ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.

В отличие от других планет Солнечной системы (в том числе и так называемого земного типа: на Венере воды мало, и она находится в газообразном состоянии; на Марсе воды тоже мало, и она сконцентрирована в полярных шапках и вечной мерзлоте) только на Земле образовался и развился океан. Несмотря на непосредственную связь возникновения океана с происхождением Земли, планет и Солнечной системы, его развитие имеет вполне земную историю. Не все в этой истории ясно науке до сих пор. Продолжаются споры по поводу механизма и продолжительности времени образования колоссальных масс воды, сравнительно недавно отказались от предположения о большей древности пород океанического дна, чем пород материков, отсутствуют точные оценки влияния жизни в океане на его солевой состав и геологические процессы. Но познание океана продолжается и приносит постоянно все новые и новые истины, иногда и отрицающие старые.

Изучение истории образования и развития океана имеет большое практическое значение. Воспроизведение физико-химических условий в океане за прошедшие сотни миллионов лет помогает понять эволюцию жизни и способствует успехам в направленном воздействии на нее. Выявление основных черт древней циркуляции океанических вод, температуры и солености позволяет прогнозировать условия образования месторождений полезных ископаемых и способствует успехам в их разведке.

Какой была Земля в самом начале своего существования — этого в точности никто не знает. Расположение материков (да и их количество) с тех пор изменялось несколько раз, и какие материки были на Земле изначально и где они располагались — можно только предполагать. Но достоверно известно, что суша изначально была безжизненной, и жизнь могла зародиться только в воде. А вода, скорее всего, покрывала большую часть поверхности Земли. И вода эта была горячей, фактически — кипящей, потому что под тонкой (на дне океана) земной корой находилась расплавленная магма. Недаром русский ученый А. И. Опарин, занимавшийся в 20-х годах XX века проблемой происхождения жизни на Земле, назвал тот океан «первичным бульоном».

На сегодня существует множество гипотез образования Мирового океана. Самые распространенные гипотезы, которые дают представление об истории океанических бассейнов, связаны с гипотезами (сжимающейся Земли, расширяющейся Земли, дрейфа континентов, конвективных течений в мантии) и в какой-то мере с объединяющей результаты всех их — гипотезой тектоники плит.

Согласно гипотезе сжатия, самой распространенной, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими учеными Т.Ч. Чемберленом и Ф.Р. Мултоном, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под действием приливных сил из поверхности Солнца. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала их. Таким образом, Земля достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Оригинальна гипотеза происхождения материков и океанов, связанная с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера. Ученый считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Среди вопросов о происхождении океана важное значение имеет вопрос о первичности океанов, т. е. об их образовании одновременно с земной корой в процессе появления и формирования планеты или же вторичности океанов, - т. е. образования их в результате перестройки ранее создавшейся поверхности Земли. Мнения ученых о продолжительности времени образования планет сильно разошлись. Некоторые считают, что период образования длился около 0,6 млн. лет. У других эта цифра возрастает до 100 млн. лет. Но и большая из этих цифр не объясняет «избыточного» по сравнению с гипотезой разового образования Земли количества в верхних ее оболочках азота, углерода, хлора, серы, а главное, воды. Отсюда возникает предположение о пополнении океана водой в течение нескольких миллиардов лет, т. е. о так называемой дегазации мантии. Процесс дегазации состоит в том, что при движении из глубин Земли вода отделялась от других элементов в связи с изменением условий температуры и давления и конденсировалась на поверхности, образуя вместе с растворенными в ней соединениями океанический раствор.

Считается, что основная масса гидросферы образовалась примерно 600 млн. лет назад, а 250 млн. лет назад объем океана составлял более 90 % современного. Эти соображения позволяют сделать сразу два вывода. Океан в его современном виде достаточно молод, примерно в 16 раз моложе Земли, но вода — «тело океана», по выражению академика В. Г. Богорова, — имеет возраст, равный возрасту континентов.

Гипотеза тектоники плит и результаты глубоководного бурения дна океанов свидетельствуют о молодости древнейших коренных пород и отложений на его дне, возраст которых, вероятно, не превышает 200 млн. лет, что много меньше возраста пород континентов, превышающего 3,7 млрд. лет. Таким образом, вода оказалась гораздо древнее вмещающих ее пород.

