Введение

Плоская область на глубоком океаническом дне

Абиссальная равнина – это подводная равнина на дне глубокого океана, обычно встречающаяся на глубинах между. Она расположена, как правило, между основанием континентального склона и срединно-океаническим хребтом и покрывает более 50% поверхности Земли. Абиссальные равнины – одни из самых плоских, гладких и наименее изученных регионов на Земле. Они являются ключевыми геологическими элементами океанических бассейнов (другими элементами являются возвышенные срединно-океанические хребты и фланкирующие абиссальные холмы). Образование абиссальной равнины является результатом расхождения океанической коры (тектоника плит) и плавления нижней океанической коры. Магма поднимается из астеносферы (слоя верхней мантии), и по мере того как этот базальтовый материал достигает поверхности в срединно-океанических хребтах, он формирует новую океаническую кору, которая постоянно сдвигается в стороны в результате расхождения морского дна. Абиссальные равнины формируются в результате наслоения мелкозернистых отложений, в основном глины и ила, на первоначально неровную поверхность океанической коры. Большая часть этих отложений откладывается мутными потоками, поступающими с континентальных склонов по подводным каньонам в более глубокие воды. Остальное состоит главным образом из пелагических отложений. Металлические конкреции распространены в некоторых районах равнин, с различной концентрацией металлов, включая марганец, железо, никель, кобальт и медь. Также присутствуют углерод, азот, фосфор и кремний, благодаря материалу, опускающемуся и разлагающемуся. В силу своих огромных размеров, абиссальные равнины считаются крупными резервуарами биоразнообразия. Они также оказывают значительное влияние на круговорот углерода в океане, растворение карбоната кальция и концентрацию CO2 в атмосфере в масштабах времени от ста до тысячи лет. Структура абиссальных экосистем сильно зависит от скорости поступления пищи на морское дно и состава оседающего материала. Такие факторы, как изменение климата, рыболовство и удобрение океана, оказывают существенное влияние на закономерности первичной продукции в эвфотической зоне. Животные поглощают растворенный кислород из бескислородных вод. Большая часть растворенного кислорода в абиссальных равнинах происходит из полярных регионов, которые растаяли давно. Из-за дефицита кислорода абиссальные равнины неблагоприятны для организмов, которые процветают в обогащенных кислородом водах выше. Глубоководные коралловые рифы в основном встречаются на глубинах 3000 метров и глубже в абиссальных и гадальных зонах. Абиссальные равнины не были признаны как отдельные физиографические особенности морского дна до конца 1940-х годов, и до недавнего времени ни одна из них не изучалась систематически. Они плохо сохраняются в осадочных отложениях, поскольку, как правило, поглощаются процессом субдукции. Из-за темноты и давления воды, которое может достигать примерно 750 атмосфер (76 мегапаскалей), абиссальные равнины изучены недостаточно.

Открытие

Знаковая научная экспедиция (декабрь 1872 – май 1876) британского корабля-разведчика Королевского флота HMS Challenger дала огромное количество батиметрических данных, большая часть которых была подтверждена последующими исследователями. Батиметрические данные, полученные в ходе экспедиции «Челленджер», позволили ученым составить карты, которые давали приблизительный очертания основных элементов рельефа морского дна, таких как край континентальных шельфов и Срединно-Атлантический хребет. Этот разрозненный набор точек данных был получен с помощью простого метода глубинного зондирования – опускания длинных лотов с корабля на морское дно. За экспедицией «Челленджер» последовала экспедиция «Джаннетт» 1879–1881 годов под руководством лейтенанта ВМС США Джорджа Вашингтона ДеЛонга. Команда прошла по Чукотскому морю, собирая метеорологические и астрономические данные, а также проводя глубинное зондирование. В сентябре 1879 года корабль застрял во льдах вблизи острова Врангеля и в конечном итоге был раздавлен и затонул в июне 1881 года. За экспедицией «Джаннетт» последовала арктическая экспедиция 1893–1896 годов норвежского исследователя Фридтйофа Нансена на борту корабля «Фрам», которая доказала, что Северный Ледовитый океан представляет собой глубокий океанический бассейн, не прерываемый значительными участками суши к северу от Евразийского континента. Начиная с 1916 года канадский физик Роберт Уильям Бойл и другие ученые из Комитета по исследованию обнаружения подводных лодок (ASDIC) проводили исследования, которые в конечном итоге привели к разработке технологии гидролокации (сонара). Было разработано акустическое оборудование для глубинного зондирования, которое могло работать значительно быстрее, чем лоты, что позволило немецкой экспедиции «Метеор» на борту немецкого исследовательского судна «Метеор» (1925–1927) проводить частые измерения глубины по атлантическим меридионам. Карты, созданные с использованием этих методов, отображают основные бассейны Атлантики, но точности этих ранних приборов было недостаточно для выявления плоских и однообразных абиссальных равнин. С улучшением технологий измерения глубины, широты и долготы становились все более точными, и появилась возможность собирать более или менее непрерывные наборы данных. Это позволило исследователям составлять точные и подробные карты обширных участков морского дна. Использование постоянно записывающего эхолота позволило Толстому и Юингу летом 1947 года идентифицировать и описать первую абиссальную равнину. Эта равнина, расположенная к югу от Ньюфаундленда, теперь известна как Равнина Сома. После этого открытия во всех океанах было обнаружено множество других подобных равнин. Глубина Челленджера – самая глубокая исследованная точка во всех океанах Земли; она находится в южной части Марианской впадины вблизи группы Марианских островов. Впадина названа в честь HMS Challenger, исследователи которого впервые зафиксировали ее глубину 23 марта 1875 года на станции 225. Заявленная глубина составляла 4475 фатомов (8184 метра) на основе двух отдельных измерений. 1 июня 2009 года сонарная картография Глубины Челленджера с помощью многолучевой системы гидролокации Simrad EM120, установленной на борту R/V Kilo Moana, показала максимальную глубину 10971 метр (6,82 мили). Система гидролокации использует фазовую и амплитудную детекцию дна с точностью лучше 0,2% от глубины воды (что соответствует погрешности около 22 метров на этой глубине).

