Защо пробиват океанското дъно
Защо пробиват океанското дъно?
Учените отдавна обръщат внимание на поразителното сходство на очертанията на бреговете на Европа и Африка, от една страна, и Северна и Южна Америка, от друга.
Сега повечето учени смятат, че този и много други факти могат да бъдат обяснени в рамките на концепцията за тектониката на литосферните плочи. Същността на концепцията е, че външната обвивка на Земята с дебелина около 100 km, която се нарича литосфера, се състои от няколко големи плочи, движещи се една спрямо друга. Всички плочи лежат върху нагрят пластмасов слой - астеносферата, по която се плъзгат самите литосферни плочи.
Откъде идват силите, които предизвикват движението на плочите? Смята се, че тези сили се появяват в резултат на конвективни движения на разтопеното вещество на горната мантия на Земята, която се простира под литосферата до дълбочина 1000 km. По-топлата дълбока магма се издига, докато студените горни слоеве потъват надолу.
Вече е добре установено, че Атлантическият океан наистина се разширява и че Европа и Африка, които преди са били едно с двете Америки, сега се отдалечават от тях със скорост от няколко сантиметра годишно.
При създаването на концепцията за тектониката на литосферните плочи най-важна роля изигра проучвателното сондиране на океанското дъно и определянето на състава, възрастта и остатъчната магнетизация на изкопаните скални проби. Сега седиментният слой от скали е прокопан до подлежащата твърда основа на повече от 600 точки на океанското дъно.
Много в това отношение даде международното научно сътрудничество с използването на американския кораб за дълбоководни сондажи "Glomar Challenger" с водоизместимост 10 800 т. Оборудването, монтирано на кораба, позволи пробиването на кладенци дълбоко от повърхността на дъното.до 1000 m с дълбочина на океана над кладенеца до 6000 m.
На практика корабът пробива рекорден кладенец в Атлантическия океан в дебелината на дънните скали с дълбочина 1740 м при дълбочина на морето 3900 м. А най-голямата дълбочина на океана, на която е извършено сондирането, е 6243 м (в Индийския океан). Системата за динамична стабилизация, инсталирана на кораба, позволява пробиване при височина на вълната до 5 m, сила на вятъра 8–9 точки и течение до 1,5 възела (в същото време хоризонталните движения на кораба са не повече от 6% от дълбочината на морето в точката на пробиване).
Съветските учени участваха в много плавания на Glomar Challenger и въз основа на събраните там данни постигнаха значителни успехи в изучаването на миналото и настоящето на океанската земна кора.
Какво показа цялостното изследване на скални проби, взети от кладенци? Оказа се, че по време на сондирането не са открити скали, по-стари от около 200 милиона години. Но възрастта на Земята е повече от 4 милиарда години. Защо океанското дъно е постлано с толкова сравнително млади (в геологичен смисъл) скали?
Обяснението се дава от концепцията за тектониката на литосферните плочи. Преди около 220 милиона години всички континенти са образували единен родителски континент. След това се разпадна и започна разминаването на континентите. В резултат на това през последните милиони години земната кора под океана е напълно обновена. В момента Атлантическият и Индийския океан нарастват, докато площта на Тихия океан се свива. Австралия се движи на север със скорост от 6 см на година.
Тази хипотеза се потвърждава от анализа на остатъчната магнетизация на извлечените скали от различни възрасти. Факт е, че в района на средноокеанския хребет, където течната лава идва и идва от дълбините, тя се втвърдява и в нея се фиксира посоката на магнитното поле на Земята в момента на втвърдяване. Освен това, порадиКогато земната кора е била раздалечена, тези скали са били разположени на известно разстояние от оста на билото (оста на разширение). И тъй като беше установено, че в миналото магнитното поле на Земята многократно променяше знака си, зад тази застинала лава, близо до оста на разширение се появи по-късно застинала лава с обратна посока на намагнитване.
