Введение
Самая глубокая океанская траншея на Земле
Марианская впадина – океаническая траншея, расположенная в западной части Тихого океана, примерно к востоку от Марианских островов; это самая глубокая океанская траншея на Земле. Она имеет форму полумесяца и простирается примерно на в длину и на в ширину. Максимальная известная глубина составляет на южном конце небольшой узкой долины на дне впадины, известной как Бездна Челленджера. Самая глубокая точка впадины более чем на ниже уровня моря, чем вершина горы Эверест. На дне впадины водяной столб оказывает давление в , что более чем в 1071 раз превышает стандартное атмосферное давление на уровне моря. При таком давлении плотность воды увеличивается на 4,96%. Температура на дне составляет . В 2009 году Марианская впадина была объявлена национальным памятником США. Одноклеточные организмы, называемые моноталамеа, были обнаружены в впадине на рекордной глубине под уровнем моря исследователями из Института океанографии Скриппса. Данные также указывают на то, что в впадине процветают микроорганизмы.
In 2009, the Mariana Trench was established as a US National Monument. One celled organisms called monothalamea have been found in the trench at a record depth of below the sea surface by researchers from Scripps Institution of Oceanography. Data has also suggested that microbial life forms thrive within the trench.
Этимология
Марианская впадина получила своё название в честь расположенных поблизости Марианских островов, которые называются Лас-Марианас в честь испанской королевы Марианы Австрийской. Острова являются частью островной дуги, формирующейся на наезжающей плите, называемой Марианской плитой (также названной в честь островов), с западной стороны впадины.
Геология
Марианская впадина является частью системы субдукции Изу-Бонни-Марианы, формирующей границу между двумя тектоническими плитами. В этой системе западный край одной из плит, Тихоокеанской, поддвигается (то есть наваливается) под меньшую Марианскую плиту, расположенную к западу. Материал коры на западном крае Тихоокеанской плиты – одни из самых древних океанических пород на Земле (возраст до 170 миллионов лет), и, следовательно, более холодный и плотный; отсюда и значительная разница в высоте по отношению к выше расположенной (и более молодой) Марианской плите. Самая глубокая часть на границе плит – собственно Марианская впадина. Движение Тихоокеанской и Марианской плит также косвенно обуславливает формирование Марианских островов. Эти вулканические острова образуются в результате флюидной плавкости верхней мантии из-за высвобождения воды, заключенной в минералах поддвигающейся части Тихоокеанской плиты.
История исследований
Впервые траншея была измерена во время экспедиции "Челленджер" в 1875 году с использованием взвешенной веревки, которая зафиксировала глубину в. В 1877 году была опубликована карта под названием Tiefenkarte des Grossen Ozeans ("Глубинная карта Великого океана") Петерманна, на которой был обозначен "Челленджер Тиф" ("Челленджер глубокий") в месте этого измерения. В 1899 году "Нерон", переоборудованный угольщик, зафиксировал глубину в. В 1951 году, под руководством главного ученого Томаса Гаскелла, "Челленджер II" обследовал траншею, используя эхолотирование – гораздо более точный и простой способ измерения глубины, чем зондирующее оборудование и буксирные линии, использовавшиеся в оригинальной экспедиции. Во время этого обследования самая глубокая часть траншеи была зафиксирована, когда "Челленджер II" измерил глубину в, известную как Challenger Deep. В 1957 году советское судно РВ "Витязь" сообщило о глубине в месте, названном Марианской впадиной. В 1962 году надводное судно M. V. Spencer F. Baird зафиксировало максимальную глубину с помощью прецизионных глубиномеров. В 1984 году японское исследовательское судно Takuyō (拓洋) собрало данные из Марианской впадины с помощью узкого многолучевого эхолота; оно сообщило о максимальной глубине , также сообщалось, что дистанционно управляемый аппарат KAIKO достиг самой глубокой области Марианской впадины и 24 марта 1995 года установил рекорд глубины погружения в. В ходе исследований, проведенных в период с 1997 по 2001 год, вдоль Марианской впадины было обнаружено место с глубиной, сопоставимой с глубиной Challenger Deep, а возможно, и большей. Оно было обнаружено, когда ученые из Гавайского института геофизики и планетологии завершали обследование в районе Гуама; они использовали систему сонарной картографии, буксируемую за исследовательским судном, для проведения обследования. Это новое место было названо HMRG (Hawaii Mapping Research Group) Deep в честь группы ученых, которые его обнаружили. 