Развитие океанографии после плавания Джеймса Кука
После плавания Джеймса Кука были введены многие улучшения в способах определений долгот в море благодаря изобретению французами Берту и Лероа хронометров, изданию англичанами «Nautical Almanach», изобретению секстанта, а также разработке способа определения разности долгот по наблюдениям лунных расстояний. Последнее стало возможным благодаря составлению Лапласом лунных таблиц, дававших места Луны гораздо точнее, нежели до тех пор было возможно.
Разделение океанов постепенно разрабатывалось французскими учеными Флерье и Мальте-Бреком, и, наконец, в 1845 г. Королевское географическое общество в Лондоне установило границы океанов, которые до начала XX столетия признавались всеми в науке; главное отличие от современного взгляда состояло в выделении Южного Полярного океана, ныне разделяемого между тремя другими океанами. Лучшего решения вопроса в то время нельзя было и ожидать; сведения о рельефе дна океанов, их физических свойствах и о движении вод в них почти вовсе отсутствовали, потому в вопросе о разделении Мирового океана на части приходилось руководствоваться из всех морфологических признаков наименее основательным — береговыми очертаниями.
Измерение глубин океанов в рассматриваемый промежуток времени значительно подвинулось вперед. Во-первых, в начале XIX столетия появились попытки измерения больших глубин; в плавании О. Коцебу и Э. Л е к ц а на Предприятии (1823—1826 гг.) принимали впервые во внимание поправки на отклонение линя от вертикального направления вследствие дрейфа корабля, а также поправки на укорачивание лотлиня от его намокания. Открытие Дж. Кл. Россом приема для замечания момента достижения лотом дна (1839—1843 гг.) и изобретение Брукоам лота с отделяющейся тяжестью (1854 г.) 1 дали в руки ученых мореплавателей верное средство для определения больших глубин.
Рельеф дна всех океанов, однако, несмотря на указанные усовершенствования в измерении глубин, не мог быть представлен вследствие крайне малого числа измерений. Только для части северного Атлантического океана, где в это время стали прокладывать первые телеграфные кабели благодаря измерениям английских и американских офицеров военного флота было определено столько глубин, что лейтенант американского флота Мори мог построить первую карту рельефа дна северного Атлантического океана (см. стр. 94); нанейуже встречаются глубины в 8200 м без вопросительного знака.
Рельеф дна других частей Мирового океана оставался почти неизвестным до плавания Challenger. Капитан английского военного флота, известный своими научными работами, Шерард Осборн перед отправлением Challenger (в ноябре 1870 г.) в своем обзоре рельефа дна Атлантического и Индийского океанов и Средиземного моря, основываясь на всей совокупности известных тогда материалов по рельефу дна океанов, указывает, что благодаря прокладке телеграфных кабелей наука обладает знанием некоторых профилей океанического дна с общим протяжением всего в 17 000 морских миль (31480 км), тогда как один Challenger прошел 68 900 морских миль, и по всем пройденным им путям можно составить подобные и лучшие профили, а по многим — настоящие гидрологические разрезы. В своем труде Шерард Осборк мог привести только семь профилей глубин: от Оркнейских островов к Лабрадору (Мак-Кликток, 1860 г.), от Ирландии к Ньюфаундленду (Дэйман, 1869 г.), от Франции до южных берегов Соединенных Штатов, продольный профиль Атлантического океана от м. Доброй Надежды до Англии (Шортланд, 1868 г.); в Индийском океане от Адена до Бомбея, от Мадраса до Пенанга поперек Бенгальского залива и, наконец, продольный профиль Средиземного моря. На основании этого материала и карты Мори он высказал несколько мыслей о характере рельефа дна Атлантического океана, в общем довольно верных.: О рельефе дна Тихого океана в это время ничего почти не было известно.
О средних глубинах по немногим линиям дуг больших кругов в Тихом океане еще кое-что знали, вычисляя их по наблюдениям скоростей волн от землетрясений; такие вычисления относятся к середине XIX столетия и позже.
Грунт дна в течение данного промежутка времени начал изучаться впервые, потому что до Кука никому и в голову не приходило им интересоваться, за исключением чисто навигационной точки зрения, как удобного или неудобного грунта для стоянки на якоре, хорошо ли он будет забирать или будет скользить, т. е. интересовались грунтом только на прибрежных глубинах.