Гидротермальные отверстия

Редкий, но важный элемент рельефа, встречающийся в батиальной, абиссальной и гадальной зонах, – это гидротермальный источник. В отличие от температуры окружающей воды, составляющей примерно 2 °C на этих глубинах, вода из этих источников выходит при температурах от 60 °C до 464 °C. С тех пор холодные просачивания были обнаружены во многих других районах Мирового океана, включая подводный каньон Монтерей у побережья залива Монтерей, Калифорния, Японское море, у тихоокеанского побережья Коста-Рики, у атлантического побережья Африки, у побережья Аляски и под ледниковым шельфом в Антарктиде.

Биоразнообразие

Хотя равнины когда-то считались огромными, пустынными средами обитания, исследования за последнее десятилетие или около того показывают, что они изобилуют разнообразной микробной жизнью. Однако структура и функционирование экосистем на дне океана исторически изучались недостаточно из-за размеров и удаленности бездны. Недавние океанографические экспедиции, проведенные международной группой ученых из Переписи разнообразия морской жизни в бездонных водах (CeDAMar), выявили чрезвычайно высокий уровень биоразнообразия на абиссальных равнинах, с до 2000 видов бактерий, 250 видов простейших и 500 видов беспозвоночных (червей, ракообразных и моллюсков), обычно встречающихся на отдельных абиссальных участках. Новые виды составляют более 80% от тысяч видов донных беспозвоночных, собранных на любой абиссальной станции, что подчеркивает наше до сих пор недостаточное понимание абиссального разнообразия и эволюции. Более высокое биоразнообразие связано с областями известного поступления фитодетрита и более высоким потоком органического углерода. Однако животное было мертво, когда прибыло на поверхность. В 2008 году в Японской впадине на глубине 7700 метров была замечена и зарегистрирована гадальная бычковая рыбка (Pseudoliparis amblystomopsis). В декабре 2014 года был снят фильм о рыбе-удильщике на глубине 8145 метров, а в мае 2017 года – о другой рыбе-паруснике на глубине 8178 метров. На сегодняшний день это самые глубоководные рыбы, когда-либо зарегистрированные. Другие рыбы абиссальной зоны включают рыб семейства Ipnopidae, в которое входят абиссальный паук (Bathypterois longipes), рыбы-триподы (Bathypterois grallator), рыбы-щупальцевидные (Bathypterois longifilis) и черная морская лисица (Bathysauropsis gracilis). Некоторые представители этого семейства были зарегистрированы на глубине более 6000 метров. Ученые CeDAMar показали, что некоторые абиссальные и гадальные виды имеют космополитическое распространение. Одним из примеров являются простейшие фораминиферы, некоторые виды которых распространены от Арктики до Антарктики. Другие группы фауны, такие как полихетные черви и изоподы, по-видимому, эндемичны для определенных равнин и бассейнов. Наибольшее количество моноплакофор встречается в восточной части Тихого океана вдоль океанических траншей. Однако абиссальные моноплакофоры еще не были обнаружены в западной части Тихого океана, и в Индийском океане был идентифицирован только один абиссальный вид. В 2000 году ученые экспедиции Diversity of the deep Atlantic benthos (DIVA 1) (круиз M48/1 немецкого исследовательского судна RV Meteor III) обнаружили и собрали три новых вида подпорядка бентосных изопод Asellota с абиссальных равнин бассейна Анголы в Южной Атлантике. В 2003 году De Broyer et al. собрали около 68 000 ракообразных из 62 видов, используя приманковые ловушки, установленные в море Уэдделла, море Скотия и у южных Шетландских островов. Они обнаружили, что около 98% образцов принадлежали к надотряду амфипод Lysianassoidea, а 2% – к семейству изопод Cirolanidae. Половина этих видов была собрана на глубине более 1000 метров. Фораминиферы – одноклеточные протисты, строящие раковины. По оценкам, существует около 4000 видов живых фораминифер. Из 432 собранных организмов подавляющее большинство образцов состояло из простых, мягкостенных фораминифер, а остальные представляли виды сложных, многокамерных родов Leptohalysis и Reophax. В целом, 85% образцов состояли из мягкостенных аллогромид. Это необычно по сравнению с образцами донных организмов из других глубоководных сред, где процент органических фораминифер варьируется