Репортаж из бездны: что обнаружили первые аппараты на дне океана
Исследование глубоководных зон океана долгое время ограничивалось непреодолимым барьером высокого давления. До начала XX века люди имели лишь обрывочные сведения о процессах на глубинах свыше нескольких сотен метров. Инженеры и учёные прошли сложный путь от стальных сфер на тросах до автономных аппаратов, способных опускаться в самые глубокие точки Земли. Рассказываем, что увидели в морской бездне первые исследователи глубин и какое поразительное открытие им удалось сделать.
Батисфера Биба и Бартона
В начале 1930-х годов научное сообщество считало глубоководные слои океана безжизненной пустыней. Поднимаемые сетями немногочисленные морские животные погибали и деформировались из-за резкого перепада давления. Американский натуралист Уильям Биб понял, что за морской фауной необходимо наблюдать прямо в её естественной среде. Вместе с инженером Отисом Бартоном он спроектировал батисферу — первый в мире аппарат для глубоководных погружений.
Инженеры выбрали форму сферы, так как она единственная способна равномерно распределять внешнее давление по всей своей площади. Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:
P=P0+ρgh,
где P0 — атмосферное давление, ρ — плотность морской воды, g — ускорение свободного падения, а h — глубина. Согласно этой формуле давление на глубине 900 метров уже превышает 90 атмосфер.
Чтобы выдержать такие нагрузки, корпус отлили из стали толщиной 3,8 сантиметра. При диаметре всего 145 сантиметров капсула весила 2270 килограммов. Наблюдение велось через окна из плавленого кварца толщиной 7,6 сантиметра. Дышал экипаж с помощью баллонов с кислородом и лотков с химическими поглотителями.
Батисфера готова к погружению, 1934 год.
Своего двигателя у батисферы не было, её просто опускали с борта корабля на толстом стальном тросе. Это делало спуски крайне рискованными: любая сильная качка или обрыв троса означали гибель экипажа. Несмотря на это, с 1930 по 1934 год исследователи совершили 35 успешных погружений у Бермудских островов. Шестнадцать из них стали рекордными для своего времени.
Что увидели учёные в глубине Марианской впадины: 6 странных кадров и один звук
Живые огни
Через кварцевые иллюминаторы Биб первым в истории проследил, как океан поглощает солнечный свет. Красный цвет исчезал уже на глубине 240 метров, а ниже 300 метров мир окрашивался в интенсивный сине-чёрный оттенок. Ниже 500 метров свет пропадал полностью, и единственным источником освещения оставалась биолюминесценция организмов. Биб описывал эту картину как «звёздное небо в безумии».
Европейский удильщик Lophius piscatorius
Он выяснил, что многие глубоководные виды используют органы свечения (фотофоры) для маскировки, связи или привлечения добычи. Биб описал рыбу-удильщика, приманивающую жертв светящейся «удочкой» в абсолютной темноте. Также он зафиксировал креветок, которые выстреливали облаком светящегося вещества, чтобы ослепить хищников. По телефонным рассказам Биба художница Эльза Бостельманн делала зарисовки, которые впервые показали миру жизнь на глубине.
Увидеть таинственные недра морских глубин их обитателей можно в документальных и научно-популярных фильмах из библиотеки онлайн-кинотеатров.
Триумф «Триеста» и загадка плоской рыбы
Для дальнейшего освоения океана требовались аппараты, не привязанные к поверхности тросом. Швейцарский физик Огюст Пикар применил принципы воздухоплавания и создал батискаф. Вместо воздушного шара использовался огромный поплавок с лёгким и несжимаемым бензином, а глубину погружения регулировали, сбрасывая железный балласт.
23 января 1960 года батискаф «Триест» с сыном изобретателя Жаком Пикаром и лейтенантом Доном Уолшем опустился в самую глубокую точку планеты — Бездну Челленджера. Спуск на рекордные 10 916 метров занял 4 часа 47 минут. На дне давление достигло почти 108,8 мегапаскаля, а температура в кабине упала до 7 °C. На глубине 9000 метров внешнее окно из плексигласа дало трещину из-за перепада температур, но экипаж доверился стальной гондоле и успешно завершил погружение, пробыв на дне 20 минут.
Главным открытием Пикара стало сообщение о том, что на самом дне он увидел рыбу длиной около 30 сантиметров, похожую на камбалу. В 1960-х годах это посчитали доказательством того, что кислород достигает максимальных глубин океана. Это подтвердило теорию глобальной циркуляции: холодные воды с поверхности опускаются вниз и насыщают дно кислородом.
Глотурия Stychopus fuscus на дне
В XXI веке биологи скептически относятся к этому наблюдению. Известно, что предел выживаемости рыб ограничен глубиной 8500 метров, — ниже этого давления белки в их клетках начинают разрушаться. Скорее всего, Пикар и Уолш заметили в мутном иле крупную голотурию (морской огурец), которая внешне напоминала плоскую рыбу.
Жизнь без Солнца
К 1970-м годам стало ясно, что океаническое дно геологически активно. В 1977 году экспедиция на Галапагосском рифте зафиксировала странные скачки температуры на глубине 2500 метров. Спустившись туда на аппарате «Алвин», учёные обнаружили трещины, из которых била тёплая мерцающая вода.
Вокруг этих гидротермальных источников, названных чёрными курильщиками, процветали плотные оазисы жизни. Так как в экспедиции не было биологов, первые образцы гигантских червей исследователям пришлось консервировать в водке из запасов корабля.
Это открытие перевернуло биологию. До 1977 года считалось, что любая жизнь зависит от энергии Солнца. В гидротермальных источниках базой пищевой цепи оказались бактерии-хемосинтетики, получающие энергию окислением сероводорода, выходящего из земной коры. Учёные описали новые виды:
- Трубчатых червей рифтий длиной до 2 метров, живущих исключительно за счёт симбиоза с бактериями.
- Белых моллюсков размером до 30 сантиметров, накапливающих серу в тканях.
- Бактерий, способных синтезировать органику при температурах до 120 °C.
Чёрный курильщик Candelabra
Это доказало, что жизнь может существовать за счёт геотермальной энергии. Теперь аналогичные экосистемы надеются найти под ледяными щитами спутника Юпитера Европы и спутника Сатурна Энцелада.
Геология и сокровища абиссальных равнин
Помимо биологии, аппараты позволили вживую изучить процессы формирования земной коры. Во время проекта FAMOUS учёные увидели на дне округлые базальтовые образования — подушечные лавы. Это стало прямым подтверждением гипотезы спрединга, согласно которой океаническая кора рождается в срединных хребтах и расходится в стороны как гигантский конвейер. Именно поэтому на морском дне нет пород старше 200 миллионов лет.
Ещё одним важным геологическим открытием стало подробное изучение марганцевых конкреций, впервые найденных в XIX веке. Эти чёрные округлые образования покрывают до 30% дна равнин океана. Помимо гигантских количеств марганца, в их состав входят никель, медь и кобальт. Сейчас тихоокеанская зона Кларион-Клиппертон рассматривается для промышленной добычи этих металлов, так как их запасы там превышают наземные в десятки раз. Но начало работы сдерживается серьёзными экологическими рисками: донные комбайны могут уничтожить неизученные микроорганизмы.
В итоге
Глубоководные экспедиции доказали, что океан — это не мёртвая и тёмная бездна, а сложная динамичная система. Аппараты прошлого века подготовили почву для современных исследований, которые сейчас продолжают открывать новые виды бактерий и более сложных организмов даже на самых максимальных глубинах.
Затерянные миры: 4 места на Земле, куда не ступала нога человека