Экспедиционные исследования в рейсах НИС «Дмитрий Менделеев» и их основные научные результаты

Научно-исследовательское судно Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии Наук «Дмитрий Менделеев» было построено в 1968 году и вышло в свой первый научный рейс в феврале 1969 года. Экспедиционные плавания продолжались в течение 24-х лет и завершились в 1993 году после рейса в Арктику. Всего за указанный период было выполнено 50 рейсов. Научными отрядами собран огромный материал по всем направлениям океанологической науки, приведший к ряду научных открытий и обобщениям теоретического порядка. Полученные данные послужили основой для многочисленных публикаций в нашей стране и за рубежом.

В настоящей работе делается попытка осветить главнейшие результаты исследований в океанах и морях по всем экспедиционным рейсам судна, сгруппированным по признаку тематической направленности, объединяя иногда некоторые направления в тех случаях, когда рейсы носили комплексный характер.

Прежде всего, следует сказать о I - ом рейсе «Дмитрий Менделеев» (1969 год, начальник Г.Н. Иванов-Францкевич), юбилей которого отмечался в ИО РАН в 1999 году. Рейс проходил в тропической полосе Атлантического океана и имел главной целью испытания на больших глубинах систем оборудования и приборов. В частности, было выполнено траление в глубоководном желобе Пуэрто-Рико. Попутно проводилось изучение пространственной структуры и динамики вод в пределах тропической полосы вод Атлантики. Проверка приборов, последующая доделка и усовершенствование оборудования, в том числе палубного, позволили успешно провести исследования во всех последующих 49-ти рейсах судна.

Может быть выделено пять тематических направлений рейсов, которые в количественном выражении распределились следующим образом:

В двух рейсах, 21-ом и 22-ом, при выполнении гидрофизических, геологических и биологических работ использовался подводный обитаемый аппарат «Пайсис»

Распределение рейсов по акваториям было следующим:

Основные результаты работ по рейсам гидрофизического направления

Первые четыре рейса (и частично пятый) проходили почти исключительно в тропической полосе вод Атлантики. О I-ом рейсе было сказано выше. В трех последующих: 2-ой (1969 год, Р.В. Озмидов); 3-й ( 1970 год, Л.М. Фомин) изучались особенности структуры и спектральных функций океанической турбулентности, метеорологических явлений в тропиках, а также структуры экваториальных течений, Гольфстрима, пассатных течений и другие явления. Обнаружено явление меандрирования течения Кромвелла и его асимметрия относительно экватора (А.С. Монин, Л.М. Фомин). На переходе из Атлантики через Индийский в Тихий океан, проводились исследования турбулентности структуры внутренних волн. Впервые были получены характеристики турбулентности на больших глубинах океана (свыше 1000 м) и тонкой структуры поля скорости (Р.В. Озмидов, А.С. Монин).

В Индийском океане в 10-м рейсе (1973 год, В.И. Войтов) исследовались оптические характеристики вод, их рассеивающие и поглощающие свойства, зависящие от наличия взвеси и растворенной органики. Впервые определены наклоны короткопериодных внутренних волн.

Начиная с 11-го рейса (1973 год, Р.В. Озмидов) гидрофизические исследования окончательно переносятся в Тихий океан (с редкими выходами в восточную часть Индийского) и посвящаются, в основном, изучению пространственного распределения основных гидрологических характеристик, гидрофизических полей, их мезо- и макромасштабной временной изменчивости.

В 12-ом рейсе (1974 год, Г.Н. Иванов-Францкевич) и в 15-ом (1975 год, В.А. Ширей) работы велись в основном на полигонах в северо- западной части Тихого океана и были направлены на исследования механизмов генерации турбулентности тонкой структуры и внутренних волн.

В 19-ом рейсе (1977 год, Р.В. Озмидов) открыт мезомасштабный антициклонический вихрь, образовавшийся в меандре Куросио к югу от основной струи этого течения.

В 22-ом рейсе (1978 год, Р.В. Озмидов) с помощью ПОА «Пайсис» получены уникальные сведения о турбулентных процессах в придонных слоях океана, о тонкой структуре океанических полей и внутренних волн юго-западной части Индийского океанов.

Впервые для Тихого океана в 24-ом рейсе «Дмитрий Менделеев» установлено явление меандрирования экваториальных течений и определены их параметры (1980 год, В.Т. Пака). Получены новые данные о микроструктуре и турбулентности вод, их связи с поверхностным волнением и температурными показателями.

