Менделеев» тогда не имело новейшей системы спутниковой навигации, а определение места традиционными методами мореходной астрономии совершенно не удовлетворяло поставленной задаче детального и точного изучения сравнительно небольшого района размером 90 X 90 миль. Поэтому мы должны были поставить серию плавучих буев со специальными проблесковыми осветителями и отражателями для надежного прослеживания буев судовым радиолокатором. Эти буи, как неподвижные точки, будут надежными ориентирами. Постановка на якорь каждого буя - сложная операция. Необходимо намотать на барабан лебедки трос, рассчитав предварительно его точную длину. Если трос будет слишком сильно натянут плавучим буем, он может легко оборваться. Если же дать слишком большую притравку, буй будет совершать хаотические движения большого размаха и его нельзя считать неподвижной точкой.

Капитан Соболевский, его помощники, Белоусов, Непрочнов располагают большим практическим опытом постановки якорных буев. Операция не обходится без досадных промахов, но в конце концов все пять буев поставлены. Наступает вторая, не менее ответственная часть работы - увязка положения всех буев. На это уходит преимущественно ночное время.

Наконец все определения закончены, на специальном планшете нанесены точки стояния буев. Геофизики начинают действовать. Для экономии времени галсы эхолотного промера располагаются на расстоянии 7,5 миль один от другого. Одновременно с промером проводятся измерения магнитного поля магнитометром. Штурманы и гидрографы непрерывно следят за положением судна и вносят поправки в курс. На рабочем планшете круглые сутки прокладываются линии галсов, причем Белоусов, в прошлом квалифицированный штурман, придирчиво проверяет и контролирует прокладку. Эхограммы обрабатываются немедленно, и на другой планшет ложатся отметки глубин. Неожиданности начинаются сразу. На эхограммах чередуются холмы и впадины, довольно сложно изменяются глубины. Предварительная карта глубин и изобат становится все более интересной. Оказывается, далеко не такой спокойный рельеф в этой ничем не примечательной котловине. Не прекращая промера, Белоусов намечает еще один полигон внутри района исследований. Он хочет получить карту рельефа дна на наиболее сложном участке размером 20 X 20 миль и пройти его галсами, отстоящими на 2 мили один от другого.

Заканчиваются промер всего полигона и магнитные измерения. Для обработки их нужно некоторое время, а пока начинает измерения отряд Непрочнова. В распоряжении Непрочнова три вида приборов. Искровой сейсмопрофилограф «спаркер» (от английского «искрить»), эрган, или «воздушная пушка»,- это приборы для изучения строения земной коры - и донные сейсмографы для регистрации землетрясений.

Сначала на дно устанавливаются два сейсмографа. Они должны работать несколько суток, чтобы дать представительную информацию о сейсмичности, или, иными словами, частоте землетрясений, в двух разных по рельефу районах. Места их установки фиксируются плавучими сигнальными буями. Затем поочередно ведутся работы спаркером и эрганом. В морской геофизике поначалу применяли те же методы сейсмического зондирования земной коры, что и на суше. С судна через определенные промежутки времени сбрасывали небольшие заряды, которые взрывались в толще воды. Специальные приемные устройства в виде плавучих сейсмокос, где размещены чувствительные гидрофоны, улавливали отраженные от поверхностей раздела слоев земной коры сигналы и через усилители передавали на регистрирующее устройство. Затем сейсмограммы подвергались специальной обработке и по изменению скорости распространения волн, возбуждаемых взрывом, можно было судить о строении земной коры.

Работа со взрывчатыми веществами чревата опасностями, поэтому были созданы иные способы возбуждения колебаний, имитирующих взрыв. Спаркер - это разрядник, буксируемый на электрическом кабеле за судном. На него от конденсаторов периодически подается высокое напряжение (несколько тысяч вольт), и между электродами возникает сильный искровой разряд, дающий полную имитацию взрыва. Система улавливания и регистрации отраженных сигналов остается прежней. В эргане вместо электрического разряда использован воздушный пузырь, который из камеры высокого давления (100-200 атмосфер) мгновенно сбрасывается в воду. В зависимости от напряжения, подаваемого на спаркер, а также объема и давления воздуха в эргане сила такого «взрыва» может быть различной.

