Включает в себя все моря и океаны Земли. Он занимает около 70% поверхности планеты, в нем находится 96% всей воды на планете. Мировой океан состоит из четырех океанов: Тихого, Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого.
Размеры океанов Тихий — 179 млн. км2, Атлантический-91.6 млн. км2 Индийский — 76,2 млн. км2, Северный Ледовитый — 14,75 млн. км2
Границы между океанами, а также границы морей внутри океанов проводятся достаточно условно. Они определяются участками суши, разграничивающими водное пространство, внутренними течениями, разницей в температуре и солености.
Моря выделяют внутренние и окраинные. Внутренние моря достаточно глубоко вдаются в сушу (например, Средиземное), а окраинные прилегают к суше одним краем (например, Северное, Японское).
Тихий океан
Тихий — самый большой из океанов Он расположен и в северном, и в южном полушариях. На востоке его границей является побережье Северной и , на западе — побережье и , на юге — Антарктиды Ему принадлежат 20 морей и более 10 000 островов.
Поскольку Тихий океан захватывает почти все , кроме самых холодных,
он отличается разнообразием климата. над океаном колеблется от +30°
до -60° С. В тропическом поясе образуются пассаты, севернее, у берегов Азии и России нередки муссоны.
Основные течения Тихого океана замкнуты в круги. В северном полушарии круг образован Северным пассатным, Северо-Тихоокеанским и Калифорнийским течениями, которые направлены по часовой стрелке. В южном полушарии круг течений направлен против часовой стрелки и состоит из Южного пассатного, Восточно-Австралийского, Перуанского и течения Западных Ветров
Тихий океан расположен на Тихоокеанской . Его дно неоднородно, существуют подземные равнины, горы и хребты. На территории океана находится Марианская впадина — самая глубока точка Мирового океана, глубина ее 11 км 22 м.
Температура воды в Атлантическом океане колеблется от -1 °С до + 26 °С, средняя температура воды +16°С.
Средняя соленость Атлантического океана 35%о.
Органический мир Атлантического океана отличается богатством зеленых растений, планктона.
Индийский океан
Большая часть Индийского океана расположена в теплых широтах, здесь господствуют влажные муссоны, определяющие климат и восточноазиатских стран. Южный край Индийского океана резко отличается холодным .
Течения Индийского океана меняют направление в зависимости от направления муссонов. Самые значительные течения — Муссонное, Пассатное и .
Индийский океан отличается разнообразным рельефом, существует несколько хребтов, между которыми расположены относительно глубокие котловины. Глубочайшая точка Индийского океана — Яванская впадина, 7 км 709 м.
Температура воды в Индийском океане колеблется от -1°С у берегов Антарктиды до +30°С у экватора, средняя температура воды +18°С.
Средняя соленость Индийского океана 35%о.
Северный ледовитый океан
Большая часть Северного ледовитого океана покрыта толщей льда — зимой это почти 90% поверхности океана. Только у берегов лед примерзает к суше, большая же часть льда дрейфует. Дрейфующий лед носит название «пак».
Океан полностью расположен в северных широтах, отличается холодным климатом.
В Северном ледовитом океане наблюдается ряд крупных течений: вдоль севера России проходит трансарктическое течение, в результате взаимодействия с более теплыми водами Атлантического океана рождается Норвежское течение.
Рельеф Северного Ледовитого океана отличается развитым шельфом, особенно у берегов Евразии.
Вода подо льдом всегда имеет отрицательную температуру: -1,5 — -1°С. Летом вода в морях Северного ледовитого океана достигает +5 — +7 °С. Соленость воды океана значительно снижается летом из-за таяния льдов и, это касается евразийской части океана, полноводных сибирских рек. Так зимой соленость в разных частях 31-34% о, летом у берегов Сибири может быть до 20%о.
гидросферы (водной оболочки Земли), занимающая подавляющую ее часть (более $90\%$) и представляющая собой совокупность водных объектов (океанов, морей, заливов, проливов и т.д.), омывающих участки суши (материки, полуострова, острова и т.д.).
Площадь Мирового океана составляет порядка $70\%$ планеты Земля, что превосходит площадь всей суши более чем в $2$ раза.
Мировой океан, как основная часть гидросферы, представляет собой особую составляющую – океаносферу, которая является объектом изучения науки океанологии. Благодаря данной научной дисциплине в настоящее время известны компонентный, а также физико-химический составы Мирового океана. Рассмотрим подробнее компонентный состав Мирового океана.
