Загадочный материк

В течение XIX века было совершено 68 плаваний в Антарктику, в значительной мере с целью котикового или китобойного промысла. Научные наблюдения производились лишь попутно.

В XX веке отношение к изучению Антарктики и антарктического материка резко изменилось. За первую половину XX века по 1955 г. включительно в южной полярной области побывало 212 экспедиций. Значительное их большинство осуществляло только научно-исследовательские задачи.

В начале XX столетия антарктические экспедиции были связаны главным образом с географическими исследованиями и с рекогносцировками антарктической геологии, гляциологии и биологии, т. е. они решали задачи, которые легко осуществлялись одно-двухгодичными работами. Но современные экспедиции находятся в совершенно другом положении. Почти всё, что можно было сделать в течение кратковременных исследований, уже выполнено. Теперь действительно ценных научных результатов могут достигнуть только экспедиции, способные производить непрерывные наблюдения в течение долгого времени. Наше время — это время перехода от экспедиционных к стационарным исследованиям.

Экспедиции, требовавшие в большинстве случаев самоотверженной работы, исключительного напряжения человеческих сил, подчас связанные с героической гибелью отдельных участников, дали большие научные результаты. В особенности это можно сказать про исследования, проведенные в XX веке, осуществлявшиеся планомерно, шаг за шагом. Им мы обязаны основными сведениями по физической географии и океанографии Антарктики, по геологии Антарктиды и прилегающих островов, по климату, по биологии, по условиям мореплавания и самолетовождения и т. д.

Живо и увлекательно развертывается на страницах книги Л. Хвата история открытия и исследований шестого материка нашей планеты. Борьба мореходов и путешественников за овладение загадочной Антарктидой, борьба, исполненная великолепного мужества, полная драматизма и напряжения, представлена автором довольно полно.

Но, прочитав эту книгу, читатель, быть может, задумается: какова же научная значимость громадной исследовательской работы в Антарктике?

Ниже в кратком очерке сделана попытка показать основные научные достижения антарктических экспедиций.

Особенности геологического строения и рельефа Антарктиды

В настоящее время всё побережье Антарктиды покрыто аэрофотосъемками различного масштаба. Это позволило создать первые карты материка и сравнительно точно определить его площадь и длину береговой линии.

Чтобы составить себе ясное представление об особенностях строения Антарктиды и прилегающих к ней частей Мирового океана, обратимся к анализу гипсографической кривой и сравнению с ней некоторых показателей, полученных для Южного материка.

Гипсографическая кривая

Уже в самом начале XX века Норденшельд, исходя из особенностей геологического строения и рельефа, подразделил Антарктиду на две неравные части — Восточную и Западную.

Восточная Антарктида представляет собой сильно расчлененное высокогорное плато, возвышающееся на 1000–3500 м, целиком погребенное внутриматериковыми льдами. По краю плато, идущему вдоль моря Росса и моря Уэдделла, возвышаются горы, обязанные своим возникновением вертикальным поднятиям земной коры вдоль разломов.

В западной части, примыкающей к побережью Тихого океана, преобладают горные цепи. Среди них установлены отдельные вершины, уходящие ввысь на 6000 и более метров.

Восточные две трети материка соответствуют докембрию и покрывающим его частично горизонтальным пластам осадочных пород, или Большому антарктическому щиту Дэвида (1914). Щит простирается от Земли Коста, лежащей против Атлантики на 30° зап. долготы, проходит через Землю королевы Мод, Землю Эндерби, Землю Уилкса, Землю Адели и тянется до Земли Виктории, т. е. до 170° в. д., охватывая Главное плато Антарктиды и самую точку Южного полюса.

Остальная часть относится к Западной Антарктиде. Она сложена складчатыми гребнями, в большей части соответствующими мезозойским и третичным геосинклиналям. Эти гребни были прослежены от Южных Анд через острова Скотий (островную дугу Скотии) до материковой части Земли Грейама, а в последние годы (главным образом благодаря разведке с воздуха) дальше через Землю Мэри Бёрд до берегов моря Росса, т. е. приблизительно от 50 до 160° зап. долготы.

Между этими двумя отчетливыми геотектоническими провинциями находится зона опускания, или грабен Росс — Уэдделл. Это опустившаяся область, протягивающаяся от моря Росса до моря Уэдделла; она имеет примерно 900 км в поперечнике и 3600 км в длину.

Грегори (1912) назвал эту зону «гипотетической антарктической сбросовой долиной». Геологические связи заставляют отнести её к Антарктическому щиту.

За пределами материка лежат субантарктические океанические острова, разбросанные кольцом вокруг Антарктиды со стороны Атлантического и Индийского океанов.

Отличительной чертой всех субантарктических островов является то, что все они состоят исключительно из вулканических и сопровождающих их осадочных пород, восходящих по возрасту к третичному времени. Магматическая серия пород относится к «атлантическому» (богатому щелочами) типу, резко отличаясь от «тихоокеанского» (более богатого окисью кальция) типа Анд, Западной Антарктиды и Новой Зеландии, что говорит о совершенно другом её происхождении.

Если рассматривать антарктический континент как структурную единицу земной коры, то самой поразительной его особенностью является высота.

Уже одна средняя высота плато, оцененная на основании барометрической нивелировки приблизительно в 2400 м, ставит континент на исключительное место. Если даже сделать поправку на 300–1500 м ледяной шапки, то и остающаяся цифра говорит о необычайной высоте антарктической массы суши.

В противоположность поднятой внутренней части внешние края континента сейчас, повидимому, аномально низки. Внешняя граница континентального шельфа находится на глубине 500–900 м вместо «нормальных» 100–150 м. Это явление едва ли можно объяснить (Норденшельд, 1913) весом льда. Высокие береговые террасы, наблюдаемые во многих местах Антарктиды, говорят, наоборот, о слабом постгляциальном изостатическом поднятии.