Случаи доставания грунта дна со значительных глубин были и в начале XIX столетия (Джон Росс, 1817—1818 гг., в море Баффина с глубин до 1920 м). Профессор А. Бэш (Bache), начальник Coast and Geodetic Survey Соединенных Штатов, первый обратил внимание на интерес сохранения образцов грунта дна, получаемых при гидрографических промерах (1844 г.), но настоящие глубоководные образцы грунтов были получены только после изобретения лота Брука (1854 г.).
Образцы грунтов, добытые вдоль берегов Соединенных Штатов, исследованные под микроскопом проф. Б элей (1851 г.), уже показали ему, насколько значительную часть их составляли скопления известковых остатков скорлупок фораминифер, и тем большую, чем образец был взят дальше от берега и с большей глубины. Неорганические частички в образцах с малых глубин были окатаны, а с больших глубин — с острыми .краями. Позднее тот же Бэлей (1856 г.), исследуя образцы глубоководных грунтов (собранных Бруком в северном Тихом океане около Камчатки с глубин 1646 и 4338 м), нашел подтверждение своим взглядам, высказанным выше, и добавил, что в больших широтах органическая часть образцов грунта состоит главным образом из остатков мельчайших организмов, имеющих кремнистые скелетики, а не известковые.
Эренберг еще ранее (1836 г.), изучая осадочные породы, доказал, что они иногда почти сплошь образованы скоплениями остатков мельчайших и микроскопических скорлупок и скелетиков диатомовых водорослей, губок и радиолярий, а иногда глобогеринид. Этим он доказал впервые, сколь значительную роль играли эти микроорганизмы в образовании многих осадочных образований, входящих теперь в виде горных пород в состав земной коры. Исследования Бэлей показали, что подобные отложения образуются и в наше время на дне морей и океанов. Таким путем была создана тесная связь между геологией и океанографией.
Оставалось решить, где же эти организмы живут — на дне или в при-позерхностных слоях. Эренберг был того мнения, что эти организмы жили у дна океана, а Бэлей и с ним Мори держались противоположного мнения, полагая, что они живут в приповерхностных слоях.
Исследование грунта дна было тесно связано с изучением распространения органической жизни на глубинах; уже и в то время многие склонялись к мысли о возможности жизни на глубинах, несмотря на темноту и большое давление. В 1860 г. порча телеграфного кабеля между Сардинией и Африкой заставила поднять с глубины 2195 м около 70 км кабеля, к которому оказались приросшими многие организмы, особенно глубоководные кораллы, что окончательно доказало возможность существования жизни на больших глубинах.
Во второй половине XIX столетия Делесс (в 1.871 г.) издал первые карты распределения грунтов у берегов Франции и части Атлантического океана с некоторыми морями, с обозначением рельефа дна и характера грунтов, причем была сделана первая попытка разделения грунтов на разряды.
Температуры воды на глубинах за это время стали впервые исследоваться. Первые наблюдения вертикальных рядов температур были сделаны русскими моряками — Крузенштерном в 1803—1806 гг. во время первого русского кругосветного плавания, когда впервые был применен термометр Сикса (изобретен в 1782 г.) для наибольших и наименьших температур.
После Крузенштерна многие экспедиции производили наблюдения вертикальных рядов температур, но первыми по числу наблюдений и точности их идут наблюдения Коцебу на Рюрике (1815—1818 гг.), его же и Ленца на Предприятии (1823—1826 гг.), Дю-Пти-Туара (1836—1839 гг.), Дюмон Д' Юрвиля (1837—1840 гг.) и Келлета (1845—1851 гг.).
Первые достаточно точные наблюдения принадлежат Ленцу (1823— 1826 гг.), и им же вместе с Парротом были сделаны первые опыты над влиянием давления воды на показания термометра (в 1832 г.); но, по-видимому, первые термометры с предохранением шарика от давления воды были построены французами (Бунтеном), потому что Дю-Пти-Туар уже употреблял их (1836 г.).
Взгляды и гипотезы о распределении температур на глубинах. Первые идеи по вопросу о температурах на глубинах были высказаны А. Гумбольдтом (1812 г. и позже); он думал, что слои холодной воды на глубинах в малых широтах есть доказательство существования подводных течений от полюсов к экватору, а отсюда он заключал, что и вся масса вод океанов находится в постоянном движении.
