Экспедиция « Челленджера» 1872–1876 годов была научной программой, которая сделала много открытий, заложивших основу океанографии . Экспедиция была названа в честь военного судна, совершившего путешествие, HMS Challenger .
Экспедиция, инициированная Уильямом Бенджамином Карпентером , находилась под научным руководством сэра Чарльза Уайвилла Томсона — из Эдинбургского университета и школы замка Мерчистон — которому помогали пять других ученых, включая сэра Джона Мюррея , секретаря-художника и фотографа. [1] Королевское общество Лондона получило право использования Challenger от Королевского флота и в 1872 году модифицировало корабль для научных задач в Ширнессе , [2] оборудовав его отдельными лабораториями для естественной истории и химии . Экспедиция под руководством капитана Джорджа Нэрса отплыла из Портсмута, Англия , 21 декабря 1872 года. [3] Среди других морских офицеров был коммандер Джон Маклер . [4] [1]
Под научным руководством самого Томсона корабль прошёл около 68 890 морских миль (79 280 миль; 127 580 километров), занимаясь исследованием и разведкой. [5] Результатом стал « Отчёт о научных результатах исследовательского путешествия HMS Challenger в 1873–1876 годах» , в котором, среди многих других открытий, каталогизировалось более 4000 ранее неизвестных видов. Джон Мюррей, руководивший публикацией, описал отчёт как «величайший прогресс в познании нашей планеты со времён знаменитых открытий пятнадцатого и шестнадцатого веков». Отчёт доступен в Интернете как «Отчёт о путешествии HMS Challenger». Challenger проплыл близко к Антарктиде , но не в пределах её видимости. [6] [1] Однако это была первая научная экспедиция, которая сфотографировала айсберги. [1]
Чтобы судно могло исследовать глубины, 15 из 17 орудий Challenger были сняты, а его рангоут уменьшен, чтобы освободить больше места. Были установлены лаборатории, дополнительные каюты и специальная платформа для дноуглубления . [7] Challenger в основном использовал парусную тягу во время экспедиции; паровой двигатель использовался только для буксировки дноуглубления, удержания на месте при проведении промеров, а также для входа и выхода из портов. [7] Он был загружен банками для образцов, наполненными спиртом для сохранения образцов, микроскопами и химическими приборами, тралами и драгами, термометрами, барометрами, бутылками для отбора проб воды, зондирующими поводками , устройствами для сбора осадков со дна моря и большими длинами веревок, с помощью которых можно было подвешивать оборудование в глубинах океана. [8]
Из-за новизны экспедиции часть оборудования была изобретена или специально модифицирована для этого случая. Она несла 181 милю (291 км) итальянской пеньковой веревки для зондирования . [9]
В ходе знаменательного кругосветного путешествия [3] было проведено 492 глубоководных зондирования, 133 дноуглубительных работ, 151 траление в открытой воде и 263 серийных наблюдения за температурой воды. [10] [1] Было обнаружено около 4700 новых видов морской жизни.
Научную работу проводили Уайвилл Томсон , Джон Мюррей , Джон Янг Бьюкенен , Генри Ноттидж Мосли и Рудольф фон Виллемоэс-Зум . Фрэнк Эверс Бед был назначен прозектором . Официальным художником экспедиции был Джон Джеймс Уайлд . [4] Помимо Нэрса и Маклира, в состав военно-морской команды входили Пелхэм Олдрич , Джордж Грэнвилл Кэмпбелл и Эндрю Фрэнсис Бальфур (один из сыновей шотландского ботаника Джона Хаттона Бальфура ). [4] Также среди офицеров был Томас Генри Тизард , который проводил важные гидрографические наблюдения во время предыдущих путешествий. Хотя он не входил в число гражданских научных сотрудников, Тизард позже помог написать официальный отчет об экспедиции, а также стал членом Королевского общества .