Континентальный шельф варьирует в ширине от 40 до 500 км. Повидимому, наибольшей ширины он достигает в Тихоокеанском секторе, к югу от о. Петра I, а наименьшей — в некоторых местах у Восточной Антарктиды — к северу от мыса Адэр, Земли Эндерби и т. д.

Два широких изгиба береговой линии Росс — Уэдделл представляют собой шельфовые моря, покрывающие шельфы Росса и Уэдделла (или Филчер). По направлению к внешнему его краю поверхность шельфа местами поднимается, образуя серию крупных удлиненных моренных отмелей, которые носят названия банки Пеннел на шельфе Росса, банки Моусон против Земли Адели и Земли короля Георга V (Тейлор, 1930, 1940).

Ледниковые отложения прослеживаются сейчас в виде пояса, окружающего континент шириной от 350 до 1200 км (Хью, 1950). Возможно, что движение льда через внутренние части шельфа сносило отложившиеся там ранее мягкие осадки.

Наконец, материк, более или менее округлый по форме, окаймляется периферической зоной глубоких океанических бассейнов.

Область Антарктического щита рассматривается как продолжение Южной Африки, с одной стороны, и Австралии, — с другой, с геологическими чертами строения, характерными для древних щитов. Основание плато сложено гнейсами и кристаллическими сланцами, прорванными гранитами. На нем местами покоятся более молодые породы пермского возраста, которые известны также в Южной Африке и Австралии. Среди этих пород находятся угольные пласты, в особенности на Земле Виктории. Это грандиозные месторождения каменного угля, представляющие чередование (местами до семи пачек) сланцев и песчаников с угольными пластами не очень высокого качества, т. е. довольно зольными.

Исследователи этого района говорят, что, повидимому, запасы угля здесь не меньше, чем в Соединенных Штатах Америки, которым принадлежит одно из первых мест в мире по запасам каменного угля. Впервые месторождения угля были открыты в 1908 году геологом Уальдом вблизи Бермутского ледника. Затем при дальнейших исследованиях пласты угля были прослежены на протяжении почти в 3000 км. Общую перспективную оценку запасов угля сделал геолог Гулд.

Как указывалось выше, части щита, примыкающие к западной части моря Росса, переместились по разломам (сбросам) земной коры кверху. В этих местах образовались горы сбросового происхождения (горсты). Другая особенность этих гор заключается в том, что на их складчатом основании покоятся мощные толщи почти горизонтально залегающих горных пород, известных под названием биконских песчаников; они переслаиваются с базальтовыми покровами. Такие двухъярусные структуры геологи относят к образованиям платформенного типа.

Первая систематическая геологическая съемка Антарктического щита была произведена геологом Ферраром во время первой экспедиции Скотта на Землю Виктории. Собранные им образцы пород были описаны Приором.

Ценные дополнительные данные были установлены в области пролива Мак-Мёрдо, а также на север и на юг от него, геологами Дэвидом и Пристли, принимавшими участие в экспедиции Шеклтона (1907–1909 гг.). Кроме того, исключительно ценный геологический материал был собран последней экспедицией Скотта.

Горные хребты Западной Антарктиды — это молодые хребты юрского, мелового и третичного периодов. Они относятся к геосинклинальным образованиям и по своему строению аналогичны Андам.

Полезные ископаемые Антарктиды изучены крайне слабо, и о многом относительно богатств её недр приходится строить догадки или судить по аналогии с Южной Африкой и Австралией, располагающими крупными рудными месторождениями. Соображения подобного же рода могут быть распространены и на складчатую зону. Судя по литературе о геологическом исследовании Антарктики, некоторые находки подтверждают, что в дальнейшем в горных хребтах можно будет, вероятно, обнаружить месторождения олова, вольфрама, молибдена, меди, свинца и цинка, а возможно, и урана.

Ледяной покров Антарктиды. Выдающиеся специальные гляциологические исследования на антарктическом материке были выполнены Райтом и Пристли, Моусоном, Гулдом, Оделлом. Но попутно наблюдения над ледяным покровом осуществлялись и другими участниками антарктических походов.

Работы многочисленных экспедиций последних десятилетий дали достаточно ясное представление о характере антарктического оледенения. Отмечено, что ледяной панцырь Антарктиды несимметричен. Казалось бы, что наибольшей мощности льды должны достигать в самом центре материка. Но на самом деле область наибольшего скопления льда, или так называемый ледяной гребень (ледораз-дел), имеющий высоту более 3000 м, проходит между Южным полюсом и берегом, по линии, почти параллельной тихоокеанскому берегу. Отсюда ледяные массы разгружаются преимущественно в две противоположные стороны: к Тихому океану по рукавам мощных глетчеров, пересекающих горные цепи и питающих обширную прибрежную ледяную равнину — барьер Росса, и в сторону к Индийскому и Атлантическому океанам — полого спускающимся ледяным покровом, который погружается в море, образуя почти сплошной ледяной обрыв.

Вероятная мощность ледяного покрова, ввиду крайне ограниченного количества достоверных цифр, оценивается различными исследователями в широко варьирующих пределах — от сотен метров до 2500 м. Наиболее интересные данные содержатся в отчете Норвежско-Британско-Шведской экспедиции 1949–1952 гг., которая осуществила сейсмоакустическое зондирование на протяжении 600 км от берега в глубь Земли королевы Мод. Сейсмическое зондирование показало, что подстилающий лед материк имеет сложный изрезанный рельеф, с цепями гор, отдельными пиками и плато, с глубокими долинами и фьордами, далеко заходящими в глубь суши. В некоторых местах наиболее высокие точки выступают над ледяным покровом в виде так называемых нунатаков (вершины, которые никогда не были под толщей льда и не носят следов его шлифовки). Лед перекрывает этот рельеф мощным слоем, на поверхности которого лишь едва отражаются неровности подстилающих горных пород субстрата. Мощность льда в разных местах колеблется в широких пределах, достигая максимально 2250 м.