Геофизики работали на полигоне в течение нескольких суток и получили интереснейшие результаты.

Составлено несколько карт полигона, расположенного в центре Северо-Фиджийской котловины. В пределах этого небольшого участка дна океана удалось выделить несколько зон, заметно различающихся по рельефу дна. На севере полигона расположена широтная зона, где есть несколько хребтов и впадин, здесь сильно расчлененный рельеф. Вторая, расположенная южнее, зона мелкохолмистого рельефа не имеет значительных поднятий, холмы и разделяющие их впадины значительно меньше по размерам. Далее на юг идет зона с крупными холмами, но сильно сглаженным рельефом. В юго-западной части полигона расположена типичная аккумулятивная равнина, на которой отмечены отдельные небольшие возвышенности. Следует подчеркнуть, что эти различия в рельефе дна удалось выявить только потому, что эхолотный промер был осуществлен по равномерной и достаточно детальной системе галсов (профилей). В связи с этим мы еще раз убедились в том, что на громадных пространствах океана совершенно необходимо применять метод исследований на относительно небольших характерных участках - полигонах. Только этим методом можно получить детальные представления о строении рельефа, которые позволят затем выявить типичные особенности рельефа дна в различных тектонических областях.

На основании исследований была составлена детальная магнитная карта полигона. По ней видно, что характер магнитного поля в общем хорошо согласуется с рельефом дна. Так, крупная полосовая магнитная аномалия на севере связана с горным сооружением. Можно предполагать, что здесь некогда произошел крупный разлом земной коры и было трещинное излияние магмы. В процессе остывания расплавленного базальта произошло намагничивание части лавы, которое и зафиксировано магнитометром.

Следующей зоне мелкохолмистого рельефа соответствуют сравнительно мелкие и менее выраженные полосовые магнитные аномалии. Видимо, разрывы здесь были меньше, и весь процесс формирования океанической коры отличался слабой выраженностью.

В третьей зоне (к югу от первых двух) сглаженного крупнохолмистого рельефа выявлены магнитные аномалии эллипсоидальной формы. Это свидетельство того, что расплавленный базальт, видимо, изливался через ограниченные очаги типа отдельных вулканов. В четвертой зоне, лежащей на юго-западе полигона, располагается крупный региональный магнитный максимум. Значит, этот район - часть большой и сложной области, лежащей за пределами нашего полигона.

Сейсмические исследования также выявили неоднородность строения земной коры, связанную с историей ее формирования. В северной части полигона мощность неуплотненных осадков оказалась незначительной, а на вершинах гор и холмов рыхлые осадки вообще отсутствуют. Это свидетельствует об относительной молодости рельефа. В юго-западной части котловины, имеющей ровное дно, осадочная толща имеет горизонтально-слоистое строение и отчетливо прослеживается заполнение осадками неровностей фундамента. Склоны поднимающихся над равниной возвышенностей обычно лишены осадков, слой которых на вершинах не превышает 100 м. Наряду с этим в северной части полигона в зоне крупнохолмистого рельефа массивный фундамент залегает согласно с поверхностью дна, и слоистость осадков не прослеживается.

Глубинное сейсмическое зондирование с помощью прибора эрган в южной части полигона позволило определить соотношение мощностей пород различной плотности. Осадочный неуплотненный слой имеет мощность 150 м (скорость распространения волн здесь составила 2,1 км/сек). Мощность второго слоя достигает 500-600 м (скорость распространения волн 4,5-5,0 км/сек). Под ним лежит массивный фундамент, который дает отражение сигналов на сейсмограммах. Расшифровка записей двух донных сейсмографов позволила обнаружить резкие различия динамики земной коры на весьма ограниченном пространстве нашего полигона. В центральной части сейсмограф зарегистрировал за двое суток 10 небольших землетрясений или сейсмических толчков. В южной части полигона сейсмограф за те же двое суток зарегистрировал только один сейсмический толчок - одно небольшое землетрясение.