Мировой океан компонентно можно разделить на основные составляющие его самостоятельные крупные части, сообщающиеся между собой – океаны. В России, на основании установленной классификации, произведено выделение четырех отдельных океанов из состава Мирового океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. В некоторых зарубежных странах, помимо указанных четырех океанов, выделяют также пятый – Южный (или Южный Ледовитый), в который объединяют воды южных частей Тихого, Атлантического и Индийского океанов, окружающие Антарктиду. Однако, ввиду неопределенности границ данный океан в российской классификации океанов не выделяется.
Моря
В свою очередь в компонентный состав океанов входят моря, заливы, проливы.
Определение 2
Море - это часть океана, ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна и отличающаяся от соседних объектов физико-химическими, экологическими и иными условиями, а также характерными гидрологическими особенностями.
По морфологическим и гидрологическим особенностям моря подразделяют на окраинные, средиземные и межостровные.
Окраинные моря расположены на подводных окраинах материков, шельфовой зоны, в переходных зонах и разделяются от океана островами, архипелагами, полуостровами или подводными порогами.
Моря, которые приурочены к материковым отмелям, мелководны. Например, Желтое море обладает максимальной глубиной равной $106$ метров, а те моря, которые расположены в, так называемых, переходных зонах, характеризуются глубинами до $4 \ 000$ метров – Охотское, Берингово и так далее.
Вода окраинных морей по физико-химическому составу практически ни чем не отличаются от открытых вод океанов, потому как эти моря имеют обширный фронт соединения с океанами.
Определение 3
Средиземными называют моря, которые глубоко врезаются в сушу и соединяются с водами океанов одним или несколькими небольшими проливами. Данная особенность средиземных морей, объясняет затрудненность их водообмена с водами океанов, что формирует особый гидрологический режим этих морей. К средиземным морям относятся Средиземное, Черное, Азовское, Красное и другие моря. Средиземные моря в свою очередь подразделяются на межматериковые и внутриматериковые.
Межостровные моря отделяются от океанов островами или архипелагами, состоящими из колец отдельных островов или островными дугами. К подобным морям относятся Филиппинское море, море Фиджи, море Банда, и другие. К межостровным морям также относится и Саргассово море, которое не имеет определенно установленных и выраженных границ, но обладающее ярко выраженным и специфическим гидрологическим режимом и особыми видами морской флоры и фауны.
Заливы и проливы
Определение 4
Залив – это часть океана или моря, вдающаяся в сушу, но не отделенная от него подводным порогом.
В зависимости от характера происхождения, гидрогеологических особенностей, форм береговой линии, формы, а также приуроченности к определенному региону или стране, заливы подразделяются на: фьерды, бухты, лагуны, лиманы, губы, эстуарии, гавани и другие. Самым большим по площади признан Гвинейский залив, омывающий побережье стран Центральной и Западной Африки.
В свою очередь, океаны, моря и заливы соединяются межу собой сравнительно узкими частями океана или моря, которые разделяют материки или острова - проливами. Проливам присущ свой особый гидрологический режим, особая система течений. Самым широким и глубоким проливом считается пролив Дрейка, разделяющий Южную Америку и Антарктиду. Его средняя ширина составляет 986 километров, а глубина более 3000 метров.
Физико-химический состав вод Мирового океана
Морская вода представляет собой сильно разбавленный раствор минеральных солей, разнообразных газов и органического вещества, содержащего в своем составе взвеси как органического так и неорганического происхождения.
В морской воде постоянно протекают череда физико-химических, эколого-биологических процессов, которые оказывают непосредственное влияние на изменение общего состава концентрации раствора. На состав и концентрацию минеральных и органических веществ в океанической воде оказывают активное воздействие притоки пресных вод, впадающих в океаны, испарение воды с поверхности океана, выпадение на поверхность Мирового океана атмосферных осадков, процессы образования и таяния льда.
Замечание 1
Некоторые процессы, такие как деятельность морских организмов, образование и распад донных отложений, направлены на изменение содержания и концентрации в воде твердых веществ и, как следствие, на изменение соотношения между ними. Дыхание живых организмов, процесс фотосинтеза и деятельность бактерий оказывают воздействие на изменение концентрации в воде растворенных газов. Несмотря на это, все указанные процессы не нарушают концентрацию солевого состава вод в отношении главных элементов, входящих в раствор.
Соли и другие растворенные в воде минеральные и органические вещества находятся преимущественно в виде ионов. Состав солей разнообразен, в океанической воде встречаются практически все химические элементы, однако основную массу составляют следующие ионы:
- $Na^+$
- $SO_4$
- $Mg_2^+$
- $Ca_2^+$
- $HCO_3, \ CO$
- $H2_BO_3$
В наибольших концентрациях в морских водах содержится хлор – $1,9\%$, натрий – $1,06\%$, магний – $0,13\%$, сера – $0,088\%$, кальций – $0,040\%$, калий – $0,038\%$, бром – $0,0065\%$, углерод – $0,003\%$. Содержание иных элементов является незначительным и составляет порядка $0,05\%.$
Общая масса растворенного в Мировом океане вещества составляет более $50000$ т.