1 июня 2009 года картографирование на борту RV Kilo Moana (материнское судно аппарата Nereus) показало участок с глубиной. Сонарная картография Challenger Deep стала возможной благодаря системе многолучевой батиметрии Simrad EM120 для глубоководных исследований. Сонарная система использует фазовую и амплитудную детекцию дна с точностью более 0,2% от глубины воды по всей полосе обзора (что подразумевает, что значение глубины точно до ±). В 2011 году на осеннем собрании Американского геофизического союза было объявлено, что гидрографическое судно ВМС США, оснащенное многолучевым эхолотом, провело обследование, которое позволило составить карту всей траншеи с разрешением. Картографирование выявило наличие четырех скалистых образований, предположительно бывших подводными горами. Марианская впадина была выбрана исследователями из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Океанографического института Вудс-Холл в 2012 году для проведения сейсмического исследования с целью изучения подповерхностного водного цикла. Используя как донные сейсмометры, так и гидрофоны, ученые могут картировать структуры на глубине до под поверхностью.
In 1951, under Chief Scientist Thomas Gaskell, Challenger II surveyed the trench using echo sounding, a much more precise and vastly easier way to measure depth than the sounding equipment and drag lines used in the original expedition. During this survey, the deepest part of the trench was recorded when the Challenger II measured a depth of at , known as the Challenger Deep. In 1957, the Soviet vessel RV Vityaz reported a depth of at a location dubbed the Mariana Hollow. In 1962, the surface ship M. V. Spencer F. Baird recorded a maximum depth of using precision depth gauges. In 1984, the Japanese survey vessel Takuyō (拓洋) collected data from the Mariana Trench using a narrow, multi beam echo sounder; it reported a maximum depth of , also reported as Remotely Operated Vehicle KAIKO reached the deepest area of the Mariana Trench and made the deepest diving record of on 24 March 1995. During surveys carried out between 1997 and 2001, a spot was found along the Mariana Trench that had a depth similar to the Challenger Deep, possibly even deeper. It was discovered while scientists from the Hawaii Institute of Geophysics and Planetology were completing a survey around Guam; they used a sonar mapping system towed behind the research ship to conduct the survey. This new spot was named the HMRG (Hawaii Mapping Research Group) Deep, after the group of scientists who discovered it. On 1 June 2009, mapping aboard the RV Kilo Moana (mothership of the Nereus vehicle), indicated a spot with a depth of The sonar mapping of the Challenger Deep was possible by its Simrad EM120 sonar multibeam bathymetry system for deep water. The sonar system uses phase and amplitude bottom detection, with an accuracy of better than 0.2% of water depth across the entire swath (implying that the depth figure is accurate to ± ). In 2011, it was announced at the American Geophysical Union Fall Meeting that a US Navy hydrographic ship equipped with a multibeam echosounder conducted a survey which mapped the entire trench to resolution. The mapping revealed the existence of four rocky outcrops thought to be former seamounts. The Mariana Trench is a site chosen by researchers at Washington University in St. Louis and the Woods Hole Oceanographic Institution in 2012 for a seismic survey to investigate the subsurface water cycle. Using both ocean bottom seismometers and hydrophones, the scientists are able to map structures as deep as beneath the surface.
