Курсовая работа (т): Анализ современных исследований Тихого океана

На акватории Тихого океана можно выделить четыре тематических направления рейсов:

·  Гидрофизическое направление (10);

·        Геолого-геофизическое (один геохимический рейс) направление (12);

·        Гидробиологическое направление (5);

·        Комплексное (географическое) направление (1) (см. табл. 1.1).

Рис.1.8 НИС «Дмитрий Менделеев» в Тихом океане, 1978 г. [6].

Как видно из вышеприведенной таблицы, НИС «Витязь» и «Дмитрий Менделеев» провели комплексное исследование вод Тихого океана. В ходе этого исследования было сделано ряд открытий, которые позволили людям больше узнать о Тихом океане - его строении, физических и химических свойствах, структуре дна, биологическом разнообразии. Также, благодаря этим исследованиям, были расширены знания о механизме тектонических движений в земной коре.

Западноевропейские кругосветные экспедиции 1950-2010 гг. могут занять третье место в картине исследования Тихого океана. Если сравнить три известные кругосветные экспедиции - шведскую на судне «Альбатрос» (1947-1948 гг.), датскую на судне «Галатея» (1950-1952 гг.) и британскую на судне «Челленджер-II» (1950-1952 гг.), с работами НИС «Витязь» и «Дмитрий Менделеев», то можно обнаружить существенные различия, как в длительности экспедиций, так и в характере выполняемых исследований. Прежде всего, экспедиции проходили на судах небольшого тоннажа, длились они менее двух лет, небольшой состав научного персонала занимался только отдельными проблемами физической океанографии.

Первое крупное плавание после второй мировой войны совершила шведская океанографическая экспедиция на судне «Альбатрос» (водоизмещение 1450 т) под руководством Ганса Петтерсона. Целью исследователей было изучение истории Мирового океана. Основной задачей экспедиции было изучение осадкообразования на больших глубинах Тихого океана, установление характера грунтов, а также измерение радиоактивности их вод и грунтов. На «Альбатросе» впервые с успехом была применена длинная грунтовая поршневая трубка конструкции Кулленберга, служившая для отбора колонок донных отложений. Экспедиция провела несколько глубоководных тралений в Тихом океане на глубинах до 7600 м. Также был выполнен комплекс метеорологических и океанографических наблюдений в тропических и экваториальных широтах. В Панамском канале экспедиция установила, что по сравнению с Атлантикой рыхлые осадки в Тихом океане существенно моложе, причём нередко чередуются с прослоями вулканической лавы [2].

Рис.1.9 Исследовательское судно «Альбатрос III», 1948 г. [16].

Перед экспедицией на датском судне «Галатея» (водоизмещение 1630 т) стояли задачи по изучению жизни на больших глубинах. Этой экспедиции удалось в Тихом океане, в Филиппинской впадине, выловить тралом донных обитателей с больших глубин. В 1949 г. датское экспедиционное судно подняло драгу с глубины 10190 м. В ней обнаружились 25 морских анемонов, 75 голотурий, 5 двустворчатых раковин, другие живые существа. Это открытие доказало наличие жизни на больших глубинах [2].

Рис.1.10 Судно «Галатея», изображение в музее Мирового океана, 1986 г.[16].

Британская экспедиция на судне «Челленджер II» (водоизмещение 1140 т) выполнила океанографические и гидробиологические исследования, имея в своем составе всего лишь 5 научных работников. Маршрут «Челленджера» в основном повторял путь «Альбатроса», но задачи экспедиции были другие. Ученые во главе с Т.Ф. Гескеллом впервые применили сейсмозондирование. По результатам исследований были построены десятки разрезов толщи земной коры. Полученные данные позволили объяснить, как образовались основные формы рельефа морского дна. В 1951 г. Марианская впадина была исследована судном, в честь которого самая глубокая часть впадины получила название «Разлом Челленджера». Экспедиция подтвердила предположение, что все океаны имеют центральные хребты, связанные с неустойчивостью обширного и ровного дна океана [18].