В водах и на дне Мирового океана были обнаружены драгоценные металлы, однако концентрация их незначительна и соответственно добыча их нерентабельна. Океаническая вода по своему химическому составу разительно отличается от состава вод суши.
Концентрация солей и солевой состав в различных частях Мирового океана неоднородна, однако наибольшие различия показателей солености наблюдаются в поверхностных слоях океана, что объясняется подверженности влияния различных внешних факторов.
Основным фактором, вносящим коррективы в концентрацию солей вод Мирового океана являются атмосферные осадки и испарение с поверхности воды. Наименьшие показатели солености на поверхности Мирового океана наблюдаются в высоких широтах, так как данные регионы обладают превышением осадков над испарением, значительным речным стоком и таянием плавучих льдов. Приближаясь к зоне тропиков уровень соленость возрастает. В экваториальных широтах число атмосферных осадков возрастает, и соленость здесь вновь уменьшается. Распределение солености по вертикали различно в разных широтных зонах, однако глубже $1500$ метров, соленость остается практически постоянной и не зависит от широты.
Замечание 2
Также, помимо солености, одним из основных физических свойств морской воды является ее прозрачность. Под прозрачностью воды понимают ту глубину, на которой белый диск Секки диаметром $30$ сантиметров перестает быть видимым невооруженным глазом. Прозрачность вод зависит, как правило, от содержания в воде взвешенных частиц различного происхождения.
Цвет или цветность вод во многом зависит также от концентрации в воде взвешенных частиц, растворенных газов, прочих примесей. Цвет способен изменяться от голубых, бирюзовых и синих оттенков в чистых тропических водах до сине-зеленых и зеленоватых и желтоватых оттенков в прибрежных водах.
Несмотря на то, что человечество — вот уже на протяжении многих тысячелетий уделяет Мировому океану самое пристальное внимание, многие тайны океана остаются неразгаданными. Считается, что на сегодняшний день он изучен лишь на десять процентов. Не удивительно, что о нем рассказывают самые невероятные истории и мифы, а сказания о легендарной Атлантиде на дне океана до сих пор будоражат умы.
Мировым океаном называют непрерывную, но не сплошную водную оболочку планеты, в состав которой входят растворённые соли и минералы, выносимые впадающими в них реками с глубин нашей планеты. Мировой океан занимает 71% земной поверхности (приблизительно 361 млн.м2), а потому площади океанов расположены на 95% гидросферы планеты. Мировой океан чрезвычайно плотно связан с сушей, между ними всё время происходит обмен различными веществами, энергией (например, теплом/холодом), а немаловажная роль в этом взаимодействии отводится круговороту воды в природе.
Прототипом современного океана, согласно общепринятой теории, является Панталасса, который был образован на нашей планете около 444 млн. лет назад и был разделён на части около 252 млн. лет, когда литосферные плиты, расположенные под материком Пангея, постепенно начали удаляться друг от друга, разбив материк на несколько частей.
Интересно, что многие океанографы до сих пор окончательно не определились, сколько в действительности существует океанов. Сначала учёные выделили два, затем – три. В середине прошлого века сошлись на том, что Мировой океан состоит из четырёх частей, но вначале XXI ст. Международное гидрогеографическое бюро выделило пятый, Южный, с наличием которого на данный момент соглашаются не все.
Из чего состоит гидросфера
Таким образом, известные нам океаны – это части Мирового океана, расположенные между континентами и архипелагами. Они постоянно обмениваются между собой водными массами, а некоторые течения охватывают целых три океана подряд. Например, холодное течение Западных Ветров, несущее свои воды недалеко от Антарктиды, подчиняясь ветрам, которые дуют с запада на восток, не встречает на своём пути крупных участков суши, а потому полностью огибает планету, соединяя воды Индийского, Тихого и Атлантического океанов.
Океанографы выделяют следующие океаны (они же части Мирового океана):
- Тихий. Самый большой океан занимает площадь 178,68 млн. км2, при этом средняя глубина океана достигает почти четырёх километров, а водная поверхность имеет самую высокую среднюю температуру океана – плюс 19,4°С. Интересно, что именно здесь расположена самая глубокая точка Земли – Марианский жёлоб, глубина которого превышает 11 км. Здесь находится самая высокая подводная гора мира – вулкан Мауна-Кеа: несмотря на то, что он возвышается над океаном на 4 тыс. м, его высота от океанического дна превышает 10 км, будучи почти на 2 км выше Эвереста.