В 26-ом рейсе (1980 год, Л.М. Фомин) в Индийском океане, в районе Маскаренского хребта, обнаружена область с исключительно мощными высокочастотными внутренними волнами, возникающими в результате набегания баротропного прилива на подводные возвышенности.

Исследование характера пространственно-временной изменчивости гидрофизических полей в зоне Полярного фронта по проекту «ПОЛИМОДЕ» проводились в 27-м рейсе (1981 год, В.А. Бубнов). Эти исследования были продолжены в 30-ом рейсе судна (1982 год, И.Ф. Шадрин), когда полностью подтвердилось представление о разделении Антарктического Циркумполярного течения (АЦТ) на две струи с двумя фронтальными разделами: собственно Полярным фронтом и Субантарктическим фронтом.

32-ой рейс «Дмитрий Менделеев» (1984 год, Б.Н. Филюшкин) был акустическим. Изучалось распространение звука низкочастотной реверберации на меридиональном разрезе в Тихом океане. Впервые исследованы характеристики частотно-модулированных сигналов на протяженных трассах, проводились испытания новых технических средств, усовершенствовались методы изучения акустических шумов по проекту «АКУСТИКА».

Исследования закономерностей распространения лазерного излучения на трассе атмосфера – океан проводилось в 36-м рейсе (1985 год, В.П. Николаев) в морях Тонга, Филиппинском, Фиджи и Каролинском. Впервые изучено влияние бактерий на оптические свойства воды. Аналогичным по тематике был и 39-й рейс (1987 год, В.И. Войтов), когда в Филиппинском море также велись наблюдения за лазерным излучением.

Еще ранее, судно перешло в северо-восточную часть Тихого океана, где в 37-м рейсе (1986 год, И.Ф. Шадрин) в зоне Калифорнийского течения велись наблюдения скоростей, и детально исследовался топографический вихрь. Одновременно на полигонах сейсмоакустическми методами изучался осадочный покров, мощности и плотности слоев. Зарегистрировано более 200 землетрясений.

Последним тихоокеанским рейсом был 40-1 (1987 год, В.А. Бубнов). Получены представления о непрерывной пространственно-временной эволюции полей течений и гидрографических характеристик северо-западной части Тихого океана.

Двумя короткими рейсами в Атлантическом океане завершились экспедиционные плавания НИС «Дмитрий Менделеев» по тематике гидрофизического направления. В 46-ом рейсе (конец 1991 года, В.М. Журбас) исследовались мелкомасштабная турбулентность, тонкая структура гидрофизических полей, процессы взаимодействия океана и атмосферы. В 48-ом (середина 1993 года, Д.Ю. Корякин) проводились гравиметрическая и гидромагнитная съемки в сочетании с работами на полигонах с многолучевым эхолотом по картированию рельефа дна.

Основные результаты работ по рейсам геолого-геофизического и геохимического направлений

12 рейсов этого направления проведено в Тихом океане, 1- в Средиземном море и 1 – в Северном Ледовитом океане.

Комплексные геолого-геохимические и геофизические исследования Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП), районов островов Пасхи и Сала-и-Гомес были проведены в 8-ом рейсе «Дмитрий Менделеев» (1972 год, А.П. Лисицын). Главное внимание было уделено изучению металлоносных осадков, морфоструктуры хребтов срединно-океанического типа, глубоких узких депрессий дна, в частности рифтовых долин и трансформных разломов. Детально изучен состав и закономерности распределения металлоносных осадков, пробы с которыми получены на 52-х станциях.

Установлено, что максимальная концентрация рудного вещества в осадочных слоях наблюдается в местах, где сочетаются структурные элементы разного генезиса и возраста и где тектоническая картина оказывается особенно сложной. На ВТП, в частности, это связано с «перескоками» центров спрединга и изменениями темпов расхождения литосферных плит по ходу геологического времени. Даны количест-венные характеристики присутствия рудного вещества в осадках.

Геохимическим и, отчасти, гидрохимическим был 9-й рейс судна (1973 год, А.А. Аксенов), маршрут которого проходил в центральной части Тихого океана в районе Гавайских островов и атолла Уэйк. Изучалась геохимия процессов современного осадкообразования и химического состава вод. Выполнен подробный гидрохимический разрез по параллели 19 градуса с. ш. от Гавайских островов до Мексики. Завершен сбор материалов по составлению первого геохимического профиля осадков Тихого океана.

