Table of Contents

Открытие Срединно-Атлантического хребта является одним из самых преобразующих моментов в истории наук о Земле. Эта массивная подводная горная система, простирающаяся на тысячи миль вдоль дна Атлантического океана, коренным образом изменила понимание учеными геологии нашей планеты, движения континентов и динамических процессов, которые постоянно меняют поверхность Земли. История ее открытия - это увлекательное путешествие через технологические инновации, научную настойчивость и новаторские идеи, которые произвели революцию в геологии.

Понимание Среднеатлантического хребта: самый длинный горный хребет Земли

Среднеатлантический хребет — среднеокеанский хребет, расположенный вдоль дна Атлантического океана и являющийся частью самого длинного горного хребта в мире, простирающийся примерно на 10 000 миль (16 000 км).В Северной Атлантике хребет отделяет североамериканскую от евразийской плиты и африканской плиты, а в Южной Атлантике — от африканской и южноамериканской плит.

Хребет простирается от соединения с хребтом Гаккеля (среднеарктический хребет) к северо-востоку от Гренландии на юг до тройного соединения Буве в Южной Атлантике. Эта огромная геологическая особенность представляет собой расходящуюся границу плит, где тектонические плиты активно отдаляются друг от друга.

Хребет находится примерно на 2500 метров (8200 футов) ниже уровня моря, в то время как его фланги простираются примерно на 5000 метров глубже.Хотя Срединно-Атлантический хребет в основном является подводным объектом, его части имеют достаточную высоту, чтобы простираться над уровнем моря, например, в Исландии, где хребет имеет среднюю скорость распространения около 2,5 сантиметров (1 дюйм) в год.

Рифтовая долина: где рождается новый океанский пол

Срединно-Атлантический хребет включает в себя глубокую рифтовую долину, которая проходит по оси хребта почти всю его длину, отмечая фактическую границу между соседними тектоническими плитами, где магма из мантии достигает морского дна, извергаясь как лава и производя новый материал коры для плит.Бег по гребню хребта представляет собой длинную долину шириной от 50 до 75 миль (80 до 120 км), содержащую зону распространения морского дна, в которой расплавленная магма из-под земной коры непрерывно разливается, охлаждается и постепенно оттесняется от флангов хребта.

Рядом с экватором, Среднеатлантический хребет разделен на Североатлантический хребет и Южноатлантический хребет Романче-Транше, узкая подводная траншея с максимальной глубиной 7 758 метров (25 453 фута), одно из самых глубоких мест Атлантического океана.

Историческое путешествие открытия

Ранние подозрения и первоначальные наблюдения

История открытия Срединно-Атлантического хребта началась задолго до того, как ученые смогли подтвердить его существование.Гряду под северной Атлантикой впервые вывел Мэтью Фонтейн Мори в 1853 году, основываясь на звуках USS Dolphin.Мори, американский океанограф, одним из первых заподозрил, что в Атлантическом океане существует подводный горный хребет на основе ограниченных доступных в то время измерений глубины.

Существование хребта и его расширение в Южную Атлантику было подтверждено во время экспедиции HMS Challenger в 1872 году, когда команда учёных на борту во главе с Чарльзом Уайвиллем Томсоном обнаружила большой подъём в середине Атлантики при исследовании будущего места для трансатлантического телеграфного кабеля, что стало важной вехой, поскольку дало первые конкретные доказательства того, что в середине Атлантического океана существовала значительная подводная возвышенность.

Немецкая метеорная экспедиция: сонар революционизирует картографирование океана

Прорыв в понимании Среднеатлантического хребта пришёл с технологическим прогрессом.Существование такого хребта было подтверждено гидролокатором в 1925 году и было обнаружено, что он простирается вокруг мыса Агулхас в Индийский океан немецкой экспедицией Метеор.

Немецкая экспедиция «Метеор», прошедшая с 1925 по 1927 год, была новаторской океанографической миссией, начатой в контексте экономического давления после Первой мировой войны и первоначально была направлена на изучение потенциала добычи золота из морской воды, но экспедиция в конечном итоге сыграла ключевую роль в картировании дна океана.Используя недавно разработанные эхо-звуковые устройства, «Метеор» смог создать подробные профили глубокого морского дна, раскрыв присутствие Среднеатлантического хребта, значительного подводного горного хребта, который проходит вдоль оси север-юг Атлантического океана.