- Атлантический. Имеет вытянутую форму, тянется с севера на юг, его площадь составляет 91,66 млн. км2, средняя глубина океана – 3,5 км, а самой глубокой точкой является Жёлоб Пуэрто-Рико с глубиной более 8,7 км. Именно здесь протекает самое мощное тёплое течение мира, Гольфстрим, а также находится одно из самых загадочных и таинственных мест планеты, Бермудский треугольник.
- Индийский. Площадь – 76,17 млн.км2, а средняя глубина превышает 3,7 км (наиболее глубокой его точкой является Яванская впадина глубиной более 7,2 км).
- Северный Ледовитый. Площадь – 14,75 млн. км2, а средняя глубина – около 1,2 км, при этом самая большая глубина океана была зафиксирована в Гренландском море и немного превышает 5,5 км. Что касается средней температуры воды на поверхности, то она составляет +1°С.
- 5. Южный (Антарктический). Весной 2000 г. было принято решение в районе Антарктиды выделить отдельный океан между 35° ю. ш. (ориентируясь на признаки циркуляции воды и атмосферы) до 60° ю. ш. (ориентируясь по форме рельефа дна). Официально его размеры составляют 20,327 млн. км2 – именно эту площадь надо отнять в вышеприведённых данных трёх океанов, Тихого, Атлантического и Индийского. Что касается средней глубины Южного, то она составляет около 3,5 км, а самым глубоким местом является жёлоб Южно-Сандвичев – его глубина около 8,5 км.
Моря, заливы и проливы
Мировые океаны возле побережья делятся на моря, заливы, проливы. Прямое сообщение с ними имеет залив – часть океана, которая глубоко не впадает в сушу, и всегда имеет общие с ним воды.
А вот моря могут находиться на расстоянии нескольких тысяч километров, быть окружёнными с трёх сторон сушей, но одна сторона у них всегда открыта и соединена с океаном проливами, заливами, другими морями. Моря и океаны всегда связаны между собой, если этого сообщения нет, каких бы огромных размеров не был бы водоём и какой бы солёностью не обладал, он считается озером.
Океаническое дно
Дно Мирового океана являет собой поверхность литосферной плиты, на котором находятся воды Мирового океана. Подводный рельеф дна чрезвычайно разнообразен: здесь расположены высокие горные цепи, холмы, глубокие ущелья, жёлоба, долины, плато. При этом дно океана состоит из нескольких частей, соединяющие самые глубокие участки мировых океанов с сушей.
Участок, отделяющий берега океана от воды, называют отмелью (шельфом), для рельефа которого характерно общее геологическое строение с сушей. Протяжённость шельфа дна составляет около 150 метров, после чего он начинает резкий спуск к материковому склону, глубина которого в основном составляет от 100 до 200 м, но иногда может достигать 1,5 км, как возле побережья Новой Зеландии.
По своему рельефу и геологическому строению материковый склон, протяжённость дна которого составляет от трёх до четырёх километров, является продолжением суши. Интересно, что на нём расположено немало подводных ущелий и желобов, средняя глубина которых составляет около восьми километров, а в местах, где океаническая плита уходит под материковую, может превышать и десять.
Между материковым склоном и ложем расположено материковое подножье (правда, не везде: самый большой океан Земли, Тихий, на некоторых своих участках его не имеет). Для континентального основания характерен холмистый рельеф, а его протяжённость составляет около 3,5 км.
Океаническое ложе расположено на глубине от 3,5 до 6 км. Для рельефа дна характерны глубокие ущелья, срединно-океанические хребты, возвышенности и подводные плато. Большая часть рельефа дна состоит из абиссальных равнин, расположенных на глубине около пяти километров, где находится огромное количество действующих или потухших вулканов.
Для рельефа дна всех Мировых океанов характерно то, что в его центральной части, на стыке литосферных плит расположены срединно-океанические хребты. Самой длинной подводной горной цепью является Срединно-Атлантический хребет протяжённостью в 20 тыс. км (начинается он недалеко от побережья Исландии и заканчивается возле острова Буве, что находится посередине Африки и Антарктиды).
Поскольку горы эти молодые, в районе хребта фиксируются постоянные землетрясения и извержения вулканов, а в некоторых местах, образовывая острова, его вершины возвышаются над поверхностью воды.
Так как горы обладают достаточно большим весом, дно океана под ними прогибается, и рельеф постепенно начинает понижаться от трёх до шести тысяч метров, переходя в глубоководную котловину, дно которой состоит из базальта и осадочных пород.
Флора и фауна
Природа океана поражает: в его акватории обитает около семидесяти форм от всех существующих форм жизни на нашей планете, причём учёные постоянно открывают новые виды не только мелких, но и крупных размеров. Растительный мир представлен различного типа водорослями, некоторые из них способны жить только у поверхности воды, некоторые – на довольно большой глубине.