Ледяной Антарктический щит в общем высоко поднят над уровнем океана, что зависит не только от толщины льда, но и от того, что сам подстилающий его остров коренных пород имеет значительную среднюю высоту. Средняя мощность ледяного покрова равна 550–600 м (Оделл, 1954).

Проф. Д. Дэвид считает площадь льдов Антарктиды равной одной тридцатой площади Мирового океана и указывает, что если бы весь этот лед растаял, то уровень вод океана поднялся бы на 15 м. В прошлом мощность ледяного покрова превышала современную в среднем на 300 м (Оделл, 1954).

Однако данные о мощности ледяного покрова, в особенности Восточной Антарктиды, ещё крайне недостаточны.

Любопытны особенности движения ледяного покрова. Наряду с обычными формами движущихся льдов в нём установлены скрытые ледяные потоки. Сам материковый лёд в целом движется в сторону моря очень медленно. На протяжении многих сотен километров береговой линии он опускается прямо в море в виде ступенчатого покрова, изборожденного глубокими трещинами. Наряду с этим в Антарктиде существуют также громадные ледники горного типа (долинные ледники), которые, подобно ледяным рекам, спускаются к морю.

Физическое состояние льда в суровом климате Антарктиды иное, чем у ледников умеренной зоны.

Нередко несколько больших ледников сливается вместе у берега моря, образуя ледяной покров, расстилающийся вдоль подножья гор, или пловучий ледяной язык. Последний питает ту поразительную, специфически антарктическую форму льда, которая была впервые открыта в 1841 г. Д. Россом и получила название барьерного льда, а впоследствии, по почину О. Норденшельда, шельфового льда. Он представляет собой гигантскую ледяную плиту, обращенную высокими обрывами к морю, частью плавающую, а частью находящуюся на суше. Плита получает питание не только от ледников, сползающих с материка, но главным образом от выпадающего и в особенности от наносимого с материка снега.

Шельфовый ледник Росса, например, занимает площадь в 488 000 кв. км. В далеком прошлом шельфовые льды должны были существовать и в Северном полушарии. Сейчас ледники Антарктиды находятся в стадии отступания. Откалываясь по краям, языки и шельфовые плиты порождают огромное количество айсбергов, плавающих в Южном океане.

Антарктида, так же как и Северная Европа, пережила в четвертичное время несколько ледниковых эпох, или, иначе говоря, несколько стадий наступания и отступания льдов. Лучшим свидетельством этих явлений служат донные осадки морей, окружающих материк. Их исследуют таким образом: на некотором расстоянии от берега глубинные трубки опускаются по вертикали с такой силой, что они вдавливаются в грунт. В колонках донных осадков, вынутых на поверхность, четко устанавливается характерное переслаивание тонкоотмученного материала с более грубозернистым. По этим переслаиваниям можно судить о числе стадий наступания и отступания ледника. А применяя радиоактивные методы изучения донных осадков, удается даже наметить хронологию этих событий в абсолютном летосчислении.

Основываясь на сравнительном изучении колонок донных осадков, взятых вблизи Антарктиды и у берегов Северной Америки, ряд исследователей высказывается за синхронность колебаний ледяного покрова обоих полушарий в четвертичное время. Другие же полагают, что оледенение Антарктиды началось раньше, чем на севере, — в конце третичного периода.

Гигантский масштаб современного оледенения всегда заставляет обращаться к геологическому прошлому и искать там ответа о климатических особенностях эпох, предшествовавших четвертичному времени.

Данные о климате мезозойской и третичной эпох, к сожалению, удалось найти только на очень ограниченных участках в Западной Антарктиде, где в районе Хоуп-Бей и на Земле Грейама залегает юрская флора, соответствующая теплому, даже тропическому климату, близко родственная флоре Африки и Индии. В породах верхнего мела с островов Сеймур и Сноу-Хилл были найдены остатки морской фауны, представленной моллюсками и кораллами, типичными для теплых вод Индийского океана. Затем следует отметить ископаемую флору эоцена и олигоцена, характерную для теплого климата, которая представлена лавром, смоковницами и араукарией. И только в самом конце третичной эпохи начинает появляться фауна, свидетельствующая о наступлении очень холодной эпохи.

В наше время, несомненно, ледниковый покров уменьшается в толщине и отступает, обнажая площади, усеянные моренным материалом, отшлифованными скалами со шрамами и большими валунами.

Климат Антарктики. Мощный ледяной покров Антарктиды подобен огромному холодильнику, окруженному со всех сторон значительно более теплыми водами океана. В силу этого в области соприкосновения суши с океаном создается большой температурный градиент, способствующий развитию очень активной циркуляции атмосферы; она выражается прежде всего в образовании серии глубоких циклонов, движущихся с запада на восток вокруг континента. Пути циклонов обычно лежат между 62 и 65° ю ш., отклоняясь к северу или к югу, в зависимости от сезонного положения кромки льда. На северной её окраине преобладают сильные западные ветры, а на южной — восточные.

Далее на юг, в пределах материка, где господствуют очень низкие температуры, находится область высокого давления. Аэрологические наблюдения показали, что в этой антициклональной области на высотах в тысячи метров преобладает движение воздуха, обратное тому, которое наблюдается вблизи поверхности. Такое распределение воздушных течений вызывает постоянный перенос из северных широт в глубь материка более влажного морского воздуха.