За два года Метеор пролетел более 41 943 миль (67 500 километров), собрал данные на 310 гидрографических станциях, десять раз заякорился в глубоком океане и произвел около 70 000 звуков глубин океана. Этот обширный сбор данных предоставил ученым беспрецедентную информацию о топографии дна океана.

1950-е годы: Мари Тарп и революция картографирования

Наиболее подробное и всестороннее картографирование Среднеатлантического хребта произошло в 1950-х годах, благодаря новаторской работе нескольких учёных.В 1950-х годах картографирование дна океана Земли Мари Тарп, Брюсом Хизеном, Морисом Юингом и другими показало, что Среднеатлантический хребет имел странную батиметрию долин и хребтов, при этом его центральная долина была сейсмологически активной и эпицентром многих землетрясений.

Вклад Марии Тарп в это открытие был особенно примечателен. Открытие Тарп 10 000-мильного Среднеатлантического хребта — находка, которая показала, что морское дно распространяется — первоначально было отклонено как «девчачьи разговоры». Несмотря на значительную гендерную дискриминацию в научном сообществе, Тарп упорно продолжала свою новаторскую работу.

Работая с ручками, чернилами и правителями, Тарп нарисовала подводные детали, степень долготы по широте, описанные тысячами показаний гидролокатора, взятых исследователями, и она кропотливо выровняла звуковые профили из Атлантиды и других судов, создав в общей сложности около шести профилей, простирающихся на запад-восток через Северную Атлантику, представляя собой первую систематическую попытку нанести на карту все дно океана.

После шести недель работы она упорядочила пути с востока на запад, с севера на юг, и именно здесь она увидела, что единственное, что выстроилось в линию, это расщелина в середине хребтов, которая была обнаружена в профилях, и Тарпу имело смысл, что если материал будет вытеснен снизу, хребет расколется. Это наблюдение оказалось решающим для понимания распространения морского дна.

Глобальная система среднего океанского хребта

Одним из наиболее значительных открытий, связанных с Срединно-Атлантическим хребтом, было то, что он являлся частью гораздо более крупной глобальной системы. Юинг, Хизен и Тарп обнаружили, что хребет является частью 40 000 км (25 000 миль) длиной, по существу, непрерывной системы срединно-океанических хребтов на полу всех океанов Земли.

Массивная система среднего океанского хребта представляет собой непрерывный диапазон подводных вулканов, которые обертывают вокруг земного шара, как швы на бейсболе, простираясь почти 65 000 километров (40 390 миль), причем большая часть системы находится под водой, со средней глубиной воды до вершины хребта 2500 метров (8 200 футов). Это открытие показало, что дно океана было гораздо более динамичным и геологически активным, чем предполагалось ранее.

Распространение морского дна: революционная теория

Гарри Гесс и теория распространения морского дна

Открытие Срединно-Атлантического хребта привело непосредственно к одной из важнейших теорий в геологии. Гипотеза распространения морского дна была предложена американским геофизиком Гарри Х. Гессом в 1960 г. Гесс предположил, что магма из мантийных скважин Земли вверх по среднему Атлантическому хребту образует новую скалу и раздвигает дно океана, а коллега Роберт Дитц придумал название для этого процесса — распространение морского дна.

В 1960 году Гесс внес свой самый важный вклад, который считается частью крупного прогресса в геологической науке 20-го века, когда в широко распространенном докладе в Управление военно-морских исследований он выдвинул теорию, теперь общепринятую, что земная кора отошла боком от длинных вулканически активных океанических хребтов.

Гесс предположил, что дну океана не более нескольких сотен миллионов лет, значительно моложе континентов, что является тем, сколько времени требуется расплавленной породе, чтобы высунуться из вулканически активных срединно-океанических хребтов, распространиться вбок, чтобы создать новое морское дно, и исчезнуть обратно в глубину Земли в океанских траншеях, и этот процесс «переработки», позже названный «распространением на полу», уносит более старые осадки и окаменелости и перемещает континенты, поскольку новая океанская кора распространяется от хребтов.