Первоначальный состав корабля включал 21 офицера и около 216 членов экипажа. [7] К концу плавания их число сократилось до 144 из-за смертей, дезертирства, ухода персонала на берег из-за болезней и запланированных отплытий. [7]
Challenger прибыл в Гонконг в декабре 1874 года, после чего Нэрс и Олдрич покинули судно, чтобы принять участие в Британской арктической экспедиции . Новым капитаном стал Фрэнк Турл Томсон. [4] Вторым по значимости и самым старшим офицером, присутствовавшим на протяжении всей экспедиции, был коммандер Джон Маклер . Виллемоэс-Сум умер и был похоронен в море во время путешествия на Таити . Лорды Кэмпбелл и Бальфур покинули судно в Вальпараисо, Чили, после повышения в должности. [4]
Первый этап экспедиции пролегал из Портсмута (декабрь 1872 г.) на юг в Лиссабон (январь 1873 г.), а затем в Гибралтар . Следующими остановками были Мадейра и Канарские острова (обе в феврале 1873 г.). Период с февраля по июль 1873 г. был потрачен на пересечение Атлантики на запад от Канарских островов до Виргинских островов , затем на север к Североатлантическому архипелагу и имперской колонии -крепости Бермудские острова (база Северной Америки и Вест-Индской станции), на восток к Азорским островам , обратно на Мадейру, а затем на юг к островам Зеленого Мыса . В течение этого периода был крюк в апреле и мае 1873 г., плавание от Бермудских островов на север до Галифакса и обратно, дважды пересекая Гольфстрим с обратным путем, пересекая дальше на восток. [11]
Покинув острова Зеленого Мыса в августе 1873 года, экспедиция сначала поплыла на юго-восток, а затем направилась на запад, чтобы достичь скал Святого Павла . Отсюда маршрут шел на юг через экватор до Фернанду-ди-Норонья в сентябре 1873 года, и далее в том же месяце до Баии (теперь называемой Салвадор) в Бразилии. Период с сентября по октябрь 1873 года был потрачен на пересечение Атлантики от Баии до мыса Доброй Надежды , по пути зайдя в Тристан-да-Кунья . [11]
С декабря 1873 по февраль 1874 года судно шло примерно на юго-восток от мыса Доброй Надежды до параллели 60 градусов южной широты . В этот период были посещены острова Принс-Эдуард , острова Крозе , острова Кергелен и остров Херд . Февраль 1874 года судно шло на юг, а затем в основном на восток в районе Южного полярного круга , наблюдая айсберги, паковый лед и китов. Затем в марте 1874 года судно пошло на северо-восток, вдали от ледяных районов, и в том же месяце экспедиция достигла Мельбурна в Австралии. Путешествие на восток вдоль побережья от Мельбурна до Сиднея состоялось в апреле 1874 года, пройдя мимо мыса Уилсона и мыса Хау . [11]
Когда плавание возобновилось в июне 1874 года, маршрут пролегал на восток от Сиднея до Веллингтона в Новой Зеландии, затем следовал большой круг на север в Тихий океан с заходом в Тонга и Фиджи , а затем обратно на запад до мыса Йорк в Австралии к концу августа. Корабль прибыл в Новую Зеландию в конце июня и отплыл в начале июля. Перед тем как достичь Веллингтона (на Северном острове Новой Зеландии), были сделаны короткие остановки в Порт-Харди (на острове д'Юрвиль ), а также проливе Королевы Шарлотты и Челленджере, прошедших через пролив Кука , чтобы достичь Веллингтона.
Маршрут из Веллингтона в Тонга пролегал вдоль восточного побережья Северного острова Новой Зеландии, а затем на север и восток в открытый Тихий океан, проходя мимо островов Кермадек по пути к Тонгатабу , главному острову архипелага Тонга (тогда известного как Дружественные острова). Воды вокруг островов Фиджи, на небольшом расстоянии к северо-западу от Тонга, были обследованы в конце июля и начале августа 1874 года. Затем курс судна был установлен на запад, достигнув острова Рейн — на внешнем краю Большого Барьерного рифа — в конце августа и оттуда прибыв к мысу Йорк, на оконечности полуострова Кейп-Йорк в Австралии . [11]
В течение следующих трех месяцев, с сентября по ноябрь 1874 года, экспедиция посетила несколько островов и островных групп во время плавания от Кейп-Йорка до Китая и Гонконга (тогда британской колонии ). Первая часть маршрута проходила на север и запад через Арафурское море , с Новой Гвинеей на северо-востоке и австралийским материком на юго-западе. Первыми посещенными островами были острова Ару , за которыми последовали близлежащие острова Кай . Затем судно пересекло море Банда , коснувшись островов Банда , чтобы достичь Амбоины ( остров Амбон ) в октябре 1874 года, а затем продолжило путь к острову Тернате . В то время все эти острова были частью Нидерландской Ост-Индии и с 1949 года являются частью Индонезии .
От Тернате маршрут шёл на северо-запад к Филиппинам, проходя к востоку от Целебеса ( Сулавеси ) в море Целебеса . Экспедиция зашла в Самбоанган ( Замбоанга ) на Минданао, а затем в Илоило на острове Панай, прежде чем отправиться вглубь архипелага по пути к заливу и гавани Манилы на острове Лусон. Переход на северо-запад от Манилы до Гонконга состоялся в ноябре 1874 года. [11]
После нескольких недель в Гонконге экспедиция отправилась в путь в начале января 1875 года, чтобы повторить свой маршрут на юго-восток в сторону Новой Гвинеи. Первой остановкой на этом внешнем этапе путешествия была Манила. Оттуда они продолжили путь в Самбоанган, но пошли другим маршрутом через внутренние районы Филиппин, на этот раз зайдя на остров Зебу . Из Самбоангана корабль отклонился от внутреннего маршрута, на этот раз пройдя к югу от Минданао — в начале февраля 1875 года.