Одновременно сильно охлажденный воздух антарктической шапки повышенного давления стекает в сторону побережья, создавая нередко при этом ветры ураганной силы. Так, например, в районе Земли Адели, лежащей против острова Тасмания, в течение года зарегистрировано 340 дней с бурями, со скоростью ветра в 20 м/сек. В отдельные периоды скорость ветра достигает 90 м/сек, сопровождаясь страшными метелями. Снежные частицы при этом шлифуют и даже разрушают твердые предметы, попадающиеся на их пути. Нередко возникают сильные электрические разряды, известные под названием «Огней святого Эльма». Метели иногда сопровождаются снежными смерчами с большой подъемной силой.

Специфической особенностью Восточной Антарктиды надо считать зимние позёмки: токи холодного воздуха, спускающиеся в сторону моря, переносят на небольшой высоте (4–5 м) массы снега.

Для Антарктиды характерны низкие температуры воздуха, в среднем более низкие, чем в Арктике, в особенности для лета. Чем глубже расположены точки наблюдений, тем ниже регистрируемая температура

Таким образом, характер циркуляции воздушных масс и физико-географические условия позволяют подразделять климат Антарктики на две зоны континентальную, в которой преобладает режим антициклона, и прибрежную, где в значительной степени сказывается влияние циклонов, проходящих вблизи побережья.

В огромной Антарктической области общей площадью приблизительно 50 млн. кв. км находится в настоящее время около 50 метеорологических станций, на которых ведутся регулярные наблюдения. Данные этих станций пополняются в течение лета китоловными судами, а также различными антарктическими экспедициями. Первая попытка синоптического анализа южных областей земного шара принадлежит Мейнардусу, который использовал с этой целью наблюдения островных станций, наблюдения южных континентальных станции, судов регулярных торговых рейсов и данные экспедиции Дригальского (1902–1903 гг.).

1 — направление ветров у поверхности, 2 — меняющиеся ветры у поверхности; 3 — высотные ветры, 4 — антарктическая граница ветров

В то время когда «Гаусс» зимовал в паковых льдах, «Дисковери» находился в море Росса. Пользуясь сводками этих двух судов, а также китоловов, плававших в Южном полушарии, и станций на континентах, Гепуэрт в течение двух лет составлял ежегодные синоптические карты для Южного полушария. К ранним попыткам синоптического анализа относится работа Симпсона, который использовал результаты наблюдений баз Скотта и Амундсена для синоптического анализа области моря Росса.

Значительный вклад в работу по синоптическому анализу Южного океана принадлежит Пальмеру (1942), который произвел синоптический анализ Австралии и Южного океане, широко используя отчеты судов в течение полярного 1932–1933 г.

Во время печатания данного обзора вышла в свет прекрасная новейшая сводка по климату Антарктики советского ученого Г. М. Таубера.[4]

Южный океан и его исследования

Воды, опоясывающие Антарктиду, разделяются континентальными массами Африки, Австралии и Южной Америки, вдающимися в высокие широты, на три сектора. В промежутках они сливаются с водами трех больших океанов земного шара. Батиметрическая карта показывает, что воды вокруг Антарктиды покрывают сложную систему «возвышенностей» или хребтов, связывающих континент с северными массами суши и разделяющих широкие депрессии земной коры — «океанические бассейны». Большинство подводных хребтов протягивается вкось от континента, остальные грубо параллельны её берегам.

Оконтуривание этих невидимых горных хребтов морского дна зависит от густоты промеров, а эти промеры распределены очень неравномерно. Применение эхолота за последние десятилетия сделало изучение морфологии дна гораздо более доступным, чем это было в дни механических лотов, но на картах всё же остается ещё много белых пятен.

Морфология дна — это единственный источник данных, на которых основываются выводы о структуре земной коры в южных областях, где такое малое количество коренных горных пород выступает на поверхность из-под оболочки снега, льда и морской воды. Большинство островов Южного океана — это вершины вулканов, покоящихся на подводных хребтах.

Геологи распространили на неизведанный юг представления о структуре, установившиеся для более доступных северных областей суши. Так, предсказание Зюсса о природе дуги Скотия (островной дуги Южных Атилл) возникло из его изучения островных дуг восточного края Тихого океана и Вест-Индии, а Э. Дэвид проводил аналогию между отвесными береговыми утесами Земли Виктории и изрезанными и обрывающимися в море восточными берегами австралийского континента. Позднейшая геологическая съемка Антарктиды (Уедд, 1941; Фербридж, 1949) подтвердила взгляд о сходстве в основном структуры Антарктиды с соседними древними устойчивыми щитами континентов Африки и Австралии. Западная же Антарктида от Земли короля Эдуарда VII до Земли Грейама образует часть круготихоокеанской третичной складчатой зоны. Эта складчатая зона начинается от Новой Зеландии, проходит, вероятно, через о. Макуори, с его третичными подушечными лавами и сейсмической активностью, до островов Баллени; оттуда тянется через устье моря Росса до Земли короля Эдуарда VII, через Землю Мэри Бёрд, Землю Джемса Элсуэрта и Землю Грейама до дуги Скотия (Южных Атилл) и южноамериканских Анд.

Таким образом, расположение хребтов и бассейнов морского дна отражает его геологическую структуру и представляет собой результат подвижек земной коры, имевших место в прошлом. Что касается возраста подводного рельефа, то здесь существуют значительные разногласия. Узкие, с крутыми склонами хребты складчатого пояса краевой зоны Тихого океана относятся к третичной складчатости, другие же структуры Тихого океана датируются некоторыми геологами как очень древние. Довольно детальные исследования осветили и состав донных отложений.

Поверхность субантарктических шельфов покрыта преимущественно грубым обломочным материалом, частично биокластическим; местами обнажаются коренные породы.

Вокруг антарктических островов, как, например, вокруг Южной Георгии и других островов Скотий, шельф покрывается горной мукой, приносимой активными ледниками, а его осадки состоят из илов, содержащих значительные количества диатомей.