Рис.1.11 Судно «Челленджер II» [16].

В целом за рубежом в послевоенные годы усиливаются океанологические исследования Тихого океана. Кругосветные плавания приносят чрезвычайно много новых сведений о рельефе дна океана, о донных отложениях, о жизни в океане, о физических характеристиках его вод [18].

Крупнейшая в мире зона кислородного минимума находится в восточной части Тихого океана у берегов Перу и Эквадора. Именно она стала целью четырехмесячной экспедиции немецких океанологов из института Лейбница г. Киль на НИС «Метеор» [31].

Рис. 1.12 НИС «Метеор» [28]

Одним из основных вопросов, стоящих перед исследователями - как изменяются подобные зоны в результате изменения климата?

Океанологи рабочей группы "Климат - биогеохимические взаимодействия в тропических океанов" (SFB 754) исследовали это явление и провели четырехмесячную экспедицию в крупнейшую в мире зону кислородного минимума в восточной части Тихого океана.

С середины октября 2008 по февраль 2009 года в общей сложности четыре группы геологов, геохимиков, океанографов, биологов и метеорологов из SFB 754 работали на немецком исследовательском судне METEOR и провели массу физических, химических и биологических измерений, которые способны дать ответ о состоянии Тихоокеанской зоны кислородного минимума.

Первое сравнение текущих данных с результатами измерений, сделанных в 1993 году в открытой части Тихого океана показало, что в экваториальной области содержание кислорода в воде уменьшилось. В то же время измерения, проведенные южнее, показали увеличение объемов кислорода. Этого, однако, не достаточно, чтобы отрицать общее снижение уровня кислорода в Тихом океане, так как общая тенденция допускает краткосрочные пространственные и временные отклонения.

Ближе к перуанскому побережью зона кислородного минимума находится в районе, в котором богатые питательными веществами водные массы поднимаются с глубины более 150 метров на поверхность и являются там причиной очень высокой биологической продуктивности. После смерти организмов бактерии создают большое количество органического материала, потребляя при этом кислород, который необходим морской флоре и фауне, чтобы выжить.

Еще одна неожиданность ждала микробиологов: наряду с обычным высоким уровнем хлорофилла, наблюдаемым у поверхности - здесь живет растительный планктон - был зафиксирован второй максимум на глубине 100 метров, то есть в центре кислородного минимума. Предположительно, там существует сообщество фотосинтезирующих водорослей (цианобактерий и сине-зеленых водорослей), о которых в этом регионе до сих пор ничего не было известно.

Поскольку до настоящего времени были проведено совсем немного натурных измерений содержания кислорода, трудно, оперируя этими данными, делать выводы о долгосрочной изменчивости. Для этого нужны исторические климатические данные, такие как осадочные керны. Почти 400 метров кернов были подняты на борт в ходе экспедиции М 77.

В ходе экспедиции немецкие океанологи сотрудничали с перуанским морским научно-исследовательским институтом IMARPE (Instituto del Mar del Perú) [31].

В этой главе дается представление о поэтапном исследовании Тихого океана в современный период. Рассматриваются такие персоналии, как Тур Хейердал, Жак-Ив Кусто. Анализируется работа НИС и отдельных научно-исследовательских судов.

Глава 2. Ход исследования Тихого океана

В силу стремительности и неравновесности процессов самоускоряющегося роста и его внезапного прекращения при демографическом переходе будут нарушаться те длительные, создававшиеся веками исторического процесса, связи не только на уровне человека, личности и общества, но и на более высоком уровне стран и государств, в масштабах мировой истории. Иными словами, в мире сейчас скорее будут главенствовать центробежные силы, а не центростремительные, организующие и самоорганизующие факторы как тенденции глобального развития [7].

Рис. 2.1 Рост численности населения [7].