13- й рейс (1974 год, А.А. Геодекян) проходил в Охотском море и был посвящен геолого-геофизическим и геохимическим исследованиям, направленным на оценку процессов нефтегазоносности. Изучался газовый режим водной толщи и верхней части осадочного покрова. Представлена схема районирования региона Охотского моря по плотностным и сейсмоскоростным показателям осадочной толщи.

Детальное изучение металлоносных осадков в полосе Восточно-Тихоокеанского поднятия было продолжено в 14-м рейсе «Дмитрий Менделеев» (1975 год, Ю.А. Богданов). Установлена связь их образования с характером гидротермальной деятельности в глубине рифтовых депрессий и разломных ущелий. Выявлены этапы усиленной концентрации рудных частиц в ходе геологической истории, в процессе спрединга хребтов срединно-океанического типа и общих морфоструктурных преобразований картины дна.

В северо-западной части Тихого океана (Филиппинское море), в 17-м рейсе судна (1976 год, А.В. Пейве), по проекту «ОФИОЛИТЫ» проводилось изучение ультраосновных и основных пород. Разработана и предложена модель эволюции земной коры этого бассейна. В более южных районах океана изучалось строение желобов Южно-Китайского, Каролинского, Соломонового и Кораллового морей.

Широкие комплексные геолого-геофизические исследования, включавшие подробный анализ морфоструктуры дна, измерения теплового потока, геомагнитного поля, драгирования образцов коренных пород были выполнены в 21-ом и 23-ем рейсах «Дмитрий Менделеев» (1978-1979 годы, Ю.П. Непрочнов) в Тихом океане. Особенно детально были исследованы такие крупные элементы морфоструктуры, как возвышенности Шатского и Хесса, глубинные разломы Императорский и Меррей, а также Северо-Восточная котловина с ее полем железо-марганцевых конкреций. Проведены работы на геотраверзе от возвышенности Шатского к Северо-Восточной котловине, позволившие сравнить полученные результаты с материалами прошлых лет. Впервые использовался ПОА «Пайсис», с которого удалось провести биологические сборы на атолле Хермит и выполнить наблюдения подводных склонов горы Дмитрия Менделеева с взятием образцов пород.

В 25-ом рейсе судна (1980 год, А.П. Лисицын) комплексными геолого-геофизическими исследованиями была охвачена широкая акватория центральной и восточной частей Индийского океана. Главной задачей работ здесь было изучение металлоносных осадков, ареалы распространения которых составляют в общей сумме приблизительно 1,6 млн. кв. км. Как и в Тихом океане, эти работы проводились в тесной связи с изучением характера тектонических преобразований дна под влиянием геодинамических процессов в масштабе всей акватории океана, диктуемых явлением спрединга. Геотермическими измерениями выявлено наличие «горячей» мантии в районе тройственного сочленения Западно-Индийского, Аравийско - Индийского и Центрально- Индийского хребтов. Исследована морфоструктура хребта Брокен, на котором открыта подводная гора, названная именем П.Л. Безрукова. Закартированы рифтовые долины и трансформные разломы этих хребтов. Дана количественная оценка биопродуктивности по данным вещественного состава пелагических осадков в котловинах.

28-ой и 29-й рейсы снова проходили в Тихом океане, на этот раз в его центральной части. В первом из них (1982 год, В.А. Ширей) изучались поля железо-марганцевых конкреций, отличающиеся высокой продуктивностью в Центральной котловине и в полосе дна между разломами Кларион и Клиппертон, входящими в систему Великих разломов Тихого океана. Впервые в центре океана удалось драгировать породы нижних горизонтов коры и верхней мантии. В том же году, но уже в 29-м рейсе (1982 год, Ю.П. Непрочнов, Я.Н. Семенихин) судно перешло на северную окраину океана, где по проектам «ГЕОПОЛ» и «АКВАНЕФТЬ» приступили к изучению геофизических полей и тонкой структуры земной коры в целях выявления условий нефтегазонакопления. Получены новые данные о морфоструктуре и осадочном чехле хребта Ширшова и Командорской котловины. Закартирован ряд разломов земной коры. Проведена корректировка морфоструктурных карт.