Э. Ленц, первый доказавший неопровержимо существование холодных слоев (около 2—3°) на больших глубинах и, что особенно важно, постепенное понижение температуры в океанах с 'глубиной, сперва быстрое, а потом медленное, высказал совершенно такое же мнение, подтвердив его своими и всеми другими наблюдениями, имевшимися до 1835 г.2 По его мнению, теплые воды на поверхности должны расходиться от экватора к полярным широтам, откуда на глубинах холодные воды двигаются к экватору, где они и поднимаются на поверхность.
Результаты, полученные Ленцом в плавании на Предприятии (1823—1826 гг.) относительно низких температур на больших глубинах (около 1,7—2°,8С), были подвержены наблюдениями Дю-Пти-Туар а на Venus (1836—1839 гг.), также употреблявшего термометры, защищенные от давления.
Дюмонд' Юрвиль после его кругосветного плавания на Astrolabe (1826—1829 гг.), где он наблюдал температуры на глубинах не защищенными от давления термометрами, высказал мнение, что в океанах ниже 975 м до дна существует слой воды постоянной температуры около +4° С. Дж. Кл. Росс после своего антарктического плавания на Erebus и Terror в 1839—1843 гг.4 высказал такое же мнение, как и Дюмон д' Юрвиль, и даже указал, что в океане около 56° ю. ш. слой постоянной температуры +4° выходит на поверхность и отсюда к полюсу и к экватору углубляется; к полюсу над ним лежат воды более низких температур, а к экватору — более высоких. Мнения Дюмон д' Юрвиля и Росса были основаны не только на ошибочных слишком больших температурах вследствие давления воды на шарик термометра, но и на неверном представлении о температуре наибольшей плотности морской воды, которую они оба принимали одинаковой, как и для пресной. Хотя в это время (1828 и 1837 гг.) в науке уже были работы, указавшие, что наибольшая плотность морской воды бывает при температурах ниже нуля.
К этому же времени относится и первое объяснение явления постоянной температуры на глубинах Средиземного моря, что наблюдалось уже несколькими лицами. Первое объяснение этого явления было однако Араго, который сразу указал на верную причину — малую глубину Гибралтарского пролива, не дозволяющую воде более низких температур с глубин океана проникать в это море.
Определения температуры наибольшей плотности морской воды были предприняты Марсэ (1819 г.), затем Эрманом (1828 г.), но более обстоятельная работа такого рода была выполнена Депрецом в 1837 г. Он определил не только температуру наибольшей плотности морской воды определенной солености, но и точку ее замерзания и показал, что обе эти температуры зависят от степени солености.
Состав морской воды, ее соленость и удельный вес в течение рассматриваемого времени начали изучаться обстоятельно. Прежде всего появились наблюдения удельного веса. Первые охватившие большое пространство и замечательные по своей точности были сделаны Э. Лендом плавании на Предприятии (1823—1826 гг.), и на их основании им было высказало предположение о существовании по обе стороны экватора полос с наибольшим удельным весом и, следовательно, наибольшей солености, между тем около экватора лежит полоса с меньшим удельным весом и соленостью, а от 'полос наибольшего удельного веса к полюсам как удельный вес, так и соленость убывают. Это совершенно совпадает с современным взглядом на данный вопрос.
Первые попытки определения состава морской воды были сделаны еще в конце XVIII столетия, но вполне обстоятельная работа такого рода была выполнена только во второй половине XIX столетия Форшхаммером (1865 г.) на основании анализов многих образцов из разных мест океанов. При этом Фаршхаммер впервые установил постоянство химического состава морокой воды во всех местах Мирового океана, что подтверждено и новейшими исследованиями.
Цвет морской воды был впервые обследован Бунзеном, затем работы Тиндаля и других подвинули вопрос, но решен он был позже Шпрингом (1883 г.).
Прозрачность начали наблюдать в XIX столетии, первые наблюдения принадлежат О. Коцебу (1817 г.) во время его плавания на Рюрике.
Волнение впервые начало изучаться в XVIII столетии, первые исследования принадлежат Ньютону (1726 г.). Потом Лаплас и Лагранж подвинули вперед теорию вопроса. Первые опыты сделаны Фложергом в 1793 г. Более обстоятельно занимались этим вопросом Герстнер в 1802 г. и Пуассон в 1816 г. Затем братья Вебер издали в 1825 г. обширный труд о волновом движении частиц. Наблюдения над волнением в море начаты Уилксом во время его антарктического плавания (1838—1842 гг.). Обстоятельные наблюдения волнения в океанах были сделаны лейтенантом Пари в 1867-—1870 гг. К этому же времени относятся и теоретические труды Ранкина и опыты Фруда.