2.1 Этапы: предпосылки, уровень технологий, география исследования и хронология исследования

История исследования Тихого океана делится на 7 периодов: от древних плаваний до 1749 г., с 1749 г. до 1873 г., с 1873 г. по 1939 г, с 1939-го г. до 1973, с 1973-го г. до 1984-го г., с 1984-го г. до 1998 и, наконец, с 1998 г. до 2012-го.

Начались исследования Тихого океана советскими экспедициями на судах «Витязь» (1949), «А.И. Воейков» (с 1959), «Ю.М. Шокальский» (1960), «Академик Сергей Королев» (1970), на которых впервые стал проводиться широкий комплекс геофизических исследований, направленных на изучение гидросферы и высоких слоев атмосферы. Одновременно велись исследования экспедициями США на судах «Horizon» (Хорайзн) (1946), «Hew М. Smith» (Хью М. Смит) (1950), «Spenser F. Berd» (Спенсер Ф. Бэрд) (1946) и других, Великобритании - «Challenger II» (Челленджер II) (1950-52), Швеции - «Albatros III» (Альбатрос III) (1947-48), Дании - «Galatea» (Галатея) (1950-52) и многие другие.

Особое значение имели наблюдения по плану «Norpac» (Норпак) (август 1955) и «Ecvapac» (Эквапак) (в последующие годы), по программе Международного геофизического года (МГГ) и Международного геофизического сотрудничества (с 1957), а также по программе Международных исследований Куросио и прилегающих районов (с 1965). Выполнение этих программ позволило объединить и синхронизировать работу большого числа экспедиционных судов различных стран. Наибольшую активность в изучении подводного рельефа Тихого океана в период Международного геофизического года проявили США (экспедиции на судах «Спенсер Ф. Бэрд», «Хорайзн», «Вима», «Атка», «Глейшер» и другие) и Советский Союз (наиболее важные результаты были получены в экспедициях на «Витязе» и «Оби»).

Рис. 2.2 Регионы исследования Тихого океана в различные годы [сост. автором по 23].

Материалы, собранные в период МГГ, дали возможность составления новых батиметрических и морских навигационных карт Тихого океана. Большую ценность представляют также работы по глубоководному бурению, проводимые с 1968 на американском судне «Гломар Челленджер», работы о перемещениях водных масс на больших глубинах, биологические исследования [22].

.2 Ключевые направления, цели исследования регионов Тихого океана различными государствами

До 1749-го года направлениями исследований были, главным образом, освоение морских путей, торговля с другими народами, а также создание колоний.

С 1789-го по 1873 гг. год проводились специализированное изучение поверхностных вод океана.

С 1873-го по 1939 гг. проводились исследования с целью промыслового изыскания.

С 1939-го по 1973 гг. создаются сети маршрутных сетей.

С 1973 по 1984 гг. создаются сети стационарных наблюдений со спутниковым контролем.

С 1984-го до 1998 гг. происходит систематизация накопленных знаний.

С 1998 по 2012 гг. комплексное изучение, интегрирование всех знаний.

Направлениями современных исследований Тихого океана будут являться следующие: региональная тектоника, геология, геофизика и геохимия морского дна, гидротермальные системы, физические свойства поверхности океана и коммерческая эксплуатация ложа океана.

2.3 Региональное деление и районирование Тихого океана

Природа Мирового океана, также как и природа суши, подчинена закону географической зональности. Зональность океана - основная закономерность распределения всех свойств в водах Мирового океана, проявляющаяся в смене физико-географических поясов до глубины 1500-2000 м. Но наиболее отчетливо эта закономерность наблюдается в верхнем деятельном слое океана до глубины 200 м.