Доказательства, подтверждающие распространение морского дна

Исследования океанических магнитных аномалий еще раз подтвердили гипотезу распространения морского дна, поскольку исследования показали, что сила геомагнитного поля поочередно аномально высока и низка с увеличением расстояния от оси системы среднего океанского хребта, с аномальными особенностями, почти симметрично расположенными по обе стороны оси и параллельными оси, создавая полосы параллельных аномалий.

Самые древние до сих пор отложения, восстановленные различными методами, включая коринг, дноуглубительные работы и глубоководное бурение, датируются только юрским периодом, не превышающим примерно 200 миллионов лет, и такие результаты несовместимы с доктриной постоянства океанических бассейнов, которая преобладала среди ученых Земли в течение многих лет.

Рождение теории тектоники плит

Открытие этой всемирной системы хребтов привело к теории распространения морского дна и общему принятию теории континентального дрейфа и расширения Альфреда Вегенера в модифицированной форме тектоники плит.Среднеатлантический хребет предоставил недостающий механизм, объяснявший, как континенты могут перемещаться по поверхности Земли.

В 1965 году канадский геофизик Дж.Тузо Уилсон объединил континентальный дрейф и гипотезы распространения морского дна, чтобы предложить теорию тектоники плит, заявив, что земная кора, или литосфера, была разделена на большие, жесткие куски, называемые пластинами, которые «плавают» на подстилающем слое породы, называемом астеносферой.

Распространение морского дна — это теория, согласно которой океаническая кора образуется вдоль подводных горных зон, известных в совокупности как система среднего океанического хребта, и распространяется вбок от них, и эта идея сыграла ключевую роль в развитии теории тектоники плит, которая произвела революцию в геологической мысли в последней четверти 20-го века.

Исландия: где хребет возвышается над морем

Исландия предоставляет уникальную возможность изучить Срединно-Атлантический хребет над уровнем моря.Среднеатлантический хребет проходит через Исландию, где хребет также известен как Неовулканическая зона.Хотя Срединно-Атлантический хребет в основном является подводным объектом, его части имеют достаточную высоту, чтобы простираться над уровнем моря, например, в Исландии.

Исландия раскалывается вдоль расползающегося центра между Североамериканской и Евразийской плитами, по мере того как Северная Америка движется на запад относительно Евразии.Один остров, образованный вулканической активностью вдоль Среднеатлантического хребта, — это нация Исландии, которая лежит на северной части хребта, западная сторона Исландии — часть Североамериканской плиты, а на восточной её стороне — Евразийская плита.

Рифтовой долине Тингвеллир в Исландии, где плиты разделяются, около десяти тысяч лет, а рифтовая долина за это время расширилась примерно на 230 футов и потонула примерно на 131 фут.Это видимое свидетельство тектоники плит делает Исландию бесценной естественной лабораторией для геологов, изучающих эти процессы.

Посетители Исландии могут буквально пройти между двумя континентальными плитами в таких местах, как Национальный парк Тингвеллир, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО, где рифтовая долина хорошо видна над землей. Разлом Сильвра в Тингвеллире стал известным среди дайверов и подводников, которые могут плавать между североамериканскими и евразийскими тектоническими плитами в кристально чистой ледниковой воде.

Геологическая формация и процессы

Происхождение The Ridge

Эта расходящаяся граница впервые сформировалась в триасовый период, когда ряд трёхруких грабенов слился на суперконтиненте Пангея, чтобы сформировать хребет.Гряда — особенность, вклад которой в распад суперконтинента Пангея, в период от 200 до 160 миллионов лет назад, рассматривается при моделировании такого распада в современной тектонической теории.

Хребет находится на вершине геологической особенности, известной как Среднеатлантический подъем, который является прогрессивным выпуклостью, которая проходит по длине Атлантического океана, причем хребет опирается на самую высокую точку этого линейного выпуклости, и этот выпуклость, как полагают, вызван восходящими конвективными силами в астеносфере, толкающими океаническую кору и литосферу.

Вулканическая и сейсмическая активность

Помимо распространения морского дна, Срединно-Атлантический хребет также является местом вулканической активности и землетрясений вдоль некоторых частей его длины.Среднеокеанические хребты происходят вдоль расходящихся границ плит, где создается новое дно океана, когда тектонические плиты Земли распространяются друг от друга, а когда плиты разделяются, расплавленная порода поднимается на морское дно, производя огромные вулканические извержения базальта.