Грубые обломки пород, далеко унесенные от их коренных источников айсбергами и освобожденные при их таянии, придают характерную структуру многим осадкам открытого моря. Холодная вода не благоприятствует осаждению и сохранению карбоната кальция, вследствие чего антарктические осадочные породы содержат меньше 10 % извести.

Д-р Хью изучал осадочные породы колонок, вынутых экспедицией «Оперейшен Хай Джамп» со дна моря Росса. Пользуясь методом определения возраста Пиггота и Юри, он определил возраст морских осадков, переслоенных с хорошо отсортированными межледниковыми осадками, и предложил корреляцию фаз оледенения с двумя последними наступаниями льда в Северной Америке.

За поясом терригенных отложений антарктический континент окружен почти непрерывным поясом диатомового ила. Диатомовый ил представляет собой серую или серо-коричневую грязь, становящуюся после высыхания светлосерой, которая состоит из диатомей, изредка радиолярий и спикул губок. В шельфовых отложениях антарктических островов диатомей достаточно многочисленны, что позволяет классифицировать отложения как «диатомовые илы».

Северная граница пояса диатомового ила на дне моря приблизительно соответствует антарктическому слиянию северной границы антарктических поверхностных вод. Севернее этой линии, ниже субантарктических и субтропических поверхностных вод, дно состоит главным образом из глобигеринового ила — осадка из известковых раковин пелагической фораминиферы, но на дне более глубоких аббисальных бассейнов встречаются большие области красной глины.

Глобигериновый ил закартирован (Шотт, 1935) на восточнотихоокеанской возвышенности; к нему примыкает красная глина южнотихоокеанского и тихоокеанско-антарктического бассейнов. Глобигериновый ил окружает Новую Зеландию и Австралию, но замещается глиной в более глубоких частях Тасманова моря и Южноавстралийского бассейна.

Замещению глобигеринового ила красной глиной в глубоких водах способствует растворение известковых раковинок фораминифер по мере того, как они, опускаясь, проходят через холодную тяжелую придонную воду глубин океана, где присутствует углекислота, выделяемая разлагающимися организмами у дна.

В общих чертах изучена и гидрология Южного океана.

Циркуляция вод Южного океана следует по относительно простой схеме, в силу чего границы различных водных масс определены довольно четко. Поверхностная вода течет главным образом на восток и на север под влиянием преобладающих западных ветров. В умеренных широтах она встречается с субтропическими водами трех больших океанов, циркулирующими в направлении против часовой стрелки.

Повышение температуры поверхностных вод между Антарктидой и тропиками не происходит равномерно по всему Южному океану, а сконцентрировано на двух границах или слияниях, где воды, текущие на северо-восток, опускаются и уступают место водам с другими свойствами.

Эти океанические границы — антарктическое и субтропическое слияния — разделяют три зоны поверхностных вод: антарктическую, субантарктическую и субтропическую. Это относительно мелководные зоны. Всю же массу воды океана ниже его поверхности составляет теплое глубокое течение, идущее на юг над массами плотной холодной воды — антарктическим донным течением, медленно направляющимся на север.

Три вышеуказанные поверхностные зоны относительно неглубоки; большая же часть вод океана является частью того или другого мощного глубинного течения.

Подповерхностное течение субтропической и субантарктической зон, идущее на юг, уже упоминалось. Ниже его располагается антарктическое промежуточное течение, возникающее у антарктического слияния, где антарктические поверхностные воды погружаются под более легкие субантарктические воды. Под ним массы соленых вод — теплое глубинное течение — текут на юг в направлении антарктического континента и поднимаются до слоя антарктической поверхностной воды.

Наконец, на дне океана слой холодной соленой, слабо кислородной воды — антарктическое донное течение — медленно течет на север. Большое значение имеет также движение вод вокруг континента на восток по часовой стрелке. Донный слой зарождается на широком шельфе антарктического континента; здесь морская вода зимой охлаждается путем конвекции, и её соленость значительно увеличивается в силу замерзания верхних слоев. Плотная вода опускается и течет на север в виде придонного течения, которое, смешиваясь с глубинным теплым течением, образует антарктическую придонную воду.

На физические особенности морской воды в значительной мере влияют и биологические факторы. Так, например, растения (фитопланктон) повышают содержание кислорода в поверхностных слоях и истощают содержание в них питательных солей, опускающихся вниз в виде экскрементов и мертвых тел организмов, умирающих у поверхности моря. Питательные вещества, освобождаемые благодаря бактериальному гниению, могут вступить опять в жизненный цикл только путем нового проникновения их в зону растительной жизни или благодаря поднятию кверху, или вследствие турбулентного перемешивания.

Организмы, живущие на дне, истощают содержание кислорода в воде, и путь донных течений может быть прослежен по уменьшенному содержанию кислорода. Таким образом, питательные соли проходят замкнутый цикл.

Познание вод Южного океана многим обязано Д.Р. Дикону и его данным, полученным во время экспедиции «Дисковери». Однако необходимо также отметить и работы более ранних экспедиций. Главные из них со времени «Челенджера» (1872–1876) связаны с названиями судов: «Бельжика» (1897–1899), «Вальдивия» (1898–1899), «Гаусс» (1901), «Антарктик» (1901–1903), «Скотия» (1902), «Франс» (1903–1904), «Планета» (1907–1908), «Пуркуа-па?», «Дейчланд» (1911–1912), «Дана» (1928–1930), «Метеор» (1925–1926), «Норвегия» (1927–1928) и «Дисковери II» (1929–1931).

Из названных экспедиций «Метеор», пересекший Южную Атлантику десять раз, внес наибольший вклад в познание гидрологии Южного океана, не говоря уже о длительных, охвативших широкую область исследованиях «Дисковери II».

