Методы изучения океанов - лекция в "Зарядье" на День Геолога - 2026

Спиридонов Александр Викторович, с.н.с. геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
https://vk.com/popular_geo

Если собрать всю воду и весь воздух нашей планеты в шар и сравнить его с размерами планеты, получится так:

https://www.magellan.education/book/%D1%80%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D1%84-%D0%B4%D0%BD%D0%B0-%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD%D0%B0

https://www.magellan.education/book/%D1%80%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D1%84-%D0%B4%D0%BD%D0%B0-%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD%D0%B0

https://www.geologyin.com/2024/10/mid-ocean-ridge.html

Батиметрия и эхолокация: измерение глубины с помощью сонаров и многолучевых эхолотов для создания карт рельефа дна.
Подводные аппараты: дистанционно управляемые, автономные и обитаемые субмарины для визуального осмотра, отбора проб и измерений в реальном времени.
Бурение: отбор кернов осадков и пород с помощью специализированных судов (например, JOIDES Resolution).
Сейсмические исследования: отражение и преломление сейсми-ческих волн для изучения структур осадков и коры в целом.
Геофизические методы: магнитометрия, гравиметрия и другие.

Принцип работы такой же, как у летучих мышей: испускаем ультразвук, ловим отраженный сигнал, вычисляем расстояние.
h = (v · t)/2, где:
h — глубина водоёма; v — скорость звука в воде; t — время, за которое сигнал проходит до дна и обратно.

https://habr.com/ru/articles/734870/

Эта сонарная карта позволила исследователям точно определить рельеф дна

https://www.livescience.com/31437-images-deep-sea-black-smoker-vents-action.html

Многолучевой гидролокатор автономного подводного аппарата Sentry может использоваться для отображения батиметрии. Подобные исследования помогают ученым находить и измерять интересные особенности, такие как большой холм, обнаруженный на карте морского дна Аланной Даркин.

https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs-auvs/

Институт океанологии им. Шмидта

https://www.ioc.unesco.org/en/articles/seabed-2030-announces-latest-progress-world-hydrography-day

Батиметрия и эхолокация: измерение глубины с помощью сонаров и многолучевых эхолотов для создания карт рельефа дна.
Подводные аппараты: дистанционно управляемые, автономные или обитаемые субмарины для визуального осмотра, отбора проб и измерений в реальном времени.
Бурение: отбор кернов осадков и пород с помощью специализированных судов (например, JOIDES Resolution).
Сейсмические исследования: отражение и преломление сейсмических волн для изучения структур осадков и коры в целом.
Геофизические методы: магнитометрия, гравиметрия и другие.

Охватывают зоны глубже 200 метров, где преобладают экстремальные условия: давление до 1100 атмосфер, полная темнота и температуры от +400°C у гидротермальных источников до +2°C в абиссали. Более 80% океанского дна остаётся неизученным даже в 2026 году.
Опираются на робототехнику и автономные системы:
дистанционно управляемые аппараты: оснащены камерами высокого разрешения, манипуляторами и сенсорами для визуального осмотра, отбора проб и длительного мониторинга.
автономные подводные аппараты: работают без кабеля, картируют дно с помощью сонаров и собирают данные на глубинах >6000 м.
Обитаемые субмарины: для прямого присутствия учёных.

«Трие́ст» — исследовательский батискаф, на котором в 1960 году было совершено рекордное погружение в Марианскую впадину.

https://en.wikipedia.org/wiki/Trieste_(bathyscaphe)

https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/underwater-vehicles/

"Элвин" во время своего научно-исследовательского круиза по Мексиканскому заливу в 2014 году. Подводный аппарат благополучно доставил более 3000 исследователей во время более чем 5000 погружений на глубину 6500 метров.
(Фото Криса Линдера, океанографический институт Вудс-Хоул)

Введен в эксплуатацию в 1964 году как один из первых в мире глубоководных аппаратов для погружения в океан.

В ходе последней модернизации, с 2011 по 2021 г., было установлено новое помещение для персонала с более эргономичным интерьером

https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/underwater-vehicles/

https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs-auvs/

Автономный подводный аппарат Sentry был представлен во время экспедиции 2017 года по изучению кораллов/каньонов/мест обитания холодных течений. Благодаря встроенной цифровой камере, многолучевому эхолоту и обтекаемой форме торпеды, Sentry “летит” над морским дном, исследуя топографические особенности на глубине до 6000 метров под водой. Изображение предоставлено компанией Exploring Carolina Canyons expedition.

https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/underwater-vehicles/

Модернизация Jason с 2015 по 2016 г. стоила более 2,4 млн. долларов

https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/underwater-vehicles/

Когда автономный подводный аппарат Remus 6000 завершает запланированное погружение, он остается под водой до тех пор, пока его не поднимут на поверхность для восстановления на борту судна, с которого он был запущен. Этот AUV обычно “пролетает” 45-50 метров под водой и всплывает на поверхность, когда ему необходимо обновить свое местоположение по GPS. Необработанные данные собираются только в конце исследовательской миссии. Изображение предоставлено Inner Space Center and the University of Rhode Island.