Окончателното доказателство за правилността на хипотезата за движението на литосферните плочи е получено, според академик Л. М. Бреховских, при пробиване на морското дъно в открития океан на изследователския кораб Glomar Challenger. В изкопаните колони, понякога достигащи дължина от 500 м, учените определят възрастта на седиментите. Естествено се оказа, че със задълбочаването се увеличава. На границата със скалата съответства на възрастта на скалата, определена от аномалиите на магнитното поле. Учените са получили равномерно увеличение на възрастта на скалите, тъй като точката на пробиване се отдалечава от оста на билото, където се е образувала нова земна кора. Така се доказва, че не само скалите, но и прилежащите към тях седименти са толкова по-стари, колкото по-далеч са разположени от оста на билото. Така се получиха категорични доказателства за съществуването на процес на раздалечаване на плочи и непрекъснатото формиране на земната кора под океана.
Изключителното значение на изучаването на океанското дъно за решаване на проблеми, свързани с историята на формирането и развитието на Земята, както и нейната вътрешна структура, накараха Академията на науките на СССР да повдигне въпроса за изграждането на съветски кораб за дълбоководни сондажи в океана. Правителството на СССР реши да построи такъв кораб за Института по океанология на Академията на науките на СССР и го пусна в експлоатация в средата на 90-те години.
Дълбоководните изследователски сондажи на океанското дъно имат конкретна цел да изучават структурата и историята на развитието на океанската кора, историята на отлагането на дънни седименти, процеситеобразуване на руда, неметални и горими минерали на океанското дъно. Оттук и съставът на научния комплекс, инсталиран на кораба.
Новият кораб ще може да сондира на дълбочина на океана от 6000 м в точката на пробиване, а максималната дълбочина на кладенеца може да бъде 1500 м. Това ще осигури непрекъснато вземане на проби от ядро (т.е. колона от скални слоеве по диаметъра и дълбочината на кладенеца) и изследването им на борда на кораба.
В бъдеще проектът предвижда използването на сондажна колона, изработена от тръби от леки сплави с повишена якост, работата на сондажно оборудване със сондажна колона с дължина до 11 000 м. Това означава, че при дълбочина на океана в точката на пробиване от 6000 м, дълбочината на самия кладенец ще бъде около 4000 м или повече.
Предвижда се пробите от извлечената керна да се обработват, изследват и съхраняват директно на кораба. Оборудването, предвидено за инсталиране на кораба, ще осигури геофизично изследване на зоната за сондиране, което се предполага, че ще бъде избрано предварително въз основа на резултатите от проучвания от специализирани геофизични кораби.
Подробно изследване на ядрото чрез различни методи - геофизични, геохимични и палеонтологични - ще даде възможност на учените уверено да преценят състава, свойствата и възрастта на подлежащите скали, да изяснят информацията за структурата на появата на седименти и подлежащи скали, изследвани преди това с геофизични методи. Цялата тази информация е от неоценимо значение за развитието на науката за външната кора на Земята, за структурата и историята на формирането на океанското дъно.
Но как да се гарантира, че сондажният съд се държи в дадена точка над кладенеца по време на сондажни операции? В крайна сметка вятърът, вълните, теченията винаги се опитват да отдалечат кораба от устието на кладенеца. Голямо разминаване може да доведе до неприемливо огъване и счупване.сондажна колона.
Конструкторите са разработили оригинална система за задържане на съда в точката на пробиване. За целта на него ще бъдат поставени пет реактивни тласкащи устройства (ПУ) - три в носа и два в кърмата. Работата им ще се контролира от система за динамична стабилизация.
Всеки PU е Т-образен канал в корпуса на кораба, във вертикалната част на който е монтиран витло с променлива стъпка с електродвигател с мощност 1400 kW, за да поеме вода изпод кила на кораба и да създаде стоп чрез изхвърляне на вода през един от хоризонталните клонове зад борда.
Сега нека се запознаем с предназначението на всеки компонент от сложна система за динамична стабилизация. При подготовката за сондиране на земята в избрания район на мястото на бъдещия сондаж ще бъдат монтирани три хидроакустични транспондерни маяка на разстояние не повече от 4000 м един от друг.
Корабът ще бъде оборудван с хидроакустична система Sukhona, предназначена да измерва времето на разпространение на акустични сигнали от маяците до хидроакустичните антени на кораба. След това компютърът на системата "Сухона" ще преизчисли времето на преминаване на сигналите в наклонени диапазони. В този случай ще се вземе предвид профилът на вертикалното разпределение на скоростта на звука във водата, зададен от оператора, предварително измерен със специално оборудване. Получената информация за диапазоните на наклона се предава на автоматизирания високоточен навигационен комплекс "Поиск" за показване на индикатора и последваща обработка.
