История исследования грунта дна

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Российский Государственный Гидрометеорологический Университет.

Реферат

по дисциплине «История океанологических исследований»

История исследования

грунта дна

Выполнила

ст.гр. О-136

Горбушина Яна

Проверил

Санкт-Петербург

2011г.

Содержание.

1. Ведение.                                                                                                                3
2. Основная часть.                                                                                                    4
1. Период от эпохи Великих Географических открытий

до экспедиции на корвете  «Челленджер»

2. Исследования на корвете «Челленджер»                                                    5
3. Период  военных и послевоенных лет                                                        8
4. «Гломар Челленджер» и проект глубоководного бурения                       9
5. Наше время                                                                                                    13
3. Заключение                                                                                                           14
4. Приложения                                                                                                          15
5. Список использованных литературы и Интернет-ресурсов.                           16

1.Введение.

На протяжении многих тысячелетий  жители Земли пытались изучить океан  и направить его мощь себе во благо. Человек начал плавания в водах  Тихого океана и его морей в  глубочайшей древности. Задолго  до нашей эры, из Юго-Восточной Азии к островам Океании на лодках с  балансиром и катамаранах двинулись  предки нынешних полинезийцев, микронезийцев, меланезийцев.

Процесс заселения Океании  затянулся на многие столетия и завершился лишь к началу нашего тысячелетия. И  в ходе его древние мореходы прекрасно  изучили Тихий океан: его ветры, течения, обитателей вод. Жители островов Микронезии делали оригинальные карты, сплетённые из прутьев, на которых точно  указывали местонахождение островов и направление течений и ветров. Полинезийцы умели брать ориентир на звезды и строили огромные, вмещавшие  несколько сот человек, суда.

Но дно Тихого океана было неизвестно им, впрочем, так же как  и мореплавателям Эпохи великих  географических открытий, и даже океанографам прошлого и начала прошлого века. Однако, не смотря на этот факт,  известный  древнегреческий философ и учёный Аристотель в 384-321 гг. до н.э. написал  труд «Метеорология», в котором целая  глава посвящена изучению океана. В это главе учёный пишет о  распределении суши и воды, течениях в Босфоре, Дарданеллах и Керченском проливах, о глубинах некоторых морей,  в частности, он пишет, что Азовское море более мелководное, чем Чёрное.

В наше время грунт дна  Мирового океана изучает такая отрасль  океанологии, как Геология океана.  Геология океана включает все разделы  геологии, геофизики и геохимии в  применении к земной коре в области  Мирового океана. Непосредственно изучаются:

• рельеф океанского дна;
• состав и процессы образования современных осадков: стратиграфия, литология, минералогия и геохимия осадочной толщи (с использованием колонок донных отложений, получаемых грунтовыми трубками, и кернов океанского бурения), петрография магматических пород дна;
• структура слоев земной коры (методами сейсмического зондирования и непрерывного сейсмопрофилирования);
• тепловой поток через дно, гравитационные и магнитные аномалии;

и др. геофизические характеристики.

В своем реферате я расскажу о первых попытках ученых и мореплавателей в изучении грунта дна Мирового океана, группируя события по принадлежности к определенному  историческому  периоду:

1. Период от эпохи Великих Географических открытий до плавания на корвете «Челленджер»
2. Исследования на корвете «Челленджер»
3. Период  военных и послевоенных лет
4. «Гломар Челленджер» и проект глубоководного бурения

2. Основная  часть.

2.1. Период от эпохи Великих Географических открытий до экспедиции на корвете «Челленджер».

Первую попытку изучить  дно Тихого океана предпринял Фернан Магеллан.

В 1519 году португалец Фернан Магеллан возглавил экспедицию на пяти кораблях с целью открытия морского пути в Индию. Обогнув Южную Америку, Магеллан пересек океан за 99 дней, в течение которых стояла очень  тихая погода. Именно из-за  этого  он назвал океан «Эль Пасифико», т.е. Мирный (Тихий).

 По пути Магеллан  решил измерить глубину. Он  приказал опустить трос длиной  двести саженей, но лот не  достигнул дна. И тогда мореплаватель  сделал ошибочное заключение  о том, что он находится над  самой глубокой частью океана.

Вплоть до середины XIX века не удавалось точно определить глубину  Тихого океана, впрочем, как и других океанов планеты. Ибо единственным инструментом для измерения пучин  был лот — свинцовый груз, прикрепленный  к пеньковому тросу. На мелководье он давал точные результаты, но на больших  глубинах все промеры им становились  гадательными и сомнительными. И  порой исследователи получали фантастические глубины 14 и 15 километров!