Работы судна в 31-ом рейсе (1983-84 годы, Ю.П. Непрочнов) охватили обширную акваторию океанских котловин Центральной Атлантики: Бразильской, Капской, Зеленого Мыса, а также Индийского океана - Центральной. Построены геофизические профили, составлены батиметрические и геоморфологические карты, карты рельефа фундамента, аномалий магнитного поля и мощностей осадочного покрова. В котловинах Зеленого Мыса и Центрально-Индийской обнаружены поля полметрических конкреций.

Короткий 35-й рейс (1985 год, Г.Л. Кашинцев) выполнялся в Японском море по проекту «РУДООБРАЗОВАНИЕ» с задачей оконтуривания площади распространения фосфоритов в центре моря. Выделено два участка, перспективных для детальных дальнейших геологических работ с применением подводных обитаемых аппаратов. Однако на самой возвышенности Ямато встретить богатые фосфоритами осадочные образования маловероятно.

По проекту «ЖМК» в 41-ом рейсе (1988 год, А.Г. Розанов) были продолжены экспедиционные исследования полей конкреций Тихого океана, на этот раз на крайнем востоке рудоносной провинции Кларитон-Клиппертон. Было установлено, что разные степени продуктивности ЖМК обусловливаются изменениями в пяти региональных показателях окружающих условий:

характером осадконакопления,

процессами диагенеза,

источниками поступления вещества,

биологической продуктивностью,

составом и динамикой природных вод.

Повышенная продуктивность ЖМК наблюдается там, где хорошо выражен слой кремнистого глинистого ила, обладающий достаточной мощностью. По палеомагнитным показателям скорости роста конкреций составляют десятки и сотни миллиметров за 1 млн. лет.

Плавание судна в том же году, в 42-м рейсе (1988 год, Ю.П. Непрочнов) снова проходило на севере Тихого океана, в Беринговом море. В тематическом плане этот рейс явился продолжением 29-го, в котором изучались геофизические поля и структурная неоднородность земной коры в связи с условиями нефтегазонакопления. Получены новые данные о морфоструктуре Командорской котловины, хребта Ширшова, а также данные о строении осадочного чехла, фундамента, тепловом потоке, магнитном и гравиметрическом полях Северо-Восточной и Восточно-Марианской котловин. Опускались донные сейсмографы, зарегистрировано около 170 землетрясений. Получены ценные материалы по донным сейсмическим шумам.

В 43-м рейсе «Дмитрий Менделеев» (1989 год, Л.А. Пономарева) в акватории Южного океана (Атлантический сектор) были проведены комплексные биолого-геологические исследования. В водах Антарктики сделано несколько пересечений морей Скотия и Уэдделла, пролива Дрейка и части Южной Атлантики, прилегающей к поднятию Южно-Антильской дуги. Была детально изучена морфоструктура данной части Южного океана. Особое внимание было уделено исследованиям морфологии и строения глубоководных желобов и разломов дна, в которых распространена особая фауна бентоса больших глубин с многочисленными эндемиками, развивающимися в условиях почти полной изоляции от окружающих более мелководных пространств дна. Удивительное богатство жизни в условиях ультраабиссали (более 6000 м) обнаружено в Оркнейском желобе на юге моря Скотия, сравнимое, в известной степени, с фауной еще больших глубин (более 8000 м) Южно-Сандвичева желоба, изучающегося в 11-ом рейсе НИС «Академик Курчатов». По палеомагнитным данным и в результате детального изучения тектонической обстановки в проливе Дрейка установлено время начала раскрытия и образования прохода в меридионально вытянутом хребте Шеклтон на границе пролива Дрейка и моря Скотия. Произошло это на уровне линейной магнитной аномалии № 6 21-20 млн. лет тому назад (ранний миоцен) и оказалось решающим для проникновения Антарктического Циркумполярного течения (Течения Западных Ветров) на восток, поскольку именно здесь находился последний барьер на пути этого потока вод. Тем самым, был коренным образом изменен гидрологический режим не только моря Скотия, но и всего огромного пространства вод Атлантического сектора Южного океана, с соответственным изменением условий развития биоты. Оркнейский желоб, возникший на границе плит Скотия, - типичный пример эволюционных преобразований в условиях ультраабиссали. С прорывом АЦТ на восток, безусловно, связано образование обширного и исключительно продуктивного поля криля в море Скотия. Отдельным важным направлением исследований в 43-м рейсе явилось изучение в данной части Южного океана характера седиментогенеза, подчиненного, в значительной степени процессам ледовой седиментации