В 1956 г. получены новые ценные Данные океанологической группой советской комплексной антарктической экспедиции, плававшей вдоль Восточной Антарктиды на корабле «Обь».

Изучение животного мира Антарктики

Историю биологических исследований в Антарктике и Субантарктике, касающуюся преимущественно моря, можно подразделить на три периода.

Наблюдения ранних экспедиций, положившие начало «каталогизации» флоры и фауны посещенных областей, носили чисто описательный характер. Собирались образцы растений и животных, иногда в очень значительном количестве, которые по возвращении экспедиции описывались специалистами. Экспедиция на «Челенджере» (1872–1874), с её подробными и очень ценными отчетами, типична для первого периода биологических наблюдений.

Главной целью исследований являлось описание морфологии организмов, их классификация и выяснение их распространения, и хотя работа в этом направлении продолжается, всё ещё остается очень многое сделать для составления исчерпывающего перечня обитателей антарктических вод.

Однако с 1925 года наметился иной подход к биологическим исследованиям, так как новые научные методы дали возможность обратить внимание на динамическую сторону жизни. В этом году был образован Британский комитет открытий и началась новая эра научных биологических работ в океане, пионерами которых были экспедиции на «Гауссе», «Метеоре» и «Дисковери II», причем последней экспедицией была проведена длительная программа исследований.

Сначала наблюдения охватывали только квадрант Фолклендских островов и касались лишь китов и китовой ловли, но после введения ловли с пловучих баз Комитет открытий распространил свою деятельность на изучение вод океанов, омывающих Антарктиду.

Макинтош (1950) рассматривает этот период деятельности Комитета открытий как переходный от экспедиционной к стационарной работе, запланированной и организованной постоянно действующими институтами. В эту конечную фазу биологическая исследовательская работа в Антарктике вступает только сейчас.

В основном биологическое изучение в Антарктике начиная с 1925 года концентрировалось на организмах, живущих в водах океана. Главным объектом работы экспедиций Комитета открытий были киты. В водах океана сосредоточены все факторы, оказывающие влияние на жизнь китов, т. е. на их распространение, миграцию и её пути, на цикл размножения, на их пищу и режим питания. Иначе говоря, изучение китов оказалось связанным с выполнением широкой программы в области физической и биологической океанографии.

Во-вторых, режим вод Южного океана носит поразительно однородный и закономерный характер. Ни одна крупная масса суши, помимо центрального антарктического континента, не оказывает влияния на циркуляцию водных масс, и благодаря этому стало возможным закартировать ряд однородных и ритмически повторяющихся черт южных океанических вод, касающихся их физического характера и динамики. Имеющиеся данные по сообществам организмов показывают для них такое же единообразие и правильность, в большинстве случаев находящиеся в строгом соответствии с физическим характером вод. Эта особенность дала возможность провести изучение распространения животных и растений, их сезонных перемещений, историю их жизни и взаимосвязей в очень широком масштабе, неизвестном для других морей мира. Южный океан представляет собой поле исследований, где изучение общих принципов морской экологии может быть проведено с успехом, и на изучение по этой линии было направлено главное внимание.

Общепризнано, что число видов организмов, населяющих антарктические воды, невелико, но что каждый вид встречается в несчетном количестве индивидуумов, тогда как в тропических водах положение до известной степени противоположно.

В море, так же как и на суше, жизнь животных зависит в большой мере от растений. Растительность открытого океана состоит из микроскопических плавающих водорослей, в совокупности называемых фитопланктоном. В присутствии солнечного света эти крохотные растеньица непосредственно используют питательные соли, растворенные в морской воде, как, например, нитраты и фосфаты.

Наблюдения, проведенные при плавании «Дисковери II», показали, что с концентрацией нитратов и фосфатов, значительно превосходящей все известные для других морских областей, связаны колоссальные массы фитопланктона в Антарктике. Эти соли присутствуют в количествах, повидимому всегда превышающих существующую в них потребность. Следствием такого обильного источника пищи является распространение в антарктических водах крупных животных.

Харди (1935) показал, что локальное распространение финвалов и голубых китов можно предсказать, исходя из относительных количеств фосфатов в воде, что и здесь имеет место замкнутый питательный цикл, начинающийся растворенными солями и кончающийся, в частности, финвалами. От фитопланктона зависит существование массы ракообразных, известных под названием «крилл», являющихся в свою очередь основной пищей некоторых видов китов в Антарктике.

В другой питательный цикл входят каракатицы; жизнь этих моллюсков зависит главным образом от фитопланктона, но они также питаются криллами и другими ракообразными. Вполне возможно, что ракообразные в антарктических, как и в других морях, составляют основную пищу каракатиц. Эти моллюски поедаются в свою очередь буревестниками, кашалотами и некоторыми тюленями.

Главной составной частью фитопланктона Антарктики являются диатомеи. Типичная холодноводная диатомовая флора распространена к югу от субтропического слияния, но в южных морях установлены сезонные колебания в её плотности. Наименьшие концентрации наблюдены для зимних месяцев и наибольшие — для летних; эти колебания, очевидно, связаны с солнечным светом. Многие антарктические диатомеи имеют очень широкое географическое распространение, вероятно вследствие их терпимости к значительным изменениям в физических особенностях вод. Харт (1937) показал, что один из их видов является биологическим индикатором южной границы субантарктических поверхностных вод. Присутствие этого вида к югу от антарктического слияния, по его мнению, является указанием на то, что недавно произошло перемешивание поверхностных вод.

Харт (1942), касаясь вопроса об антарктическом фитопланктоне, подтверждает одну из его отличительных особенностей, заключающуюся в подавляющем преобладании диатомей и незначительном количестве в его составе динофлагеллат.