Спускается
По состоянию на 2022 год было совершено 22 спуска с экипажем и семь без экипажа. Первым был спуск с экипажем батискафа «Триест», разработанного в Швейцарии, итальянского производства и принадлежащего ВМС США, который достиг дна в 13:06 23 января 1960 года с Доном Уолшем и Жаком Пикаром на борту, однако впоследствии эта глубина была уточнена до 35814 футов (10916 метров). Глубина была определена на основе преобразования измеренного давления и расчетов, основанных на плотности воды от поверхности моря до морского дна. За этим последовали беспилотные аппараты Kaikō в 1996 году и Nereus в 2009 году. Первые три экспедиции непосредственно измерили очень похожие глубины. Четвертый спуск совершил канадский режиссер Джеймс Кэмерон 26 марта 2012 года. Он достиг дна Марианской впадины на борту подводного аппарата Deepsea Challenger, погрузившись на глубину.
In July 2015, members of the National Oceanic and Atmospheric Administration, Oregon State University, and the Coast Guard submerged a hydrophone into the deepest part of the Mariana Trench, the Challenger Deep, never having previously deployed one past a mile. The titanium shelled hydrophone was designed to withstand the immense pressure under. Although researchers were unable to retrieve the hydrophone until November, the data capacity was full within the first 23 days. After months of analyzing the sounds, the experts were surprised to pick up natural sounds like earthquakes, typhoons, baleen whales, and machine made sounds such as boats. Due to the mission's success, the researchers announced plans to deploy a second hydrophone in 2017 for an extended period of time. Victor Vescovo achieved a new record descent to on 28 April 2019 using the DSV Limiting Factor, a Triton 36000/2 model manufactured by Florida based Triton Submarines. He dived four times between 28 April and 5 May 2019, becoming the first person to dive into Challenger Deep more than once. On 8 May 2020, a joint project between the Russian shipbuilders, scientific teams of the Russian Academy of Sciences with the support of the Russian Foundation for Advanced Research Projects and the Pacific Fleet submerged the autonomous underwater vehicle Vityaz D to the bottom of the Mariana Trench at a depth of Vityaz D is the first underwater vehicle to operate autonomously at the extreme depths of the Mariana Trench. The duration of the mission, excluding diving and surfacing, was more than 3 hours. On 10 November 2020, the Chinese submersible Fendouzhe reached the bottom of the Mariana Trench at a depth of .
В июле 2015 года сотрудники Национального управления океанических и атмосферных исследований, Университета штата Орегон и Береговой охраны погрузили гидрофон в самую глубокую часть Марианской впадины – в Бездну Челленджера, ранее не осуществляя развертывание на расстоянии более мили. Гидрофон в титановом корпусе был спроектирован для выдерживания огромного давления. Хотя исследователи смогли извлечь гидрофон только в ноябре, объем памяти был заполнен в течение первых 23 дней. После нескольких месяцев анализа звуков эксперты были удивлены, обнаружив природные звуки, такие как землетрясения, тайфуны, киты-усачи, а также техногенные шумы, например, от судов. В связи с успехом миссии исследователи объявили о планах развернуть второй гидрофон в 2017 году на более длительный срок. Виктор Весково достиг нового рекорда глубины погружения 28 апреля 2019 года на борту DSV Limiting Factor, модели Triton 36000/2, произведенной компанией Triton Submarines, базирующейся во Флориде. Он совершил четыре погружения в период с 28 апреля по 5 мая 2019 года, став первым человеком, который более одного раза достиг Бездны Челленджера. 8 мая 2020 года совместный проект российских судостроителей, научных коллективов Российской академии наук при поддержке Российского фонда перспективных исследовательских проектов и Тихоокеанского флота погрузил автономный подводный аппарат «Витязь-Д» на дно Марианской впадины на глубину. «Витязь-Д» – первый подводный аппарат, способный автономно работать на экстремальных глубинах Марианской впадины. Продолжительность миссии, не включая время погружения и всплытия, составила более 3 часов. 10 ноября 2020 года китайский подводный аппарат «Фэндучжэ» достиг дна Марианской впадины на глубине.