С 1550-х годов многие экспедиции стали ориентироваться на то, чтобы  найти северо-восточный проход. Но многие попытки были тщетны, и большое  количество людей погибло от цинги  во время этих плаваний. Первые попытки  плавания европейцев в Северный Ледовитый  океан мало обогатили океанографию, так как преследовала определенную цель – найти северо-западный и  северо-восточный проходы в Китай  и Индию, потому что более удобный  путь вокруг мыса Доброй Надежды находился  сначала в руках португальцев, а затем голландцев. При этом следует  так же отметить, что известные  исследователи-географы того времени  писали о невозможности найти  северо-восточный проход. Подобная точка зрения господствовала в течение  почти трех столетий.

Выступая убежденным сторонником  открытия Северного морского пути, в котором он видел усиление мощи России, увеличение торгового оборота  и подчас народного благосостояния, Ломоносов в 1763 г. представил в Адмиралтейство свое известное сочинение «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного пути Сибирским океаном в Восточную  Индию». В 1764 г. Екатерина ĪĪ подписала  секретный указ о снаряжении экспедиции по отысканию северо-восточного прохода, во главе которого был поставлен  капитан Ī ранга Чичагов.

Экспедиция собрала огромный материал о природе Гренландского  моря, подтвердила открытый Ломоносовым  закон большого дрейфа, собрала ценные данные по метеорологии, произвела  наблюдения надо льдами, туманами, измерила морские глубины и собрала большое количество проб грунта дна.

В 1823-1826 гг. состоялось второе кругосветное плавание капитан-лейтенанта Коцебу вместе с физиком Ленцом на венном шлюпе «Предприятие». В этой экспедиции был применён изобретённый Ленцом батометр и глубомер с тормозом, позволяющий определить момент достижения лотом дна.

Только в 1854 году лот несколько  усовершенствовали, а спустя 16 лет  лорд Келвин, великий английский физик, догадался заменить толстый, растягивающийся  под собственной же тяжестью, пеньковый  трос стальными фортепианными струнами. С этим инструментом океанологи начали изучать глубины океана.

2.2 Исследования  на корвете «Челленджер».

Исследования отдельных  районов мирового океана и морей  привели к необходимости снаряжения большой кругосветной океанографической  экспедиции, которая смогла бы выяснить рельеф и грунт дна океанов, а  так же физические, химические и  биологические свойства океанских  вод.

Сразу три экспедиции отправились  в семидесятых годах прошлого века в Тихий океан. Немецкий корвет «Газелле» исследовал юго-восточную  часть Великого океана, а также  Коралловое, Ново-Гвинейское и Тасманово  моря. Американское судно «Тускарора»  в северо-западной части океана обнаружило глубоководную впадину, и поныне носящую его имя. А еще более  глубокий «шрам» был найден английской экспедицией на судне «Челленджер» между Каролинскими и Марианскими  островами: лот достиг здесь отметки 8145 метров. Долгое время этот глубоководный  желоб, названный в честь открывшего его судна Челленджер, считался максимальной глубиной Мирового океана.

Ученым, организовавшим экспедицию «Челленджер», был Чарлз Уайвилл  Томсон, сменивший Форбса на посту  профессора физики в Эдинбурге. Томсон впервые осуществил летние драгировочные  экспедиции на борту судов Британского  адмиралтейства; их результаты были столь  интересными, что побудили Томсона  и Королевское общество (Великобритании) обратиться к адмиралтейству с гораздо  более грандиозным проектом. Они  запросили судно, которое могло  бы проводить исследования «условий глубоководных зон океана во всех великих океанских бассейнах». Военно-морские  власти, к тому времени уяснившие  важность исследований океана, предоставили в их распоряжение военно-морское  судно «Челленджер» - корвет, на котором  в помощь парусам был установлен паровой двигатель. Для работы в  экспедиции была назначена команда  военных моряков во главе с  капитаном Джорджем С. Нэйрсом, а  Томсон подобрал научный персонал и  других гражданских работников.

Они провели работу по приспособлению уже имеющегося или конструированию  нового научного оборудования, необходимого для этой экспедиции, и создали  на борту «Челленджера» научные  лаборатории. Чтобы сделать помещения  для своих приборов и оборудования, они убрали все, за исключением двух из восемнадцати, пушки, которыми был  вооружен корвет. В числе оборудования были устройства для промеров глубины  дна, взятия образцов донных грунтов  и измерения температуры на разных глубинах; лебедки и небольшая  вспомогательная паровая машина; 144 мили промерных канатов и 12,5 мили стальных проволочных промерных  тросов; грузила, сети, драги, небольшая  библиотека, сотни разнообразных  научных приборов и спирт для  консервирования добытых экземпляров  организмов. Экспедиция, отправлявшаяся в путь после знаменитого путешествия  Чарльза Дарвина на корабле «Бигль»  и в разгар ожесточённых споров по поводу его новой эволюционной теории, естественно, привлекла внимание широких  кругов публики. Даже журнал «Панч» напутствовал «Челленджера» таким посланием  в стихах:

Поставил целью он промерить  Океан,

Смягчить, иль обуздать стихии нрав угрюмый,

Глубокое Нептуна ложе изучить...