https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs-auvs/

Батиметрия и эхолокация: измерение глубины с помощью сонаров и многолучевых эхолотов для создания карт рельефа дна.
Подводные аппараты: дистанционно управляемые, автономные и обитаемые субмарины для визуального осмотра, отбора проб и измерений в реальном времени.
Бурение: отбор проб осадков и пород с помощью специализированных судов.
Сейсмические исследования: отражение и преломление сейсмических волн для изучения структур осадков и коры в целом.
Геофизические методы: магнитометрия, гравиметрия и другие.

https://eos.org/editor-highlights/scientists-face-limitations-accessing-seafloor-information

https://joidesresolution.org/about-the-jr/

"JOIDES Resolution" у берегов Гавайев

https://stories.tamu.edu/news/2019/08/27/350-million-nsf-agreement-extends-texas-am-leadership-of-iodp-ship-operations/

В рамках плана, принятого около десяти лет назад, по добыче редкоземельных элементов в океане.

1962-1968: Mohole Project
бурение на шельфе.
1968-1983: Deep Sea Drilling Project (DSDP)
Только один корабль, Glomar Challenger.
1983-2003: Ocean Drilling Program (ODP)
Новый корабль, JOIDES Resolution, с 1985 г. 
2003-2013: Integrated Ocean Drilling Program (IODP)
Япония построила буровое судно Chikyū.
2013-2024: International Ocean Discovery Program (IODP-2)
Продолжение работы JOIDES Resolution, Chikyū.

https://psu.pb.unizin.org/sciod/chapter/scientific-ocean-drilling-vessels/

Батиметрия и эхолокация: измерение глубины с помощью сонаров и многолучевых эхолотов для создания карт рельефа дна.
Подводные аппараты: дистанционно управляемые, автономные и обитаемые субмарины для визуального осмотра, отбора проб и измерений в реальном времени.
Бурение: отбор кернов осадков и пород с помощью специализированных судов (например, JOIDES Resolution).
Сейсмические исследования: отражение и преломление сейсмических волн для изучения структур осадков и коры в целом.
Геофизические методы: магнитометрия, гравиметрия и другие.

https://pnsn.org/blog/2021/08/31/the-cascadia-seismic-imaging-experiment-2021-casie21-all-aboard-the-r-v-marcus-g-langseth

Длинные желтые «поплавки» — сейсмоприемники. А короткие, ближе к кораблю — это источник сигнала

https://habr.com/ru/articles/734870/

Сейсмический профиль

Сейсмический профиль зоны субдукции Нанкай (у побережья Токио). [из Araki, Saffer et al., 2017].

https://joidesresolution.org/one-of-the-most-complex-observatories-in-the-world/

Example processed 3D image of seafloor geology https://www.nature.com/articles/s41561-020-0562-9

Батиметрия и эхолокация: измерение глубины с помощью сонаров и многолучевых эхолотов для создания карт рельефа дна.
Подводные аппараты: дистанционно управляемые, автономные и обитаемые субмарины для визуального осмотра, отбора проб и измерений в реальном времени.
Бурение: отбор кернов осадков и пород с помощью специализированных судов (например, JOIDES Resolution).
Сейсмические исследования: отражение и преломление сейсмических волн для изучения структур осадков и коры в целом.
Геофизические методы: магнитометрия, гравиметрия и другие.

https://en.ppt-online.org/46681

https://www.geologyin.com/2024/10/mid-ocean-ridge.html

Магнитные полосы на Срединно-Океанском хребте представляют собой чередующиеся полосы нормальной и обратной магнитной полярности, расположенные по обе стороны хребта

https://magazine.neftegaz.ru/articles/geologorazvedka/821885-effektivnost-vysokotochnykh-gravimagnitnykh-nablyudenii-pri-provedenii-inzhenerno-geologicheskikh-iz

https://magazine.neftegaz.ru/articles/geologorazvedka/821885-effektivnost-vysokotochnykh-gravimagnitnykh-nablyudenii-pri-provedenii-inzhenerno-geologicheskikh-iz

Международная программа океанического бурения: с 1962 года пробурено более 1,5 тысяч скважин. Программа завершила работу в 2024 году после 50+ лет.
Seabed 2030 (Nippon Foundation — GEBCO): цель — полная карта дна к 2030 году. По состоянию на 2025 год закартировано 27,3% дна.
NOAA Ocean Exploration и Ocean Exploration Trust: в 2025 году — экспедиции в Марианском регионе (вулканические дуги, грязевые вулканы).
Schmidt Ocean Institute (Falkor): серия экспедиций 2025–2026 гг. по «холодным просачиваниям», подводным горам и биоразнообразию.
MEER Project (Китай): исследование хадальной зоны Марианской впадины с помощью обитаемого батискафа Fendouzhe.

