Исследования Мирового океана в XIX в.

К XIX в. уже стало известно, что почти 3/4 поверхности земного шара занимает Мировой океан. В XVII—XVIII вв. были объяснены причины приливов в океане и ветровых волн. В XVIII в. сделаны первые попытки измерить температуру воды на различных глубинах океанов и морей, но систематическое изучение океана, его глубин и течений, ветров и атмосферных условий, его природных богатств началось только в XIX в.

Очень много в исследовании Мирового океана сделали русские моряки. В первой половине XIX в. они совершили около 40 кругосветных плаваний. Эти плавания были вызваны необходимостью наладить транспортные морские связи с русскими владениями на Аляске, Алеутскими и Курильскими островами. Но попутно мореплаватели открыли сотни новых островов, части побережий материков и т. д. Кругосветные плавания русских моряков благодаря гидролочическим наблюдениям имели очень большое значение для развития только зарождавшейся тогда океанографической науки.

Карта маршрута первого русского кругосветного плавания И. Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского (1803—1806 гг.).

Начало океанографическим исследованиям положила первая русская кругосветная экспедиция на шлюпах «Надежда» и «Нева», предпринятая под командованием Ивана Федоровича Крузенштерна и Юрия Федоровича Лисянского в 1803—1806 гг. Со шлюпа «Надежда» Крузенштерн, и астроном экспедиции Горнер изучали температуру воды на различных глубинах от поверхности до 366 м, ее удельный вес, наблюдали свечение моря, приливы и течения в Атлантическом и Тихом океанах, Балтийском, Охотском, Японском и Южно-Китайском морях. Они установили, что соленость воды в морях ниже, чем в океанах, а соленость Тихого океана ниже, чем Атлантического. Ученые объяснили это явление неодинаковой величиной испарения на различных широтах океана и большим влиянием речного стока на соленость морей. Экспедиция открыла в Тихом океане бухту Чичагова у берегов острова Нукухива в группе Маркизских островов и острова, названные позднее именами Лисянского и Крузенштерна. Кроме того, мореплаватели определили и исправили на картах положение более 100 географических пунктов в Японском и Охотском морях и в Тихом океане, сделали зарисовки природы островов и собрали различные коллекции.

После плавания И. Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского глубоководные исследования стали обязательными в программе работ многих русских и иностранных экспедиций XIX в.

Изучение природы океана продолжила в 1815 — 1818 гг. русская кругосветная экспедиция на бриге «Рюрик» под командованием спутника Крузенштерна Отто Евстафъевича Коцебу. Это была первая экспедиция, специально снаряженная для научных исследований малоизвестных районов Тихого океана. Участники экспедиции сделали более 300 измерений температуры и плотности воды на поверхности океана, 83 измерения температуры на различных глубинах до 1829 м, впервые провели наблюдения над прозрачностью воды, подтвердили и пополнили наблюдения Крузенштерна и Горнера о неравномерном вертикальном распределении температуры воды в океанах и морях.

У выхода из Берингова пролива в 1816 г. были открыты и исследованы острова Сарычева, Шамиссо, заливы Шишмарева и Коцебу.

Экспедиция Коцебу должна была также отыскать путь из Берингова моря в Атлантический океан вдоль северных берегов Северной Америки, но этому помешали сплошные льды. В 1817 г. участники экспедиции описали и нанесли на карту острова Суворова и Кутузова в группе Маршалловых островов, острова Румянцева, Чичагова и много других. Коцебу первый описал коралловые острова и высказал гипотезу об их образовании.

Наиболее выдающимся по научным результатам было плавание в Антарктиду русских моряков Фаддея Фаддеевича Беллинсгаузена и Михаила Петровича Лазарева в 1819—1821 гг. на двух шлюпах — «Восток» и «Мирный». Целью экспедиции было исследовать неведомые воды Антарктики и обнаружить сушу у Южного полюса Земли. Это было очень смелое и рискованное плавание. Русские моряки впервые встретились с суровой антарктической природой. Они пробивались вперед в хаосе огромных ледяных полей, в обстановке неизвестных морских течений, часто меняющихся ветров, густых туманов и почти непрерывной облачности. 28 января 1820 г. на 69^о22' ю. ш. и 2°15' з. д. участники экспедиции подошли к берегам Антарктиды. Этот день считается датой одного из величайших географических открытий — открытия последнего, шестого континента. Впервые люди, увидели южную границу вод Мирового океана, но подойти к ней из-за преграждающих путь льдов не смогли. «Восток» и «Мирный» обследовали гораздо большее пространство за южным полярным кругом, чем это было сделано их предшественником Джемсом Куком в 1772—1775 гг. Они наблюдали за антарктическими льдами и айсбергами, провели метеорологические и океанографические наблюдения, открыли и нанесли на карту многочисленные острова. 10 января 1821 г. экспедиция Беллинсгаузена и Лазарева достигла самой южной точки своего плавания в Тихом океане — 69° 21' 42" ю. ш., 92° 38' 7" з. д. К северо-востоку от этой точки они открыли острова Петра I и Землю Александра I. Далее суда направились к Новой Шетландии, случайно открытой в 1819 г. англичанином У. Смитом. Оказалось, что эта земля представляет собой архипелаг, который был назван Южно-Шетландскими островами. Многие из этих островов названы в память о битвах Отечественной войны 1812 г.