In July 2015, members of the National Oceanic and Atmospheric Administration, Oregon State University, and the Coast Guard submerged a hydrophone into the deepest part of the Mariana Trench, the Challenger Deep, never having previously deployed one past a mile. The titanium shelled hydrophone was designed to withstand the immense pressure under. Although researchers were unable to retrieve the hydrophone until November, the data capacity was full within the first 23 days. After months of analyzing the sounds, the experts were surprised to pick up natural sounds like earthquakes, typhoons, baleen whales, and machine made sounds such as boats. Due to the mission's success, the researchers announced plans to deploy a second hydrophone in 2017 for an extended period of time. Victor Vescovo achieved a new record descent to on 28 April 2019 using the DSV Limiting Factor, a Triton 36000/2 model manufactured by Florida based Triton Submarines. He dived four times between 28 April and 5 May 2019, becoming the first person to dive into Challenger Deep more than once. On 8 May 2020, a joint project between the Russian shipbuilders, scientific teams of the Russian Academy of Sciences with the support of the Russian Foundation for Advanced Research Projects and the Pacific Fleet submerged the autonomous underwater vehicle Vityaz D to the bottom of the Mariana Trench at a depth of Vityaz D is the first underwater vehicle to operate autonomously at the extreme depths of the Mariana Trench. The duration of the mission, excluding diving and surfacing, was more than 3 hours. On 10 November 2020, the Chinese submersible Fendouzhe reached the bottom of the Mariana Trench at a depth of .
Жизнь
Экспедиция, проведенная в 1960 году, сообщила о наблюдении, к большому удивлению из-за высокого давления, крупных существ, обитающих на дне, таких как камбала длиной около . По словам Пикара, "Дно казалось светлым и прозрачным, покрытым твердым диатомовым илом". Во время второй экспедиции беспилотный аппарат "Кайко" собрал образцы ила с морского дна. В этих образцах были обнаружены крошечные организмы. В июле 2011 года исследовательская экспедиция развернула автономные посадочные аппараты, известные как "drop cams", оснащенные цифровыми видеокамерами и освещением для исследования этого глубоководного района. Среди множества других живых организмов были замечены гигантские одноклеточные фораминиферы размером более , принадлежащие к классу моноталамеа. Моноталамеа примечательны своими размерами, их огромной численностью на морском дне и их ролью в качестве хозяев для различных организмов. В декабре 2014 года на глубине был обнаружен новый вид удильщиковой рыбы, побивший предыдущий рекорд самой глубоководной рыбы, зафиксированной на видео. Во время экспедиции 2014 года было снято несколько новых видов, включая огромных амфипод, известных как супергиганты. Глубоководный гигантизм – это явление, при котором виды вырастают больше, чем их сородичи, обитающие в более мелких водах.
Загрязнение
В 2016 году исследовательская экспедиция изучила химический состав падальщиков-ракообразных, собранных в пределах впадины. В этих организмах исследователи обнаружили чрезвычайно высокие концентрации полихлорированных бифенилов (ПХБ), химического токсина, запрещенного в 1970-х годах из-за его вреда для окружающей среды, сконцентрированного на всех глубинах в отложениях впадины. Дальнейшие исследования показали, что амфиподы также заглатывают микропластик, при этом у 100% амфиподов в желудках обнаружен хотя бы один фрагмент синтетического материала. В 2019 году Виктор Весково сообщил об обнаружении на дне впадины пластикового пакета и оберток от конфет. В том же году журнал Scientific American сообщил, что в тканях водных животных, найденных во впадине, обнаружен углерод-14, образовавшийся в результате ядерных испытаний.
Возможные места захоронения ядерных отходов
Как и другие океанские впадины, Марианская впадина рассматривалась как место для захоронения ядерных отходов. Кроме того, зоны субдукции плит связаны с очень сильными землетрясениями с глубоководным очагом (мегаземлетрясениями), последствия которых непредсказуемы для безопасности долгосрочного захоронения ядерных отходов в экосистеме хадопелаги.