от 5% до 20% от общего количества. Маленьким организмам с твердыми кальциевыми раковинами трудно расти на экстремальных глубинах, потому что вода на этой глубине сильно обеднена карбонатом кальция. Гигантские (5–20 см) фораминиферы, известные как ксенофиофоры, встречаются только на глубине 500–10 000 метров, где они могут встречаться в большом количестве и значительно увеличивать разнообразие животных благодаря своей биотурбации и обеспечению среды обитания для мелких животных. Хотя подобные формы жизни известны в более мелких океанических траншеях (>7000 м) и на абиссальных равнинах, формы жизни, обнаруженные в Challenger Deep, могут представлять собой независимые таксоны от этих более мелких экосистем. Преобладание мягкостенных организмов в Challenger Deep может быть результатом селекционного давления. Миллионы лет назад Challenger Deep был мельче, чем сейчас. За последние шесть-девять миллионов лет, по мере того как Challenger Deep достигал своей нынешней глубины, многие виды, присутствовавшие в отложениях той древней биосферы, не смогли адаптироваться к возрастающему давлению воды и меняющейся среде. Виды, которые смогли адаптироваться, могли быть предками организмов, в настоящее время эндемичных для Challenger Deep. Существует более 10 000 описанных видов полихет; их можно найти почти в любой морской среде. Некоторые виды живут в самых холодных океанических температурах гадальной зоны, в то время как другие встречаются в экстремально горячих водах, прилегающих к гидротермальным источникам. В абиссальных и гадальных зонах области вокруг подводных гидротермальных источников и холодных просачиваний имеют, безусловно, наибольшую биомассу и биоразнообразие на единицу площади. Подпитываемые химическими веществами, растворенными в жидкостях из источников, эти области часто являются домом для больших и разнообразных сообществ термофильных, галофильных и других экстремофильных прокариотических микроорганизмов (таких как Beggiatoa, окисляющие сульфиды), часто расположенных в больших бактериальных матах возле холодных просачиваний. В этих местах хемосинтезирующие археи и бактерии обычно составляют основу пищевой цепи. Хотя процесс хемосинтеза полностью микробный, эти хемосинтезирующие микроорганизмы часто поддерживают обширные экосистемы, состоящие из сложных многоклеточных организмов посредством симбиоза. Эти сообщества характеризуются такими видами, как мидии Vesicomyidae, мидии Mytilidae, лимпеты, изоподы, гигантские трубчатые черви, мягкие кораллы, бычки, крабы Galatheidae и креветки Alvinocarid. Самое глубокое сообщество просачиваний, обнаруженное на сегодняшний день, находится в Японской впадине на глубине 7700 метров. Большая часть органического потока поступает в виде ослабленного дождя из мелких частиц (обычно только 0,5–2% первичной продукции в эвфотической зоне), который уменьшается обратно пропорционально глубине воды. По мере истощения рыбных запасов в верхнем океане все чаще разрабатываются глубоководные рыболовство для эксплуатации. Поскольку глубоководные рыбы долгоживущие и медленно растущие, считается, что эти глубоководные рыболовства не являются устойчивыми в долгосрочной перспективе, учитывая текущие методы управления. Тем не менее, это иллюстрирует тот вид экологической катастрофы, которая может произойти в результате происшествий, связанных с морским бурением нефти и газа. Отложения некоторых абиссальных равнин содержат обильные минеральные ресурсы, в частности, полиметаллические конкреции. Эти картофелевидные конкреции марганца, железа, никеля, кобальта и меди распределены по дну океана на глубине более 4000 метров. Абиссальная зона разлома Кларион-Клиппертон (CCFZ) – это область в Тихом океане, богатая узловыми образованиями, которая в настоящее время исследуется на предмет ее минерального потенциала. В настоящее время восемь коммерческих подрядчиков имеют лицензию Международного управления морским дном (межправительственной организации, созданной для организации и контроля всей деятельности, связанной с минеральными ресурсами на международном морском дне за пределами пределов национальной юрисдикции) на разведку узловых ресурсов и испытание методов добычи на восьми участках, каждый из которых покрывает 150 000 км2.