Первые достаточно точные измерения температуры глубинных слоев воды были сделаны во время второго плавания О. Е. Коцебу на шлюпе «Предприятие» в 1823—1826 гг. Научные исследования в экспедиции проводили крупные ученые — физик Э. Ленц, астроном В. Прейс, геолог Э. Гофман. Точность наблюдений была достигнута благодаря изобретенному Ленцем батометру — прибору для взятия проб воды с глубин океана. Опущенный на тросе на ту или иную глубину, он набирал воду и приносил ее без примеси вышележащего слоя воды и с той температурой, какая была на глубине, где брали пробу. С помощью этого прибора Ленц наблюдал в различных точках океана температуру воды по вертикали до глубины 1972 м. Во время плавания определялось географическое положение островов и береговых пунктов на материках, магнитное склонение. Одновременно определялся удельный вес воды, который служит показателем ее солености.

Морские исследования в то время проводили экспедиции многих стран мира, и в их программу также включались глубоководные наблюдения в океанах.

В 1819—1820 гг. во время поисков Северо-Западного прохода из Атлантического океана в Тихий английская экспедиция Уильяма Эдуарда Парри на судах «Гекла» и «Грайпер» провела глубоководные измерения температуры воды в северной части Атлантического океана. Парри измерил температуру воды в самой северной в то время точке измерения — на 69° 24' с. ш. и 67° 05' з. д. Такие же наблюдения проводились в 1825—1828 гг. на английском судне «Блоссом» под командованием Фредерика Бичи в Атлантическом и Тихом океанах и в Беринговом море.

Такими навигационными приборами и картами пользовались мореплаватели XVIII—XIX вв.

Французская экспедиция Жюля Дюмон-Дюрвиля на судне «Астролябия» в 1826—1829 гг. вела исследования в трех океанах. Она провела первые глубоководные наблюдения в морях Восточно-Индийского архипелага и нанесла на карту северные берега Новой Гвинеи и Новой Зеландии.

Интересные и важные результаты научных исследовании получила английская экспедиция 1831 — 1836 гг. на судне «Бигль» под командованием Роберта Фиц-Роя. Экспедиция провела обширные глубоководные наблюдения, а также общегеографические, этнографические и геологические исследования. На борту корабля экспедиции находился знаменитый естествоиспытатель Чарлз Дарвин, тогда еще молодой ученый. Его заинтересовали встречающиеся в океане коралловые острова.

Во время плавания участники экспедиции обнаружили в низких широтах восточной части Тихого океана холодноводных антарктических пингвинов. Дарвин заинтересовался, каким образом они могли попасть сюда. Загадка была решена. Оказалось, что антарктические пингвины попадают сюда с потоком холодных вод, которые движутся от Антарктиды в направлении к экватору.

Первая половина XIX в. завершилась крупным географическим открытием русской экспедиции Геннадия Ивановича Невельского на судне «Байкал» в 1848—1849 гг. Плавая вдоль берегов Сахалина и западной части Охотского моря, Невельской достиг устья Амура, тщательно измерил глубину реки, оказавшуюся достаточно глубокой для морских судов, и открыл судоходный пролив между материком и Сахалином. Таким образом, он опроверг утвердившееся мнение о недоступности устья Амура для морских судов и доказал, что Сахалин отделен от материка судоходным проливом.

Корабль И. Ф. Крузенштерна — шлюп «Надежда».

В первой половине XIX в. были осуществлены важнейшие океанографические исследования. Этому способствовали разработанные русскими учеными приборы для измерения температуры воды в океане и для наблюдений за колебаниями его уровня. В 1832 г. профессор Тартуского университета В. Паррот и физик Эмилий Христианович Ленц разработали новый тип батометра: соединили его с термометром, изолированным от влияния давления воды. Они сконструировали также первый глубомер — устройство для погружения в толщу воды измерительных приборов и для определения глубины моря. В 1839 г. русский ученый-мореплаватель Федор Петрович Литке предложил создать прибор, записывающий уровень моря, — приливомер. Эту идею воплотил в жизнь академик Ленц. Под его руководством приливомер был построен и впервые установлен на берегах Тихого океана в Ново-Архангельске (Русская Америка), а затем на берегах Северного Ледовитого океана. В 1844 г. Литке опубликовал первые результаты исследования приливов в этих океанах.

Экспедиция на корабле «Нева» в 1804 г. достигла северо-западного побережья Америки. Здесь был основан Ново-Архангельск.

Благодаря довольно точной аппаратуре уже в первой половине XIX в. удалось накопить достаточно данных о вертикальном распределении температуры воды. В частности, много сведений об этом собрала австралийская экспедиция в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах, возглавляемая Вуллершторфом, на судне «Новара». Большую роль в накоплении данных наблюдений над вертикальным распределением температуры воды, метеорологическими элементами и течениями сыграли и другие экспедиции, в том числе экспедиции в высокие широты. Все эти данные легли в основу схемы вертикальной циркуляции в водах океана, разработанной Ленцем в 1845 г. В океане были обнаружены потоки теплых поверхностных вод, направленные от экватора к высоким широтам, и потоки холодных глубинных вод — из высоких широт к экватору. Схема Ленца впервые объясняла теплообмен между поверхностными и глубинными водами океана и между водами низких и высоких широт.