Хотя происхождение океанических бассейнов остается пока тайной, картину того, как они заполнялись водой и как появлялись и исчезали океаны в геологическом прошлом Земли, можно представить себе более или менее точно. После образования земной коры, ее поверхность начала быстро охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага превратилась в воду, пролились первые дожди. Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были главным источником воды, которая заполнила океанические впадины. Море, таким образом, было детищем атмосферы, в свою очередь представлявшей собой газообразные выделения древней Земли. Часть воды поступала из недр Земли.

Солевой состав воды претерпевал эволюцию вместе с океаном и Землей. Свидетельством общности океанских вод и глубинных вод мантии является примерно одинаковое содержание в них девяти главных ионов: натрия, калия, магния, кальция, хлора, брома, оксида серы, гидрооксида и оксида углерода. Отличие состоит в меньшем содержании в морской воде азота и углерода.

Откуда в океан попали соли? Ученые предполагают, что в период образования земной коры и океана из вещества мантии вместе с парами воды выделялись кислые вулканические дымы, содержавшие соединения хлора, брома, фтора. Первые «порции» воды на поверхности Земли были кислыми. Эта первичная вода разрушала и выщелачивала недавно образовавшиеся базальты, граниты и другие кристаллические породы земной коры и извлекала из них щелочные элементы — натрий, калий, кальций, магний и др. Щелочные элементы входили в соединения с хлором и бромом и нейтрализовали раствор. С течением времени поступление кислых вулканических дымов уменьшилось, а выщелачивание пород суши продолжалось. Таким образом океанская вода постепенно накапливала соли и приобретала слегка щелочную реакцию, которая присуща ей и в настоящее время. Газы, не растворившиеся в воде, поступали в атмосферу. В первоначальной атмосфере Земли почти не было кислорода. Он возникал лишь в ничтожных количествах в верхних слоях атмосферы, где под действием ультрафиолетовых лучей водяные пары разлагаются на водород и кислород.

Переворот в химии океана и атмосферы произошел более 3 млрд. лет назад, когда в результате сложных процессов в морской воде образовались первые органические молекулы и возникла растительная жизнь. Благодаря этому в океане и в атмосфере появился свободный кислород, который выделялся все в большем и большем количестве в процессе фотосинтеза. Так создались необходимые условия для появления и развития животных организмов. При окислении соединений азота, выделявшихся из недр Земли, появился свободный азот. Как и кислород, он вошел в состав атмосферы и частично растворился в воде. Окисление первичных соединений углерода привело к образованию свободной углекислоты.

Примерно к началу палеозоя (500 млн. лет назад) океанская вода по солевому составу и содержанию в ней газов уже почти не отличалась от современной. Хлориды (соли соляной кислоты) составляют в ней сейчас 88,7 % всей солености, сульфаты (соли серной кислоты) — 10,8 %, карбонаты (соли угольной кислоты) — 0,3 % и остальные соли — 0,2%. Общее количество солей в Мировом океане достигает 5 10¹⁶ т. Содержатся в морской воде и некоторые непостоянно растворенные вещества, количество их невелико, но роль их огромна. Это прежде всего биогенные элементы: соли фосфора, азота, соединения кремния и кальция; затем так называемые микроэлементы, растворенные в океанской воде в очень малых или совсем ничтожных количествах. Всего в океанской воде пока обнаружено 70 химических элементов, но, вероятно, присутствуют все известные на нашей планете.

Очертания морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а дно старых поднималось и превращалось в сушу.

По мере того как из-за постепенной потери тепла расплавленные недра Земли уменьшались в объеме, происходило горизонтальное сжатие коры, которая деформировалась. Возникали складчатые горные цепи, оседания коры. В результате повторяющихся циклов сжатия и ослабления очертания больших океанических бассейнов претерпевали значительные изменения.

Тайна образования жизни на Земле пока не разгадана, но ясно, что жизнь — порождение океана. Вероятно, еще в первичном океане накопилась основная масса органических соединений, образовались исходные системы для возникновения жизни, возник обмен веществ с окружающей средой, что явилось необходимым -условием создания клетки и одноклеточных организмов. На следующем этапе возникли многоклеточные организмы, и еще в докембрии сформировались почти все высшие типы организмов. Иными словами, примерно 500 млн. лет назад жизнь на Земле была по разнообразию близка к современной. До половины всех существующих на Земле типов организмов встречаются только в море, а остальные и в море, и на суше.