Природы тайны все раскрыть

И возвратиться с полным фактов трюмом.

«Челленджер» вышел в  море из Портсмута 21 декабря 1872 г. и  тотчас же попал в сильный шторм. Томсон заявил, что этот шторм не дурное предзнаменование, так как  буря «пролила свет на все наши слабые места» и укрепила уверенность в  том, что экспедиция подготовлена хорошо. Научный персонал провел первую часть  плавания к Бермудским островам в  тренировках с целью практического  освоения всех видов предстоящих  работ: промеров глубины, драгирования, траления и измерения физических и химических характеристик воды и атмосферы. Судно твердо прокладывало путь, не отклоняясь от намеченного  курса благодаря паровому двигателю, гражданская и военная команды  точно выполняли в определенные сроки всю программу наблюдений: измерение полной глубины моря, температуры  на разных глубинах, изучение атмосферных  и метеорологических условий, направления  и скорости течений на поверхности  океана, а при случае и на разных глубинах. Они также поднимали  драгой со дна образцы грунтов  и горных пород, а также экземпляры растений и животных, а кроме того, отбирали пробы воды и вылавливали  мелкие морские организмы с разных глубин. Они установили, что промеры  надо было делать пеньковым тросом, так как проволока скручивалась и ломалась. К лотлиню прикреплялись  грузила, термометры и бутылки; ударяясь о дно, грузила автоматически  отделялись. За все время плавания такие работы были выполнены на 360 станциях, разбросанных над океанским  дном площадью 140 миллионов квадратных миль.

На повседневную работу затрачивалось  много труда и времени. На участках с действительно океанскими глубинами  приходилось терять не менее полутора часов на то, чтобы достигнуть дна, и гораздо больше, чтобы выбрать  лотлинь обратно.

 «Челленджер» стал  первым паровым судном, пересекшим  во время обследования самой  южной части Индийского океана  Южный полярный круг. Ученых чрезвычайно  заинтересовали айсберги, и они  даже попросили выстрелить из  пушки по одному из них, чтобы  отколоть от него кусок льда. В безуспешной попытке найти  «Землю Терминейшн» («Конечную  Землю»), о которой сообщал американский  исследователь Чарлз Уилкс, «Челленджер», проходя среди скопления айсбергов,  внезапно попал в антарктический  шторм. Наступала ночь, и скорость  ветра достигала   семидесяти   километров   в   час.    Судно    нашло    убежище  с подветренной стороны одной  из ледяных гор и благодаря  паровой машине держалось рядом  с ней. Во время неожиданного  временного затишья оно не  успело дать задний ход, врезалось  в гору, потеряв стрелу подъемного  механизма и другие части такелажа. Причиненный ущерб был незначителен, такелаж восстановили, но экипаж  провел тревожную ночь, маневрируя  судном в густом снегопаде  между двумя большими айсбергами.

Затем судно направилось  в Австралию, Новую Зеландию и  к островам Тихого океана. «Челленджер» посетил также Филиппины, Японию, Китай и острова Адмиралтейства. Двадцать третьего марта 1875 г. поблизости от Марианских островов исследователи  измерили самую большую глубину-8184 метра.

Идя переменными курсами  по Тихому океану, «Челленджер» посетил  Гавайи и остров Таити, а затем  обогнул Южную Америку, пройдя Магеллановым проливом. Далее он повернул к северу, пересёк Южную и Северную Атлантику  и наконец, 24 мая 1876г. вернулся домой, в Англию.

 За время плавания из 240 человек экипажа погибли семеро:  двое утонули, один умер от желтой лихорадки четверо от несчастных случаев и разных других причин. Несколько членов экипажа покинули судно   в   Австралии.   Остальные   вернулись и после радостной  встречи с соотечественниками, друзьями и близкими принялись за выполнение тяжелой, требующей длительного времени работы - приведение в порядок громадного количества материалов, собранных за время путешествия.

Для   подведения   итогов   и   оценки   результатов   экспедиции в Эдинбурге была создана  комиссия. Эти результаты  впоследствии публиковались в виде официального отчета, состоявшего из пятидесяти томов. Два тома содержат «краткие научные  отчёты»   два   - «описание  плавания», остальные сорок  шесть  томов представляют собой монографии, написанные ведущими учёными времени, в том числе Т. Г. Гексли   Александром Агассисом   Г.Н.   Мозли и немецким биологом Эрнстом  Геккелем. Самыми выдающимися из официальных отчетов были монографии  Геккеля,  посвященные описанию  некоторых  морских организмов,   которые  до   этого   были   сравнительно   слабо   изучены   Одна из самых интересных работ касается радиолярий – экспедиция обнаружила 3508 новых видов этих форм в дополнение к известным ранее шестистам.