Очень плодотворным было плавание научно-исследовательского корвета «Челленджер» в 1872—1876 гг.

Во второй половине XIX в. ученые и моряки много думали о том, как повысить безопасность мореплавания. Капитанов кораблей призывали вести систематические наблюдения над всеми явлениями, которые могут иметь значение для безопасности кораблевождения. В это время создавались специальные отделы в гидрографических управлениях и адмиралтействах: в них стекались с кораблей результаты наблюдений над силой и направлением ветра, течениями и туманами, льдами и подводными банками и др. Наблюдения проводились не только на торговых, но и на военных судах разных стран. С 1853 г. по решению Первой международной морской конференции для таких наблюдений была разработана специальная программа, данные наблюдений регулярно обрабатывались и на их основе создавались гидрометеорологические карты океанов и морей. На карты наносились характеристики ветра, течений и волнения, данные измерений температуры воды.

Карта маршрута плавания «Челленджера».

Это облегчило судовождение и обеспечило большую безопасность кораблей. Начало комплексным научным исследованиям в океане на специально оборудованных кораблях положила английская океанографическая экспедиция. Она проводилась с 1872 по 1876 г. на корвете «Челленджер»; руководил ею Уайвилл Томсон. Маршрут этой экспедиции лежал через Атлантический, Индийский и Тихий океаны. Экспедиция выполнила широкую программу метеорологических, океанографических, биологических и геологических наблюдений. Собранный материал был так велик, что обработкой его занимались 70 ученых в течение 20 лет. Были получены совершенно новые данные о физических свойствах и химическом составе вод океана, о его растительном и животном мире, о рельефе дна и грунтах. Впервые была составлена карта глубин трех океанов — Атлантического, Индийского, Тихого — и собрана первая коллекция глубоководных животных.

Материалы экспедиции и сделанные на их основе теоретические выводы не потеряли своей ценности до настоящего времени. Одновременно с «Челленджером» в 1874—1876 гг. работали немецкая кругосветная океанографическая экспедиция, а в северной части Тихого океана — американская экспедиция.

Изучая рельеф дна для прокладки кабеля между Сан-Франциско и Японией, американские ученые обнаружили у восточных подводных склонов Курильских островов глубоководную впадину, получившую название Курильской.

В 1874 г. все собранные к этому времени данные глубоководных наблюдений за температурой воды обобщил английский ученый Джон Приствич. Он впервые построил профили вертикального распределения температуры воды, так называемые вертикальные разрезы Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Они наглядно показали, как распределяются в океанах слои воды с различными температурами.

Наиболее крупный вклад в исследование океана в конце XIX в. внесли русская экспедиция на корвете «Витязь» (1886—1889) и экспедиция США на судне «Альбатрос» (1883—1905).

Кругосветная экспедиция на «Витязе» под руководством ученого-океанографа, впоследствии адмирала, Степана Осиповича Макарова исследовала Тихий океан и другие районы Мирового океана. Долгое время экспедиция изучала его северную часть и в частности такие районы, которые не посещало ни одно океанографическое судно. «Витязь» был оборудован специальными приборами для океанографических наблюдений, которые велись на всем пути его следования.

По окончании плавания Макаров тщательно обработал огромный материал наблюдений, проведенных на «Витязе»; он впервые дал полную океанографическую характеристику северной части Тихого океана. Кроме того, он изучил и проанализировал судовые журналы многих кругосветных путешествий не только русских, но и иностранных судов и установил закономерности природных процессов Мирового океана в целом. Так, Макаров впервые пришел к выводу, что поверхностные течения во всех морях Северного полушария имеют, как правило, круговое вращение и направлены против часовой стрелки. В Южном же полушарии течения движутся по часовой стрелке. Макаров верно определил, что причина этого явления — отклоняющая сила вращения Земли (закон Кориолиса, согласно которому все тела при движении отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном — влево). Результаты этой экспедиции имели настолько большое значение, что название корвета «Витязь» высечено рядом с «Челленджером» на фронтоне океанографического музея в Монако — старейшего океанографического учреждения мира.

Экспедиция на «Альбатросе» работала в Атлантическом и Тихом океанах под руководством известного зоолога А. Агасицы. Ею был собран большой материал океанографических и биологических наблюдений; особенно ценными оказались биологические исследования: были открыты новые виды живых организмов и закономерности их развития.

На основании собранных к концу XIX в. сведений об океане были составлены карты поверхностных течений, карта распределения температуры воды на различных глубинах и карты рельефа дна, даны описания природных условий океана и вскрыты некоторые закономерности развития в нем тепловых и динамических, а также химических и биологических процессов.

Таким образом, в Конце прошлого века были заложены основы для целостного изучения всей природы океана.