Что касается представителей фауны, то большинство проживает в тропических и субтропических широтах, а одним из наиболее населённых мест является Большой Барьерный Риф, расположенный у побережья Австралии. Среди обитателей океана здесь встречаются такие представители животного мира, как рыбы, планктон, кораллы, морские черви, ракообразные, китообразные, головоногие (кальмары, осьминоги), а на побережье обитает немало птиц.
Наиболее бедна природа океана Северного Ледовитого и Арктики – в этом виноваты суровые климатические условия.
В холодных водах нашей планеты насчитывается более ста промысловых видов рыб, а также встречаются млекопитающие, приспособленные для жизни в суровых условиях: тюлени, моржи, киты, а к условиям Южного идеально приспособились, живущие на побережье морские птицы пингвины.
Экология
Учёные подсчитали, что ежегодный вес сбрасываемого мусора в Мировой океан планеты в три раза превышает рыбный улов. Загрязнение океана дошло до того, что в северной части Тихого океана плавает самый настоящий мусорный континент, состоящий из нескольких сотен миллионов тон отходов, большая часть которых относится к пластиковой продукции. Пластик опасен тем, что под действием солнечных лучей распадается на части, сохраняя полимерную структуру, и по форме напоминая зоопланктон – в результате обманутые рыбы и медузы путают его с пищей, проглатывают, после чего гибнут.
Загрязнению океана способствуют загрязнённые различными примесями сточные воды, а также реки, несущие с собой такие загрязнители, как нефть, удобрения (среди них – инсектициды и гербициды), которые негативно влияют на природу океана и способствуют её гибели. Участившиеся аварии танкеров, перевозящие нефть, токсические и даже радиоактивные отходы, вызывают экологические катастрофы, на ликвидацию последствий которых уходит не один год.
Несмотря на то, что различные экологические организации пытаются исправить ситуацию, предпринимая для этого довольно-таки неимоверные усилия, успехи их лишь локальны: загрязнение океана продолжается в геометрической прогрессии, а активный рост промышленности говорит о том, что в ближайшее время в океанические воды поступит огромное количество вредных веществ.
М. Г.
Деев
,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Земля во многих отношениях уникальная планета, но, пожалуй, самое удивительное на ней - наличие большого количества жидкой воды. Водяной пар и лед можно найти на других планетах, в астероидах и метеоритах, но жидкая вода есть только на Земле. Особенность жидкой фазы воды заключается в том, что она может существовать лишь в очень узком диапазоне температур - от 0 до 100 °С, и такие температурные условия сохраняются продолжительное время только на Земле. Именно присутствие жидкой воды сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле в ее современных формах. Самым большим хранилищем воды является Мировой океан, который, как показывают данные палеогеографии, никогда полностью не замерзал и не испарялся.
Приведем определение этого интересного географического объекта, данное в одной из последних работ известного океанолога академика А.С. Монина: «Мировой океан - непрерывно распределенная по поверхности Земли (на площади, охватывающей около 71%) и ограниченная снизу и с боков причудливой формой рельефа дна и береговой линией континентов толща соленой воды с массой 1377·10 6 гигатонн, имеющая среднюю глубину около 3800 метров, с многочисленными разбросанными на ее поверхности островами, и разнообразной формой жизни в ее глубинах».
После первого знакомства с океаном вполне естественно возникает желание знать, когда и как он образовался, всегда ли был таким, каким мы его знаем сегодня, и как эволюционировал на протяжении истории Земли? Вопрос тем более интересен, что историю формирования и развития материков и всей нашей планеты можно понять только в том случае, если хорошо известна история возникновения и дальнейшей эволюции Мирового океана. Следует заметить, что история океана весьма сложна, во многом еще недостаточно изучена и пока не может быть истолкована однозначно. Поэтому далее будут приведены наиболее широко распространенные, но иногда требующие дополнительных подтверждений научные представления по интересующему нас предмету.
Прежде всего, зададимся вопросом о времени появления жидкой воды, о том, как быстро это произошло после образования самой планеты. В настоящее время считается, что образование Земли началось 4,6 млрд лет назад. Согласно некоторым гипотезам, промежуточной стадией формирования планет из межзвездной пыли и газов считается образование так называемых планетезималей - твердых и крупных (до нескольких сотен километров в поперечнике) тел, последующее скопление и объединение которых становится процессом аккреции уже непосредственно планеты. По геологическим меркам, Земля сформировалась очень быстро, примерно за первые сто миллионов лет своей истории достигнув 93-95% сегодняшней массы. Наиболее вероятно, что первоначально Земля не имела атмосферы и гидросферы, а ее поверхность непрерывно изменялась в результате интенсивной метеоритной бомбардировки.