Таким образом, если свести все данные геофизических измерений, можно четко разделить пространство полигона на четыре зоны, различающиеся по рельефу, строению верхнего слоя земной коры, сейсмичности и распределению магнитных аномалий. Это обстоятельство важно подчеркнуть, так как только определенная система разносторонних измерений обосновала разделение небольшого, казалось бы однородного, участка дна Северо-Фиджийской котловины на четыре различных зоны.

Итак, геофизики подошли к разгадке тайны Северо-Фиджийской котловины. Здесь, видимо, проходит крупный разлом земной коры, и ранее известные данные об интенсивном тепловом потоке со дна находят свое объяснение. Можно предполагать, что вообще этот район на западе Тихого океана находится в неустойчивом состоянии и процессы, преобразующие Землю, о которых говорилось в начале главы, проявляются здесь довольно ярко.

Мне хочется обратить внимание читателей на одну особенность геофизических исследований в океане. От собственно измерений до обобщенного результата в виде карт и графиков проходит длительное время. Аппаратура для магнитных и сейсмоакустических измерений очень сложная и тонкая. При анализе записей на сейсмограммах, магнитных лентах многое зависит от опыта исследователя. В записях возникают помехи, перерывы и трудночитаемые участки. Все это необходимо точно оценить и отобрать лишь достоверные данные. Затем нужно выполнить сложные вычисления с применением ЭВМ. Лишь после всего этого начинаются сопоставления и анализ распределения тех или иных измеренных характеристик. И в самом конце этой сложной работы появляется общий результат. Все, что сказано в этой главе о полигоне в центре Северо-Фиджийской котловины,- результат сложной и большой работы наших геофизиков.

Базар на набережной Порт-Вила

День и ночь судно следует назначенными галсами, и каждые сутки ухудшается настроение «береговой» части «коллективного натуралиста». Наконец принято компромиссное решение : сделать перерыв в геофизических работах, идти к острову Эфате в Порт-Вила - административный центр кондоминиума Новые Гебриды. Такому решению немало способствовал А. Л. Тахтаджян, который получил от профессора Корнера из Англии сообщение о том, что экспедиции Королевского общества Великобритании, работающей на соседнем с Эфате острове Эроманга, уже дано распоряжение «пригласить профессора Тахтаджяна принять участие в исследованиях на некоторый срок».

Густой дождевой лес покрывает склоны холмов острова Эроманга

Население маленькой деревни на острове Эроманга приветливо встречает нашу небольшую группу

Я вспоминаю, что Армен Леонович рассказывал после возвращения из поездки в город Лаэ на Новой Гвинее об этой экспедиции. У нее обширная программа по изучению флоры и фауны Новых Гебрид. Особое внимание обращено на исследование уникальных агатисовых лесов. На острове Эроманга французская компания ведет сплошную вырубку агатиса и продает ценнейшую древесину. Агатис совершенно не подвержен гниению и широко используется в судостроении. Английские ученые считают, что нужно превратить агатисовые леса в заповедники, и экспедиция должна собрать материалы для научного обоснования такого мероприятия. В общем это не нарушает нашей программы, так как после работ на Новых Гебридах мы должны вернуться на геофизический полигон и будем работать там по крайней мере семь суток.

Геофизики сумеют за время перехода и работы на острове Эфате обработать полученные данные. Внутренние противоречия нашего «коллективного натуралиста» вновь устранены, и мы начинаем деятельную подготовку к работам на Новых Гебридах. Обсуждается подробная программа, составляется расписание работы малых плавсредств. На них претендуют геоморфологи, биологи, океанологи. Географы и этнографы формируют несколько групп для работы на суше. Особенно много забот у Погосова. Опыт высадки на Берег Маклая не прошел даром, значительно точнее известна специфика тропиков, и теперь уже никто не требует лишнего.

В Порт-Вила к нашей экспедиции должен присоединиться профессор А. Гильшер - известный французский ученый, специалист по морфологии побережий и большой знаток коралловых островов. Многие из нас знакомы с ним, встречались раньше на научных конгрессах, а однажды он приезжал в нашу страну.