Корабните хидроакустични антени ще бъдат монтирани в специални шумоизолирани откъм корабните помещения в пространството на двойното дъно във върховете на квадрат със страна 20 м, като центърът на квадрата ще съвпада с оста на шахтата на сондажната платформа.
Комплексът Poisk ще генерира данни за географскикоординати на хидроакустични транспондерни маяци и самия кораб, след което тези данни ще бъдат прехвърлени към системата за управление на техническите средства за динамична стабилизация (CS TS DS) "Селвинит".
Но това не е всичко. Непрекъснатото осигуряване на CS TS DS с информация за изместването на кораба от дадена точка в интервалите между корекциите от комплекса Poisk се извършва от специален жироинерционен комплекс Skif, където се интегрират ускоренията на кораба в три координатни равнини, когато се движи от дадена точка на сондиране.
Въз основа на информацията, получена от Poisk и Skif за отклонение на координатите и курса на кораба от зададените от оператора, както и като се вземат предвид данните за скоростта и посоката на вятъра, CS CS DS генерира и извежда управляващи сигнали към локалните системи за управление на главните двигатели с витла с променлива стъпка и водометни пускови установки. Принципът на действие на системата за динамична стабилизация на сондажния кораб е да противодейства активно (чрез работа в правилната посока на витлата на главните двигатели и реактивните пускови установки) на смущаващите ефекти върху кораба от вятър, течение и вълни.
Системата трябва да гарантира, че корабът се държи над кладенеца по време на сондажната операция на океански дълбочини до 6000 m с отклонение от зададената точка не повече от 3% от дълбочината (което е два пъти по-точно, отколкото при Glomar Challenger). Той ще определи и автоматично ще поддържа стойността на посоката на кораба, при която консумацията на енергия за компенсиране на външни смущения е сведена до минимум.
В допълнение към сондажната платформа, корабът ще разполага с комплекс от научни лаборатории за обработка, изследване и съхранение на извлеченото ядро. Когато се издига на повърхността, сърцевината първо се нарязва на машини за рязане на камък в надлъжна посока. Така се получават неговите колекционерски и работни части. колекционерска частопаковани в кашони и поставени в хамбар. И учените започват да изучават работната част.
Oki първо снима проби, измерва тяхната плътност и влажност, взема газови проби и петрографско описание (в този случай се уточняват структурата, условията на възникване и минералогичният състав).
Много е важно да се определят точно акустичните свойства на пробите от ядрото, скоростта на разпространение на звуковите вибрации в него. Това е изключително необходимо, за да се определи естеството на седиментните и подлежащите слоеве от известните акустични характеристики на пробите от керна чрез скоростта на акустичните вълни, естеството на тяхното пречупване и отражение по време на сеизмичните изследвания.
Правят се тънки срезове от основни проби за микроскопско изследване на структурата. Определят се механичните свойства на пробите. Особено важно е да се изследват проби от керна в палеонтологичната лаборатория на борда на кораба. Там се изследва видовият състав на останките от живи организми и се определя времето на тяхното пребиваване, тоест се определя времето на образуване на седиментния слой, откъдето е взета пробата от ядрото. Освен това се предоставя много важна информация чрез определяне на естеството на намагнитването на пробата. Много се изяснява в този случай от историята на долните слоеве. В крайна сметка базалтовите скали запазват магнитната ориентация, която са получили по време на излизането от земните недра на разтопената маса и нейното втвърдяване.
Разбира се, всички тези изследвания са планирани да бъдат извършени директно на сондажния кораб в корабните лаборатории по време на пътуването на експедицията.
Учените, разработващи методология за научни изследвания на борда на сондажен кораб, предвиждат инсталирането на набор от апаратура и оборудване за извършване на геофизични изследвания директно в кладенци, което значително ще повиши точността и информативността на приложенитегеофизични методи чрез елиминиране на деформиращия ефект на почвените слоеве, преминати от свредлото.
Дори от горното кратко описание става ясно, че ще бъде построен наистина уникален специализиран изследователски кораб, в дизайна и оборудването на който ясно ще се проявят всички постижения на науката и технологиите у нас през последните години.