Образование планеты сопровождалось сильным гравитационным сжатием и выделением столь большого количества тепла, что первые сотни миллионов лет у поверхности Земли существовал магматический океан, или расплавленная первичная астеносфера. Так как в расплаве (магме) находились вещества разные по составу и плотности, началась гравитационная дифференциация. При этом более плотные вещества (тяжелые металлы) погружались, образуя металлическое (железное) ядро планеты, а менее плотные (силикаты) всплывали, постепенно создавая мантию и литосферу. Дифференциация сопровождалась дегазацией мантийного вещест-ва, при которой легко кипящие фракции переходили в газообразное состояние и, выходя на поверхность, формировали первичную плотную и горячую атмосферу Земли. Наиболее вероятно, что вначале атмосфера состояла из углекислого газа (СО 2), аммиака (NH 3 ), возможно также сернистого водорода (H 2 S) и хлористого водорода (HCl), но главное, в ней появился водяной пар, количество которого постепенно увеличивалось и, по некоторым оценкам, могло достигать величины порядка 10 21 кг, что составляет около 70% массы современной гидросферы Земли.
Постепенное истощение источников внутреннего тепла Земли привело к остыванию и кристаллизации магмы с последующим образованием первичной твердой земной коры. Дальнейшее остывание верхних слоев планеты и понижение температуры ниже точки кипения неизбежно вызвало конденсацию водяного пара и тем самым появление жидкой фазы воды. Можно полагать, что озера первичной гидросферы на поверхности молодой планеты неоднократно испарялись и появлялись вновь, пока не установился температурный режим, в среднем повсеместно допускавший существование жидкой воды. Когда это могло произойти?
Самые древние (из известных сегодня) горные породы найдены в Западной Австралии, их возраст оценивается в 4,2-4,0 млрд лет. Большое внимание привлекли извлеченные из них зерна минерала циркона (химическая формула ZrSiO 4 , часто радиоактивен). Изотопный анализ древнейших цирконов показал повышенное содержание тяжелого изотопа кислорода 18 О, характерное для жидкой воды. Это служит косвенным доказательством того, что эти минералы образовались в присутствии жидкой воды. В тех же западноавстралийских цирконах оказалось аномальное содержание еще некоторых изотопов, свидетельствующее о земном (не метеоритном) происхождении минералов.
Помимо косвенных получены и прямые доказательства существования жидкой воды. В горных породах возрастом 3,9-3,8 млрд лет, найденных в юго-западном районе Гренландии, обнаружены железистые кварциты водного происхождения, что позволяет предположить существование жидкой воды в этом районе на 200-300 млн лет ранее указанного времени. Таким образом, гидросфера Земли начала формироваться не позднее 4 млрд лет тому назад при постепенном остывании поверхности планеты и конденсации водяного пара первичной атмосферы. Первые, еще весьма мелководные, моря будущего Мирового океана заполняли впадины застывшего рельефа, разрастались, сливались с соседними водными бассейнами.
Полагают, что первичная земная кора, которая выплавлялась из мантии, состояла из пород, близких по своему составу к базальтам. Во всяком случае, первичная кора имела основной или ультраосновной состав, то есть была идентичной современной земной коре океанического типа. Протоконтинентальная кора начала формироваться почти в то же время, но занимала значительно меньшие площади. Ее первые острова расчленяли неглубокий первичный океан на отдельные бассейны.
Собрано большое число подтверждений существования океана в ранние геологические эпохи. Одним из первых обоснованные предположения о возрасте и эволюции Мирового океана высказал в 1901 г.австрийский геолог Эдуард Зюсс. В основе его рассуждений лежала смелая гипотеза о том, что привычное расположение материков и океанов на поверхности Земли не было незыблемым и постоянным в геологическом прошлом. По заключению Зюсса, в позднем палеозое - раннем мезозое (порядка 350 млн лет тому назад) существовал мегаконтинент Гондвана, в котором слились фрагменты Африки, Индостана, Южной Америки, Австралии и Антарктиды. Спустя четырнадцать лет немецкий геофизик Альфред Вегенер, развивая гипотезу Зюсса, предложил теорию дрейфа континентов. Он считал, что Гондвана Зюсса была частью еще более крупного суперконтинента Пангеи, окруженного сплошным кольцом океанических вод. Постепенно появлялись данные о том, что Атлантический и Индийский океаны с геологической точки зрения молоды, а Тихий океан значительно более древний. Согласно палеомагнитным данным, древние океаны шириной до 3,5 тыс. км существовали в палеозое (400-500 млн лет тому назад), а еще более широкие, до 5 тыс. км, - в раннем протерозое (1,7-2,5 млрд лет тому назад).