Движение этих плит позволяет магме из мантии достичь дна океана, создавая рифтовую долину, которая сейсмически активна и часто связана с вулканической активностью, с заметными особенностями, включая базальтовые вулканы и подводные образования, известные как «подушка лава».

Гидротермальные жилые помещения: оазисы жизни в глубоком океане

Одним из самых увлекательных открытий, связанных с Срединно-Атлантическим хребтом, стало выявление гидротермальных жерл и связанных с ними экосистем. Гидротермальные жерла в глубоком океане обычно образуются вдоль среднеокеанических хребтов, таких как Восхождение в Восточно-Тихоокеанском регионе и Средне-Атлантический хребет, в местах, где расходятся две тектонические плиты и формируется новая кора.

Черные курильщики образуются в полях шириной в сотни метров, когда перегретая вода из-под земной коры проходит через дно океана (вода может достигать температуры выше 400 ° C или 752 ° F), и эта вода богата растворенными минералами из коры, в первую очередь сульфидами, и когда она вступает в контакт с холодной океанской водой, многие минералы осаждаются, образуя черную, дымоходную структуру вокруг каждого отверстия.

Уникальные экосистемы и биоразнообразие

Хотя жизнь на этих глубинах очень редка, черные курильщики являются центрами целых экосистем, а солнечного света не существует, поэтому многие организмы, такие как археи и экстремофилы, преобразуют тепло, метан и соединения серы, предоставляемые черными курильщиками, в энергию посредством процесса, называемого хемосинтезом.

Трубокрылые в частности отсутствуют в вентиляционных отверстиях в Атлантике, а вместо этого миллиарды креветок роятся в вентиляционных отверстиях вдоль Среднеатлантического хребта, который разделяет дно Атлантического океана.На сегодняшний день обнаружено более 590 новых видов животных, живущих в вентиляционных отверстиях, но менее 50 активных вентиляционных участков были исследованы в деталях.

Более 300 новых видов были обнаружены в гидротермальных жерлах, многие из них являются «сестрами» для других, обнаруженных в географически разделенных районах жерл. Эти открытия имеют глубокие последствия для понимания эволюции жизни и потенциала жизни в экстремальных условиях, как на Земле, так и потенциально на других планетах.

Недавние открытия

Научные исследования Срединно-Атлантического хребта продолжают давать новые открытия. Ученые обнаружили три новых гидротермальных вентиляционных поля на протяжении 434-мильного участка Срединно-Атлантического хребта во время первой научной экспедиции на борту недавно запущенного исследовательского судна Института океана Шмидта Фалькор (слишком), и открытие активных гидротермальных жерл является первым на этом участке самого длинного в мире подводного горного хребта, срединно-Атлантического хребта, за более чем 40 лет.

При исследовании вентиляционных отверстий впервые ученые обнаружили богатые биологические сообщества, в которых вентиляционные отверстия изобилуют морской жизнью, включая массивные рои креветок и редкое обнаружение крупных плавниковых кальмаров. Эти открытия подчеркивают, сколько еще предстоит узнать о глубоком океане и экосистемах, поддерживаемых Срединно-Атлантическим хребтом.

Научное значение и современные исследования

Понимание внутренних процессов Земли

Среднеатлантический хребет служит окном во внутренние процессы Земли.Исследования, проведенные с тепловыми зондами, показывают, что тепловой поток через донные отложения в целом сопоставим с потоком через континенты, за исключением среднеокеанических хребтов, где на некоторых участках тепловой поток измеряет в три-четыре раза нормальное значение, а аномально высокие значения считаются отражающими вторжение расплавленного материала вблизи гребней хребтов.

Гесс, опираясь на модель конвективного течения Холмса в мантии, предположил, что океанические хребты были поверхностными выражениями восходящего и расходящегося конвективного мантийного потока, а траншеи и зоны Вадати-Бениоффа с их связанными островными дугами, отмеченными нисходящими конечностями, а у гребней хребта будет генерироваться новая океаническая кора, а затем уноситься боком, чтобы остыть, утихнуть и, наконец, быть уничтоженной в ближайших траншеях.