Харт подразделил воды антарктической зоны на три биогеографические провинции:

1) северную, никогда не покрывающуюся паковыми льдами; сюда только ранней весной заплывают отдельные льдины;

2) промежуточную — между южной границей предыдущей области и Полярным кругом, покрытую поясом пакового льда зимой и весной и иногда свободную от него летом и поздней осенью;

3) южную, т. е. область моря к югу от Антарктического полярного круга, за исключением непосредственно прибрежных участков. Здесь пак стоит в течение всего года (кроме лета), причем новый лед начинает образовываться в марте. Антарктический планктон — животные, плавающие в антарктических водах по воле течений. В основном отличают:

1. Почти полное отсутствие личиночных форм, за исключением ракообразных.

2. Вертикальная миграция сравнительно большой длительности, характерная для главных видов, образующих зоопланктон.

3. Формы, обитающие в поверхностном слое вод, бедны видами, но богаты численностью их представителей.

4. Многие виды поднимаются к поверхности ночью и опускаются на глубину днем.

Макинтош (1937) изучил вертикальное сезонное распределение планктонных форм вдоль 80-го градуса западной долготы и, располагая достаточными данными по планктону в антарктических морях вообще, пришел к заключению, что характер циркуляции зоопланктона один и тот же во всех южных морях.

В антарктической донной (бентос) фауне обильно представлены некоторые группы животных. Фауна иглокожих здесь значительно превосходит распространение этого семейства в водах Арктики. Бертон (1932), занимавшийся изучением губок, показал, что против всех ожиданий Антарктика богата губками, — она богаче ими, чем Индийский океан, австралийские воды или Вест-Индия.

Все антарктические губки преимущественно кремневые. Очень вероятно, что губки достигли своего максимального развития именно в антарктических морях.

Хастингс (1943) в своей работе об обитающем на дне Южного океана полизооне, ясно показала, что распределение этих животных, несомненно, связано с поверхностными зонами океанических вод, т. е. что развитие донной фауны в целом может быть поставлено в связь с поверхностными гидрологическими условиями. Нужно, однако, отметить, что для большинства групп животных бентоса с глубин моря собрано ещё очень мало материала, чтобы на его основании можно было притти к такому обобщению.

Изучение жизни, связанной с островами и другими массивами суши Антарктики и Субантарктики, носило довольно неравномерный характер. Первые экспедиции собирали образцы растений и животных, наиболее ярко бросавшихся в глаза, а последующие обследовали только наиболее доступные для наблюдений места. Очень немногие экспедиции снаряжались специально для посещения отдельных островов, и в результате наше знание биологии этих областей может быть почерпнуто только из данных, разбросанных в разных источниках.

Работы экспедиций Комитета открытий в этом направлении были недостаточными. Области к югу и к юго-западу от Южной Америки, Фолклендские острова, о. Южная Георгия, Южные Антильские острова и полуостров Палмер оказались включенными в план работ Комитета, и в результате были опубликованы работы, посвященные птицам, тюленям, рыбам, фораминиферам, моллюскам, иглокожим, губкам, бокоплавам, (ракообразным).

Но страны, расположенные на границе Южного океана, уже давно осознали свою ответственность за изучение биологии ближайших к ним областей. Так, в 1909 г. Институт философии в Кантербери опубликовал два тома, общим объемом в 848 страниц, в который описывается история, геология и природа субантарктических островов Новой Зеландии. В течение многих лет правительственные суда заходили на эти острова, изредка посещались они также и учеными. За период с 1941 по 1945 г. на островах Кемпбелл и Окленд действовали береговые станции, и ряд их отчетов под названием «Отчетов Капской экспедиции» теперь начинает появляться в печати. С того времени на о. Кемпбелл поддерживается в действии метеорологичеекая станция, на которой также ведется биологическая работа. Экспедиции послевоенного времени на острова Снэро и Антиподов и о. Баунти ознакомили ученых с фауной и флорой этих островов Субантарктики.

Австралия за последнее время учредила наблюдательные посты на островах Макуори и Хёрд; результаты ведущихся на них научных работ будут серьезным вкладом в знание биологии этих двух островов. Южноафриканские исследования последнего времени на островах Принс-Эдуард и Марион, а также французская экспедиция на о. Кергелен должны дать богатый материал по биологии островов этого квадранта.

Жизнь в прибрежных водах антарктического континента. Биология прибрежной морской зоны самой Антарктиды в общем привлекала к себе мало внимания. Такое упущение зависит от ряда факторов. Прежде всего «межприливные» организмы не успевают укрепиться за короткий период, когда берега не закованы в лед. Большую часть года береговая линия окружена каемкой льда, иногда толщиной в несколько десятков метров. Глубже её море густо населено. Массы водорослей дают приют и пищу разнообразным животным, которые в свою очередь поддерживают существование многочисленных плотоядных. Моллюски, морские коньки, морские звезды, раки, черви, мшанки и морские пауки присутствуют в изобилии. Отмечено много рыб, живущих на дне моря.

Весь этот материал доступен для береговых партий экспедиции, если только в их распоряжении есть какой-нибудь морской транспорт, помимо главного судна экспедиции, которое в течение короткого лета занято выполнением основной научной программы. В летнее время — лучшее для биологических наблюдений — большинство членов экспедиции всегда участвует в санных поездках.

Экспедиции, зимовавшие на антарктическом континенте, неоднократно пытались проводить биологические наблюдения в море. Трудности, которые при этом приходится преодолевать, очень значительны. В большинстве случаев наблюдения ведутся сквозь проделанное в морском льду отверстие, которое поддерживается открытым. Через эти отверстия собираются образцы флоры и фауны самыми различными способами — при помощи различных ловушек, донного трала, сетей и удочек. Обычный метод брать образцы с движущегося судна в относительно глубокой воде труден и приводил к незначительным результатам.