Приливы получили первое теоретическое объяснение в трудах Ньютона (1687 г. «Phil. nat. princ. math.», потом развитых Бернулли (1740 г.) и особенно Лапласом (1799— 1825 гг.), а потом Эри (1842 г.). Для практической стороны дела особенно много сделал Уевель (1833—1854 гг. в «Philosph. Tr.»), собравший много наблюдений над приливами и содействовавший увеличению их числа.
Течения в этот промежуток времени от конца XVIII до второй половины XIX столетия пользовались большим вниманием ученых; в это время началось научное их изучение, а следовательно, и возможность практических приложений выводов в мореплавании. Первое действительно научное исследование течений было предпринято Франклином5 (1770 г.), и им же были высказаны первые теоретические взгляды на причины течений. Затем Гумбольдт (1814 г.) среди своих многочисленных географических работ, между прочим, высказал мнение о существовании годовых колебаний в течениях. Реннель (1832 г.) составил первый атлас течений северного Атлантического океана, основанный на наблюдениях. Но особенно много для изучения течений сделал лейтенант американского флота Мори. Он собрал громадное количество наблюдений течений, обработал их, и, не довольствуясь этим, постоянно перерабатывая все увеличивающийся материал, он выпустил несколько изданий своей «Физической географии моря», а также и «Sailing directions», в которых помещена составленная им первая основанная на наблюдениях карта течений океанов.
К этим трудам в середине XIX столетия, присоединяются такие же, но позднейшие работы: английская — А. Финдлея и французская — Керхаллэ.
Здесь следует указать, что изучение течений было бы невозможно, если бы в рассматриваемое время мореходная и вообще астрономия не сделали больших успехов. К этому времени относятся: изобретение хронометров, улучшение астрономических отражательных инструментов, создание мореходных эфемерид и, наконец, теоретические исследования Лапласа, позволившие ему составить лунные таблицы, в свою очередь давшие возможность применять с успехом способ лунных расстояний для определения разностей долгот в мере.
Органическая жизнь в недрах океана и на его поверхности изучалась в рассматриваемое время впервые. Постепенно исследования показали, что прежние предположения о невозможности существования животных на больших глубинах совершенно произвольны, они были оставлены, и было доказано, что и на больших глубинах в океане существует органическая жизнь.
В начале и середине XIX столетия двое ученых оказали большое влияние на развитие океанографии. Один из них был А. Гумбольдт (1769—1859 гг.), охвативший все существовавшие тогда отрасли географии и везде подвинувший не только степень знаний, но и способы исследования много вперед. Им, между прочим, был предложен картографический способ изучения распространения физико-географических явлений (карты изотерм), который затем получил столь широкое распространение, сопровождающееся такими плодотворными результатами.
Еще большее влияние на развитие океанографии и столь тесно связанную с ней морскую метеорологию имел лейтенант Мори (Matthew, Fontaine Maury, 1807—1873). Он был первый, показавший воочию, какое большое значение имеют для успеха мореплавания производство правильных наблюдений над явлениями воздушного и водного океанов и их обработка, дающие единственный способ для облегчения и увеличения безопасности мореплавания — этого главнейшего способа сообщения и средства развития цивилизации. Лейтенанту Мори обязаны морская метеорология и океанография установлением правильного собирания материала плавающими судами. С этой целью по его почину. была созвана в 1853 г. Международная морская конференция в Брюсселе, которая установила по его плану однородную систему для судовых наблюдений и их записей, принятую флотами всего мира.
Мори распространял свои взгляды и результаты своих исследований с помощью двух родов трудов. В последовательных изданиях «Sailing directions» излагались им общие результаты и практические выводы, необходимые мореплавателям; в изданиях же своей «Phisical geography of the Sea» он разбирал широко все вопросы, относящиеся к науке о море. Последовательные издания этого последнего труда представляют, кроме того, и исторический интерес, показывая, как развивались океанография и морская метеорология в начале своего существования.
|
|
Читайте в рубрике «Исследования океанов»: |