Последствия для континентального дрейфа

Хребет сыграл важную роль в продвижении геологических теорий, включая концепции распространения морского дна и континентального дрейфа, которые предполагают, что континенты когда-то были частью единого суши под названием Пангея.Открытие Среднеатлантического хребта и доказательства, собранные из геологических особенностей и явления, окружающего хребет, в значительной степени считается «свидетельством дымящихся орудий» для теории тектоники плит и подтверждает гипотезу Альфреда Вегенера о том, что континенты раньше были объединены вместе как суперконтинент, называемый Пангеей.

Современные технологии разведки

Современные океанографические исследования продолжают использовать передовые технологии для изучения Срединно-Атлантического хребта. Ученые в настоящее время используют автономные подводные аппараты (AUV), дистанционно управляемые транспортные средства (ROV) и сложные системы сонарного картирования для изучения и документирования хребта в беспрецедентных деталях. Эти технологии позволили исследователям создавать карты морского дна с высоким разрешением, открывать новые гидротермальные вентиляционные поля и изучать уникальные экосистемы, которые процветают в этих экстремальных условиях.

Такие организации, как Океанографический институт Вудс-Хоул (FLT:0) и NOAA Ocean Exploration (FLT:2) продолжают вести экспедиции к Срединно-Атлантическому хребту, расширяя наше понимание этой замечательной геологической особенности.

Экологические и ресурсные соображения

Глубоководные горные проблемы

Среднеатлантический хребет является целевой областью для глубоководной добычи и существует в международных водах, также известных как «Высокие моря», и все связанные с минеральными ресурсами виды деятельности в этом районе регулируются Международным органом по морскому дну, учрежденным Организацией Объединенных Наций, который в настоящее время рассматривает вопрос о том, разрешать ли добычу глубоководных полезных ископаемых.

Активные гидротермальные источники богаты металлическими сульфидными отложениями — минеральная руда часто связана с медью и цинком. Однако потенциальные экологические последствия добычи этих ресурсов остаются плохо изученными. Существует некоторое согласие, что участки с активными источниками и сообществами хемосинтетической вентиляционной фауны должны быть исключены из добычи из-за очень ограниченной степени среды обитания гидротермальных источников, которая ограничена узкой полосой активности на глобальной системе среднего океанического хребта.

Сохранение и защита

Уникальные экосистемы, обнаруженные вдоль Срединно-Атлантического хребта, сталкиваются с потенциальными угрозами со стороны человеческой деятельности. Ученые подчеркивают необходимость комплексных исследований до начала любой добывающей деятельности. Нам еще предстоит узнать о том, как функционируют эти экосистемы, как циркулируют питательные вещества среди и внутри вентиляционных животных и о чистом биоразнообразии этих животных.

Международное сотрудничество и тщательное управление окружающей средой будут иметь важное значение для защиты этих замечательных глубоководных районов при одновременном балансировании потенциальных экономических интересов. Открытие новых месторождений вентиляционных отверстий и связанное с ними биоразнообразие продолжает подчеркивать важность усилий по сохранению в этих отдаленных районах океана.

Влияние образования и осведомленность общественности

Открытие Срединно-Атлантического хребта имело глубокие образовательные последствия. Оно изменило то, как геология и науки о Земле преподаются в школах и университетах по всему миру. Концепция тектоники плит, подкрепленная доказательствами из Срединно-Атлантического хребта, теперь является краеугольным камнем образования в области науки о Земле.

Музеи, учебные заведения и научные центры по всему миру демонстрируют экспонаты о Среднеатлантическом хребте и тектонике плит, помогая общественности понять динамичную природу нашей планеты.Интерактивные дисплеи, опыт виртуальной реальности и образовательные программы оживляют историю этого подводного горного хребта для учащихся всех возрастов.

История вклада Мари Тарп в картографирование Среднеатлантического хребта также стала важным повествованием в дискуссиях о женщинах в науке и важности разнообразия в научных исследованиях.Её настойчивость перед лицом дискриминации и её новаторские открытия служат вдохновением для будущих поколений учёных.