Прежде всего, выделяются крупнейшие единицы районирования: Атлантический, Северный Ледовитый, Тихий, и Индийский океаны. Океаны разделяются на физико-географические пояса, которые характеризуются специфичностью протекающих природных процессов. Границы этих поясов в ряде случаев существенно отклоняются от широтного направления, что связано, в основном, с характером горизонтальной циркуляции в том или ином районе Мирового океана. В конкретных частях географических поясов выделяют районы, в которых природные процессы обусловливаются своеобразием географического положения этих районов по отношению к материкам и островам, их глубинами, системами ветров и т.д. Это своеобразие особенно ярко проявляется в приматериковых частях поясов [1].

Цикл работ по районированию океана, проведенный ГОИНом, завершается изданной в трудах этого института в 1975 г. монографией В.М. Грузинова «Фронтальные зоны Мирового океана». В этой работе проводится мысль, что естественными границами основных океанических районов служат фронтальные зоны, которые, по мнению этого автора, совпадают с границами географических поясов. Тем самым океан разделяется В.М. Грузиновым на относительно однородные области, и однородность оказывается основным принципом разделения.

Рис. 2.3 Океанические фронты и водные массы (по Степанову, 1974) [9].

- океанические фронты: Э - экваториальный; СбЭ - субэкваториальный; Тс - тропический северный; Тю - тропический южный; СбАр - субарктический, СбАн - субантарктический; Ар - арктический; Ан - антарктический, 2 - водные массы (обозначения в кружках); Э - экваториальные; Тс - северотропические; Тю - южнотропические; Тар - тропические воды Аравийского моря; Тб - тропические воды Бенгальского залива; СбТе - субтропические северные, СбТю - субтропические южные; СбАр - субарктические; СбАн субантарктические; Ар - арктические; Ан - антарктические.

К сожалению, надо отметить, что понятие «фронт» не формулируется в современной океанологической литературе достаточно определенно, в связи с чем фронты проводятся конвергентно и дивергентно. Так, В.Н. Степанов считал, что «океанические фронты представляют собой пограничные зоны двух смежных макроциркуляционных систем и формирующихся в них водных масс» [9].

Леонтьев О.К. произвел районирование Тихого океана на основе зон растительности на суше.

Рис. 2.4 Физико-географические зоны на дне Тихого океана (по Леонтьеву, 1974) [9].

Северные пояса: 1 - полярный, 2 - субполярный, 3 - умеренный, 4 - субтропический, 5 - тропический, 6 - экваториальный; южные: 7 - тропический, 8 - субтропический, 9 - умеренный, 10 - субполярный, 11 - полярный.

В 1985 г. Д.В. Богданов пришел к идее разделения океана на районы однородные в отношении преобладающих в них природных процессов.

В предложенной им схеме за основной критерий принята характеристика термохалинной структуры и, в какой-то мере, основные течения (рис. 2.5) [1].

Рис. 2.5 Районирование Тихого океана (Д.В. Богданов, 1985) [1].

Д.В. Богданов в Тихом океане выделил (с севера на юг) следующие природные зоны (Рис. 2.5.), хорошо согласующиеся с природными зонами суши:

северную умеренную СУ с температурой вод 5-15°С; соответствует умеренной (тайге, широколиственными лесам, степи) зоне;

северную субтропическую ССТ, совпадающую с квазистационарными областями высокого давления (Азорским и Гавайским максимумами); соответствует сухим и влажным субтропикам и северным областям пустынь;

северную тропическую (пассатную) СТ, находящуюся между среднегодовыми северной и южной границами пассата; соответствует тропическим пустыням и саваннам;

экваториальную Э, несколько сдвинутую к северу вместе с термическим экватором и характеризующуюся очень теплыми (27-29°С) распресненными водами; соответствует влажным экваториальным лесам;

южную тропическую (пассатную) ЮТ; соответствует саваннам и тропическим пустыням;

южную субтропическую ЮСТ, проявляющуюся менее отчетливо, чем в северном полушарии; соответствует сухим и влажным субтропикам;

южную умеренную ЮУ, расположенную между субтропической конвергенцией и антарктической конвергенцией; соответствует умеренной, безлесной зоне;