Реликтами земной коры океанического типа считаются офиолиты - особый комплекс интрузивных, эффузивных и осадочных пород, широкое распространение которых в том или ином районе свидетельствует о существовании древнего океана. Найдены офиолиты раннепротерозойского и даже архейского (3-4 млрд лет) возраста.
Первоначально древние океаны были мелководными, но вместе с постепенным увеличением объема жидкой воды глубины возрастали - от 150-700 мв архее до 2900 м в среднем протерозое (1,2 млрд лет). Воды Мирового океана достигли объема близкого к современному приблизительно к началу кембрийского периода, около 570 млн лет назад, а в дальнейшем пополнялись в процессе продолжавшейся дегазации мантии во время вулканиче-ских извержений (в особенности подводного вулканизма) и перераспределялись между отдельными океанами.
Итак, первые бассейны, наполненные жидкой водой, появились на Земле не позднее 4 млрд лет тому назад. С тех пор температурные условия на поверхности Земли в среднем всегда находились в пределах существования жидкой воды, иными словами, океан никогда полностью не исчезал. Это важно отметить, так как далее предстоит разрешить любопытный парадокс. Дело в том, что на дне современных океанов нигде не найдено не только осадочных пород с возрастом более 170 млн лет, но и коренные породы океанического дна оказались с геологической точки зрения удивительно «молодыми».
Несоответствие между возрастом Мирового океана, соизмеримым с возрастом Земли, и молодостью океанического дна объясняется с позиций теории новой глобальной тектоники. Согласно ее положениям, земная кора не есть единая твердая и неизменная оболочка земного шара, а представляет собой своеобразную мозаику из нескольких жестких литосферных плит площадью в десятки миллионов квадратных километров, находящихся на плаву в вязкой астеносфере и непрерывно испытывающих вполне упорядоченные горизонтальные перемещения. Объясним кажущийся временной парадокс на примере Атлантического океана.
Через центральную часть океана с севера на юг простирается срединно-океанический хребет. В осевой части хребта располагается рифтовая долина, по которой проходит граница между соседними литосферными плитами: Американской - к западу от хребта, Африканской и Евразийской - к востоку. Рифтовая долина есть зона спрединга, или раздвижения, плит. Под ней происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, формирование из него новых участков океанической коры и их перемещение в обе стороны от хребта. Скорость раздвижения литосферных плит составляет единицы сантиметров в год. По сторонам рифтовой долины расположены самые молодые участки океанического дна. С удалением от хребта возраст донных осадков постепенно увеличивается и достигает наибольших значений в прибрежных зонах океана. Достигнув берега, океаническая часть плиты «ныряет» под нависающий край континента, происходит ее поддвиг под соседнюю плиту и погружение в мантию. Таким образом, возраст океанического дна зависит от расстояния между рифтовой зоной (осью спрединга) и областью погружения (называемой зоной субдукции), а также от скорости горизонтального перемещения плит.
Механизм, приводящий в движение литосферные плиты, объясняется следующим образом. Конвекция, возбуждаемая внутренним теплом Земли, порождает в мантии конвективные ячейки. Под зонами спрединга находятся восходящие ветви, в зонах субдукции -нисходящие, в промежутке - горизонтальные ветви конвективных ячеек. Горизонтальные размеры ячеек соответствуют расстояниям между зонами спрединга и субдукции, вертикальные составляют в современную геологическую эпоху около 400 км.
Интересно, что базальты, кристаллизующиеся из расплава в рифтовой зоне, одновременно намагничиваются в магнитном поле Земли и впоследствии сохраняют свои магнитные свойства. Это позволяет, сравнивая магнитные характеристики образца базальта с соответствующими характеристиками современного магнитного поля, определять возраст разных участков океанического дна.
Считается, что тектоника литосферных плит начала действовать не позднее 3,5-3,0 млрд лет назад, но размеры плит были меньше, а число их больше. Современные черты динамики этот механизм приобрел в начале позднего протерозоя (около одного миллиарда лет назад). Теперь можно в общих чертах проследить, как менялись очертания океанов и континентов на поверхности Земли.
Первые структуры континентов возникли около 3 млрд лет назад. На рубеже архея и протерозоя (2,5 млрд лет тому назад) горизонтальные перемещения литосферных плит привели к сближению и постепенному слиянию древних материков, что привело к формированию первого суперконтинента Пангеи, окруженного единым океаном Панталассом. Названия даны по старой научной традиции использования грече-ского языка: пан - всеобщий, гео - земля, таласс - океан. Примерно через 300-500 млн лет Пангея раздробилась на обособленные континенты, между которыми возникли океанские бассейны. В дальнейшей истории Земли подобная компактная группировка материков в единый континент возникала, существовала и разрушалась трижды, с периодичностью около 800 млн лет. Последней была палеозойско-мезозойская Пангея, существование которой первым обосновал А. Вегенер. Интересно, что компоновка каждой Пангеи была сходна с «вегенеровской». Во всяком случае, многие факты говорят о том, что в перемещении литосферных плит прослеживается определенная упорядоченность. Таким образом, сегодняшняя конфигурация материков и океанов не есть нечто застывшее навсегда. Она меняется буквально на наших глазах, только эти изменения происходят очень медленно, со скоростями в среднем 4-6 см в год.