Будущие направления исследований

Несмотря на более чем столетнюю историю исследований, Среднеатлантический хребет продолжает представлять новые вопросы и возможности для исследований. Будущие исследования, вероятно, будут сосредоточены на нескольких ключевых областях:

  • Подробное картографирование неисследованных участков хребта с использованием современных автономных подводных аппаратов
  • Долгосрочный мониторинг гидротермальных вентиляционных экосистем для понимания их динамики и устойчивости
  • Исследование микробной жизни в экстремальных условиях и ее последствий для астробиологии
  • Изучение роли хребта в глобальной химии океана и регулировании климата
  • Оценка потенциального воздействия изменения климата на процессы и экосистемы хребтов
  • Разработка устойчивых подходов к потенциальной добыче ресурсов, которые минимизируют вред для окружающей среды

Достижения в области технологий, включая усовершенствованную подводную робототехнику, возможности генетического секвенирования и системы мониторинга в режиме реального времени, позволят ученым ответить на вопросы, которые были невозможны всего несколько десятилетий назад.

Роль хребта в углеродном цикле Земли

Недавние исследования показали, что Срединно-Атлантический хребет играет значительную роль в углеродном цикле Земли. Гидротермальные жерла вдоль хребта выделяют углекислый газ и другие газы из недр Земли в океан, в то время как химические реакции, происходящие на этих участках, также улавливают углерод в минеральной форме. Понимание этих процессов имеет решающее значение для понимания глобального углеродного цикла и его связи с изменением климата.

Химосинтетические экосистемы в гидротермальных жерлах также способствуют циклированию углерода в глубоком океане, превращая неорганический углерод в органическое вещество посредством бактериального хемосинтеза. Этот процесс поддерживает сложные пищевые сети в глубоком море и может играть более значительную роль в глобальном цикле углерода, чем считалось ранее.

Технологические инновации, вдохновленные исследованиями Риджа

Задачи исследования Срединно-Атлантического хребта привели к многочисленным технологическим инновациям.Разработка глубоководных подводных аппаратов, камер с защитой от давления и сложных гидролокационных систем не только продвинула океанографические исследования, но и нашла применение в других областях, включая морскую инженерию, подводную археологию и управление морскими ресурсами.

Изучение экстремофильных организмов, живущих вблизи гидротермальных жерл, вдохновило биотехнологические исследования, что привело к открытию термостабильных ферментов, используемых в различных промышленных процессах, включая методы амплификации ДНК, необходимые для современной молекулярной биологии.

Оригинальное название: A Legacy of Discovery

Открытие Срединно-Атлантического хребта представляет собой одно из самых значительных достижений в истории наук о Земле.От ранних выводов Мэтью Фонтейна Мори в 1853 году до детального картирования Мари Тарп и её коллегами в 1950-х годах и продолжающихся с современными экспедициями с использованием передовых технологий, наше понимание этой замечательной геологической особенности непрерывно развивалось.

Среднеатлантический хребет коренным образом изменил наше понимание нашей планеты. Он предоставил важные доказательства, необходимые для подтверждения теории тектоники плит, объяснил механизм континентального дрейфа и раскрыл динамическую природу земной коры. Открытие гидротермальных жерл и их уникальных экосистем вдоль хребта расширило наше понимание того, где и как может существовать жизнь, с последствиями, достигающими далеко за пределами Земли, для поиска жизни в других мирах.

Пока мы продолжаем исследовать и изучать Срединно-Атлантический хребет, ждут новые открытия. Каждая экспедиция раскрывает больше об этой подводной горной системе и ее роли в формировании нашей планеты. Хребет стоит как свидетельство силы научных исследований, технологических инноваций и человеческого любопытства. Он напоминает нам, что даже в 21 веке огромные участки нашей собственной планеты остаются неисследованными, держа в себе секреты, которые могут изменить наше понимание Земли и самой жизни.

История Срединно-Атлантического хребта далека от завершения. По мере развития технологий и улучшения нашей способности исследовать глубокий океан мы можем ожидать еще много открытий об этой необычайной геологической особенности. Хребет, несомненно, будет продолжать играть центральную роль в исследованиях науки о Земле, образовании и нашем постоянном стремлении понять динамичную планету, которую мы называем домом.

Для тех, кто заинтересован в получении дополнительной информации о текущих исследованиях и исследованиях Среднеатлантического хребта, ресурсы доступны через такие организации, как Институт океана Шмидта, который продолжает поддерживать передовые океанографические исследования и делает открытия доступными для общественности через прямые трансляции экспедиций и образовательных программ.