Pauline Weatherall, Seabed 2030 Global Center
https://www.ioc.unesco.org/en/articles/seabed-2030-announces-latest-progress-world-hydrography-day

Срединно-океанические хребты и рельеф океанов
Места расхождения плит, где формируется новая кора. Сейсмические, палеомагнитные данные и бурение подтвердили модель тектоники плит.
Марианская впадина и Challenger Deep
Выделена хадальная зона, осуществлено погружение на дно, проведены исследования.
Гидротермальные источники («курильщики»)
Открыты в 1977–1979 годах на Восточно-Тихоокеанском поднятии и Срединно-Атлантическом хребте.
Биоразнообразие
Ежегодно сотни новых видов описывают океанологи.

Открыты в 1977 году на Галапагосском рифте. Горячие флюиды (до 400°C) создают минеральные «трубы» и поддерживают хемосинтез — основу экосистем без солнечного света.
Даже неактивные «курильщики» остаются очагами микробной жизни.
В 2024–2026 гг. зафиксирована биолюминесценция на «курильщиках».

Жерло «черного курильщика» выбрасывает струи жидкости, насыщенной частицами очень мелкозернистых сульфидных минералов, образующиеся при смешивании горячих гидротермальных флюидов с морской водой.
“Черные курильщики” - это трубки, образованные из отложений сульфида железа, которые имеют черный цвет. “Белые курильщики” - это строения, образованные из отложений бария, кальция, сульфатов и кремния, которые имеют белый цвет.

https://oceanservice.noaa.gov/facts/vents.html

Map: Sven Petersen/GEOMAR https://www.geomar.de/en/discover/marine-resources/massive-sulphides#gallery-3

На этой фотографии изображен манипулятор с дистанционно управляемого аппарата MBARI "Doc Ricketts", держащий температурный датчик, используемый для измерения температуры воды в недавно открытых глубоководных гидротермальных источниках в южной части Калифорнийского залива. Температура воды в некоторых из этих источников составляет не менее 300 градусов по Цельсию .

https://www.livescience.com/31437-images-deep-sea-black-smoker-vents-action.html

https://www.nationalgeographic.com/animals/article/animals-discovered-deep-sea-hydrothermal-vents

Морской угорь проплывает мимо скопления трубчатых червей курильщика Тика, в восточной части Тихого океана на глубине 2,5 км.
Фотография ROV SuBastian / Schmidt Ocean Institute.

Так, например, за 2025 – начало 2026 г:
24 новых вида амфипод (включая новое надсемейство) в Clarion-Clipperton Zone.
28 подозреваемых новых видов (улитки, морские ежи, актинии) у Аргентины
Обнаружен крупнейший холодноводный коралловый риф размером с Ватикан.
«смертоносный шар»-губка, гигантский изопод «Darth Vader», новые улитки и черви в Южном океане (всего 30+ видов).

https://www.livescience.com/31437-images-deep-sea-black-smoker-vents-action.html

Эти крупные трубчатые черви сфотографированы исследователями MBARI на недавно открытом месторождении гидротермальных источников в южной части Калифорнийского залива. Эти черви достигают более 1 метра в высоту и содержат бактерии, которые помогают им питаться химическими веществами, вытекающими из гидротермальных источников.

Photo: ROV KIEL 6000/GEOMAR https://www.geomar.de/en/discover/marine-resources/massive-sulphides#gallery-4

https://www.stlpr.org/2013-05-23/descending-into-the-mariana-trench-james-camerons-odyssey

Подводный аппарат Джеймса Кэмерона Deepsea Challenger, в разработке которого он принимал участие. Аппарат был спроектирован таким образом, чтобы погружаться быстрее, чем более крупные подводные аппараты.

Значение исследований

Фундаментальная наука:
доказательство тектоники плит,
реконструкция палеоклимата из кернов,
изучение глубоководной биосферы. Глубоководные исследования доказывают устойчивость жизни в экстремальных условиях
моделирование климата (углеродный цикл, миграция частиц)
Прикладное значение:
поиск полезных ископаемых (сульфиды, газогидраты),
оценка георисков (землетрясения, цунами),
мониторинг климатических изменений.
оценка влияния добычи полезных ископаемых.

Перспективы:
Seabed 2030 и новые технологии (автономные аппараты) к 2030 году закроют белые пятна на карте дна.
IODP-3 продолжит бурение для понимания геодинамики.
Применение AI для автоматического распознавания видов,
низкозатратные роботы (DORIS),
туризм на субмаринах (Китай, 2026).
Геологические исследования в океанах остаются одной из самых динамичных областей науки, раскрывающей скрытые процессы планеты.

Источники:
IODP официальный сайт: https://www.iodp.org/
Seabed 2030: https://seabed2030.org/NOAA
о гидротермальных источниках: https://oceanservice.noaa.gov/facts/vents.html
NOAA Ocean Exploration: https://oceanexplorer.noaa.gov/
Schmidt Ocean Institute: https://schmidtocean.org/
WHOI о гидротермальных источниках: https://www.whoi.edu/oceanus/feature/the-discovery-of-hydrothermal-vents/
Научные публикации (ScienceDaily, Pensoft, Nature Ecology & Evolution).

https://en.wikipedia.org/wiki/Survey_vessel