Чтобы представить себе ценность научных результатов, достигнутых  во время плавания «Челленджера», следует  вспомнить, что оно происходило  в то время, когда каждая новая  находка какого-нибудь организма  была долгожданной находкой – ее надо было поставить на соответствующее  место в схеме эволюции жизни  на Земле. Экспедицией «Челленджера»  были впервые обнаружены 715 новых  родов и 4417 новых видов живых  существ. Оказалось, что океаны изобилуют  неизвестными доселе организмами, «ожидающими», чтобы их классифицировали. Исследования «Челленджера» бесспорно доказали, что в море на больших глубинах существует жизнь. Этим путешествием в  океанографии была открыта эра описательных исследований, на смену которой в  нашем столетии пришла эпоха аналитической  океанографии.

Заключительные тома, в  которых подводились итоги экспедиции, были написаны Джоном Мёрреем, возглавившим комиссию после того, как Томсон, изнуренный морским плаванием, скончался  в 1882 г. Комментарии и теории Мёррея оказали большое влияние на развитие океанографии. Он, например, выдвинул идею о том, что в Арктике и Антарктике живут сходные организмы и  что в более умеренных зонах  они не встречаются. В настоящее  время от этой теории «биполярности» ученые полностью отказались, но в  свое время она стимулировала  исследовательскую работу. Мёррей в  отличие от ученых, которые ожидали  и надеялись, что в глубоководных  частях морей существует древнейшая фауна, считал, что хотя там и был  найден ряд очень древних видов, широкого распространения древнейшей фауны на этих участках не наблюдается. Мёррей полагал, что, начиная с глубины  около 180 метров ниже уровня моря, донные осадки и фауна по мере увеличения глубины становятся все более  однородными, пока глубина не достигнет  такого уровня, ниже которого во всех частях океана имеют место почти одинаковые условия. Он говорил: «Как только животные организмы сумели приспособиться к  глубинным условиям, для дальнейшей горизонтальной и вертикальной миграции осталось всего лишь несколько барьеров».

В результате исследований экспедиции было установлено, что формы  живой материи, «наблюдавшейся»  Гексли и описанной Геккелем, не существует. На основании изучения законсервированных образцов животных, поднятых драгой в проведенных ранее, еще до плавания «Челленджера», экспедициях, Геккель сделал вывод, что все  дно океана, или по крайней мере его подавляющая часть, покрыто  тонким слоем почти бесформенной живой слизи, которую он назвал «батибиус». Во времена, когда еще остро обсуждались  теории Дарвина, «батибиус» был с  радостью принят как живой пример первозданной протоплазмы. Ученые на «Челленджере» безуспешно искали его на дне океанов и, в конце концов разрешили эту загадку: оказывается, в ранее собранных образцах грунта в результате реакции между спиртом, в котором были законсервированы образцы, и содержащейся в них морской водой получилось новое соединение – аморфный осадок сульфата кальция. Это и был «батибиус» Геккеля.

Экспедиция на «Челленджере»  собрала тысячи других материалов, явившихся ценным вкладом в ряд  наук: метеорологию, гидрографию, физику и химию морской воды, ботанику, зоологию, географию, геологию, петрологию. Составленная Мёрреем на основе материалов, собранных во всем мире, карта распространения  илов и других донных осадков была лишь незначительно изменена в результате многочисленных дальнейших исследований. Группа ученых «Челленджера» усовершенствовала  Метод «подвешивания компаса» для  получения точных отчетов магнитного азимута. В результате экспедиции были четко установлены в главных  чертах контуры океанских бассейнов  и развеян миф о затонувшем материке Атлантиде. Впервые была составлена систематическая схема течений  и распределения температур в  океане и установлено, что в каждой зоне во все сезоны температура остается примерно постоянной. Достижения экспедиции на  «Челленджере»  были   поразительны – был преодолён барьер неизвестного и исследован мир больших глубин. Плавание «Челленджера» в известном  смысле дало ответ на вопрос Экклезиаста,   повторявшийся,   как   эхо,   на  протяжении   многих столетий: «Что находится очень далеко и  чрезвычайно глубоко – кто  может это постичь?».

2.3 Период  военных и после военных лет.

Подлинную революцию в  океанологии произвело изобретение  эхолота. Впервые его применили  на американском судне «Карнеги»  при изучении дна Тихого океана в 1909 году. Звуковой сигнал посылался  в воду, достигал дна, отражался от него и улавливался на корабле. Зная скорость распространения звука  в воде, легко было вычислить глубину, на которой находится дно, — и  вся процедура измерения занимала не часы, а считанные минуты.