Австралийская антарктическая экспедиция, очевидно, была одной из немногих, сосредоточившей в течение лета своё внимание на этой работе, и результаты, полученные ею в бухте Каммонуэлф, оказались очень интересными.

Только когда подобная же работа будет проведена по периферии всего континента, можно будет получить сравнительную характеристику её прибрежной флоры и фауны.

Все птицы Антарктики, как отмечают орнитологи, — морские птицы, так как окованная льдом земля не может поддерживать существования живых организмов, которыми питаются птицы, а отсутствие мелководной приливной зоны не дает возможности развиваться болотным видам. Но их особенность заключается в том, что они приспособлены питаться в морях, в которых в той или иной форме всегда присутствует лед, и гнездиться на суше, где лёд оставляет им очень малый выбор для гнездования.

Особое внимание ученых всегда привлекали пингвины — эти антарктические птицы, существующее распространение которых, а также их вымерших предков исключительно южное. Но было бы ошибкой рассматривать их только как полярных обитателей. Большая часть из 18 или 19 живущих видов и ископаемые остатки Новой Зеландии и южноамериканской антарктической зоны встречаются вместе с остатками других морских животных умеренного климата. Тело пингвина хорошо приспособлено к использованию морского окружения. Плавание и ныряние настолько для них естественны, что если бы не необходимость линьки и гнездования, как и для всяких других птиц, то им, подобно черепахам, не было бы нужды покидать воду.

В прошлом много внимания уделялось проблеме биполярности, т. е. кажущейся тесной связи между биологией Арктики и Антарктики: в начальный период исследований считалось, что многие виды встречаются одновременно в той и другой полярных областях, но неизвестны в промежуточных морских пространствах.

За последние годы стала возрастать критика доказательств, подкрепляющих эту точку зрения. Тщательное сравнение показало, что в большинстве случаев антарктические формы отличаются от арктических. Поэтому в современной литературе проблеме биполярного их распространения уже не придается такого значения, как раньше. Однако нужно признать, что всё же биполярность до известной степени существует, если иметь в виду роды животных, а в некоторых случаях даже их виды. Известны случаи идентичности видов червей (эхиурид и спункулид), а также родовой идентичности некоторых моллюсков.

При обсуждении вопроса биполярности относительно немногие случаи сходства и даже идентичности не должны затемнять гораздо более убедительные доводы в пользу различия между формами животных организмов холодноводных областей в Северном и Южном полушариях.

Свердруп, Джонсон и Флеминг так суммируют три главные гипотезы, выдвинутые для объяснения явления биполярности:

1. Биполярные животные являются реликтами прежней космополиткой фауны, тропические члены которой теперь вымерли.

2. Животные могли мигрировать из одной полярной области в другую, пользуясь придонными областями холодных вод в тропиках.

3. Независимое параллельное развитие животного мира в полярных областях могло привести к наблюдаемой идентичности его видов.

Каждая из этих теорий может найти себе подтверждение в отдельных случаях. Для большого числа групп животных биполярность наилучше выражена в южноафриканском квадранте — очень многозначительный факт, который необходимо учитывать при рассмотрении вопроса о путях миграции. Пауэлл приводит данные, свидетельствующие о том способе, каким один род моллюска получил биполярное распространение. Виды этого рода известны в глубоких водах вблизи берегов Японии, Сибири, Аляски, Западных Соединенных Штатов, Панамского залива, Эквадора, Патагонии, архипелага Палмера, Южных Шетландских островов, островов Кергелен и Марион. Разница в температуре воды между этими местами довольно значительна, причем находки моллюска в низких широтах сделаны на большой глубине.

Данный обзор не претендует на полноту. В нём сознательно не освещены успехи в области изучения геофизических явлений, так как это потребовало бы введения в обзор значительного объяснительного текста. Специально не выделены достижения советских ученых, работы которых начаты сравнительно недавно. Действительно, к исследованиям советские ученые приступили в небольшом объеме только в 1946 г., когда на водные просторы Антарктики впервые вышла китобойная флотилия «Слава».

Положение резко изменилось с зимы 1955 года, когда начала работать Комплексная советская антарктическая экспедиция.

Советская экспедиция работает на суше и на море. В план экспедиции вошли: изучение влияния атмосферных процессов, совершающихся в Антарктике, на общую циркуляцию атмосферы Земли; изучение основных закономерностей перемещения антарктических вод Мирового океана. Геологи, географы и гляциологи приступили к составлению физико-географического описания Восточной Антарктиды. Геофизики экспедиции занялись выяснением особенностей геофизических явлений в Антарктике. Биологи уделили основное внимание изучению животного мира Антарктики и изысканию новых районов для советского китобойного промысла.

Немалая роль отводится экспедицией изучению условий мореплавания и аэронавигации.

В основном же экспедиция 1955–1956 гг. подготавливает возможность широкого проведения исследований по программе Международного геофизического года.

Нет сомнений в том, что привлечение ученых многих стран к совместному решению крупных научных проблем, затрагивающих все отрасли геофизической науки и требующих одновременного наблюдения на сотнях станций и обсерваториях, расположенных по всему земному шару, ещё больше укрепит международное сотрудничество ученых и послужит мощным стимулом для дальнейшего благотворного развития мировой науки во имя мирного созидательного труда.

Посылка Комплексной советской антарктической экспедиции — это крупнейшее событие в научной жизни нашей страны. Экспедиция продолжает замечательные исследования русских моряков, открывших Антарктиду. Страна снабдила участников экспедиции всем необходимым для ведения широких наблюдений современными методами. Экспедиция богато оснащена и является одной из крупнейших в мире. Участники экспедиции, обладающие большим опытом полярных исследований в Арктике, с честью выполняют возложенные на них задания.