Рис. 1. Реконструкция суперконтинента Пангея, около 200 млн лет назад (по Я. Голонке, 2000 г.)
Геологический прогноз движений литосферных плит в ближайшие примерно 50 млн лет в главных чертах выглядит следующим образом. Атлантический океан станет шире, а площадь Тихого океана сократится. Австралия продвинется на север и подойдет ближе к Евразийской плите. Азия соединится с Северной Америкой в районе Алеутских островов. Красное море раздвинется - это зародыш будущего океана, полуостров Калифорния станет островом. Океаны Земли в ходе своей эволюции проходят последовательно этапы развития от узкого моря (Красное море сегодня) до размеров современного Тихого океана. Одновременно происходят сближения и расхождения материков, изменение их числа и пространственной ориентации.
Мировой океан это, прежде всего, морская вода, привлекающая к себе пристальное внимание океанологов. Одной из важнейших характеристик вод, наполняющих Мировой океан, является соленость. В практических целях соленость принято характеризовать концентрацией раствора, которую измеряют в промилле (‰), то есть в тысячных долях, и средняя соленость морской воды составляет около 35‰.
Под соленостью понимается выраженная в граммах масса всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды, когда карбонаты превращены в окислы, бром и йод замещены эквивалентным количеством хлора, а органические вещества сожжены при 480 °С. Кратко можно сказать, что соленость морской воды есть отношение массы растворенного твердого вещества к массе раствора.
Вода является одним из лучших растворителей, поэтому на Земле невозможно найти химически чистое вещество Н 2 О, все природные воды в той или иной степени минерализованы. Воды первичного океана также представляли собой раствор солей, по концентрации близкий к современной солености, но солевой состав раствора был отличен от настоящего. Ювенильный раствор, поступавший на поверхность Земли при дегазации мантии, на первых порах, по-видимому, полностью выпаривался, но с понижением температуры ниже точки кипения воды стал растворяться в воде первых земных морей. Одновременно в раствор переходили легко растворимые вещества первичной земной коры. Кроме того, в воде первых морей растворялись газы, содержавшиеся в первичной атмосфере: HCl, HF, HBr, B(OH) 3 и некоторые другие. Поэтому первое время существования океана его воды должны были проявлять кислую реакцию из-за присутствия в растворе сильных кислот.
В дальнейшем происходило приспособление солевого состава первичного океана к изменяющимся термическим и гидрохимическим условиям на поверхности Земли. В растворе оставались те элементы, для которых не нашлось достаточного количества сильных осадителей, например такие, как хлор и бром. Их процентное содержание в растворе почти не изменилось. Содержание других элементов, прежде всего углерода, сильно уменьшилось. Это свидетельствует о том, что в океане постоянно протекают процессы, выводящие углерод из раствора. Основная реакция этого типа - перевод углекислого газа в угольную кислоту с дальнейшим переходом в нерастворимый и потому выпадающий в осадок карбонат кальция. Этот процесс происходил всегда и протекает до сих пор. Сильные кислоты в океане архейского времени вступали в реакцию с сильными основаниями, что в результате привело к постепенной нейтрализации первично кислых вод.
Рис. 2. Литосферные плиты и скорости их перемещения в мм/год (по В.Е. Хаину, 2008 г.)
Существенные изменения в солевом составе океанских вод начались с возникновением и дальнейшим развитием жизни. С появлением биосферы начала проявляться реакция фотосинтеза, в ходе которой из морской воды выводятся, прежде всего, углерод и азот. В процессе фотосинтеза создается свободный кислород, что открыло возможность формирования современной азотно-кислородной атмосферы. В результате фотосинтеза из атмосферы почти полностью был извлечен углекислый газ, что способ-ствовало стабилизации карбонатной системы, возникновению скелетных организмов, а в дальнейшем - накоплению карбонатных осадочных толщ на дне океанов.
Эти и другие природные процессы постепенно видоизменяли солевой состав океанических вод, который стал преимущественно хлоридно-сульфатным и практически идентичным со-временному. В настоящее время морская вода представляет собой равновесный природный раствор, обладающий исключительно высокой химической инертностью, сохраняющий свой состав и концентрацию солей практически неизменными на протяжении, по меньшей мере, последней геологической эпохи.