Затем Challenger направился на восток в открытое море, прежде чем повернуть на юго-восток и высадиться в заливе Гумбольдта (ныне залив Йос-Сударсо ) на северном побережье Новой Гвинеи. К марту 1875 года экспедиция достигла островов Адмиралтейства к северо-востоку от Новой Гвинеи. Заключительным этапом плавания по эту сторону Тихого океана было долгое путешествие через открытый океан на север, проходящее в основном к западу от Каролинских и Марианских островов , и достигшее порта в Иокогаме , Япония, в апреле 1875 года. [11]
Challenger отплыл из Японии в середине июня 1875 года, направившись на восток через Тихий океан к точке к северу от Сандвичевых островов (Гавайи), а затем повернув на юг, в конце июля высадился в Гонолулу на гавайском острове Оаху . Пару недель спустя, в середине августа, корабль отплыл на юго-восток, встав на якорь в заливе Хило у острова Гавайи , прежде чем продолжить путь на юг и достичь Таити в середине сентября.
Экспедиция покинула Таити в начале октября, повернув на запад и юг от островов Тубуаи , а затем направившись на юго-восток, прежде чем повернуть на восток к побережью Южной Америки. Маршрут причалил к островам Хуан-Фернандес в середине ноября 1875 года, а «Челленджер» достиг порта Вальпараисо в Чили несколькими днями позже. Следующий этап путешествия начался в следующем месяце, когда маршрут вел судно на юго-запад обратно в Тихий океан, мимо островов Хуан-Фернандес, прежде чем повернуть на юго-восток и вернуться к Южной Америке, достигнув порта Отвей в заливе Пеньяс 31 декабря 1875 года. [11]
Большая часть января 1876 года прошла в плавании вокруг южной оконечности Южной Америки, где судно исследовало и заходило во многие заливы и острова Патагонского архипелага, Магелланова пролива и Огненной Земли . Среди посещенных здесь мест были бухта Хейл, гавань Грей, порт Грапплер, залив Тома, все в окрестностях острова Веллингтон ; Пуэрта-Буэно, около острова Ганновер ; залив Истмус, около архипелага Королевы Аделаиды ; и порт Чуррука, около острова Санта-Инес .
Последними остановками перед выходом в Атлантику были Порт-Фамин , Сэнди-Пойнт и остров Элизабет. Challenger достиг Фолклендских островов к концу января, зайдя в Порт-Стэнли , а затем продолжив путь на север, достигнув Монтевидео в Уругвае в середине февраля 1876 года. Корабль покинул Монтевидео в конце февраля, направившись сначала на восток, а затем на север, и прибыл на остров Вознесения в конце марта 1876 года.
Период с начала до середины апреля был потрачен на плавание от острова Вознесения до островов Зеленого Мыса. Отсюда маршрут, пройденный в конце апреля и начале мая 1876 года, представлял собой западную петлю на север в среднюю Атлантику, в конечном итоге поворачивая на восток в сторону Европы, чтобы коснуться земли в Виго в Испании к концу мая. Заключительный этап плавания привел судно и его команду на северо-восток от Виго, огибая Бискайский залив, чтобы достичь берега в Англии. [11] Challenger вернулся в Спитхед , Хэмпшир , 24 мая 1876 года, проведя 713 дней из промежуточных 1250 в море. [3]
Королевское общество заявило, что научными целями путешествия были: [12] [1]
Одной из целей физических измерений для HMS Challenger было проверить гипотезу, выдвинутую Карпентером о связи между картированием температуры и глобальной циркуляцией океана, чтобы дать некоторые ответы на явления, связанные с крупным океаническим перемешиванием. Это исследование является продолжением предварительных исследовательских миссий HMS Lightning (1823) и HMS Porcupine (1844) . [1] Эти результаты важны для Карпентера, поскольку его объяснение отличалось от объяснения другого известного океанографа того времени, американца Мэтью Фонтейна Мори . [13] Все эти результаты физических измерений были синтезированы Джоном Джеймсом Уайлдом (т. е. секретарем-художником экспедиции) в его докторской диссертации в Цюрихском университете. [14]
Вторым важным вопросом, касающимся сбора различных видов физических данных на дне океана, была прокладка подводных телеграфных кабелей. Многие трансокеанские кабели прокладывались в 1860-х и 1870-х годах, и их эффективная прокладка и эксплуатация были вопросами большого стратегического и коммерческого значения. [1]
На каждой из 360 станций команда измеряла глубину дна и температуру на разных глубинах, наблюдала за погодой и поверхностными условиями океана, а также собирала образцы морского дна, воды и биоты. Команда Challenger использовала методы, разработанные в предыдущих небольших экспедициях для проведения наблюдений. Для измерения глубины они опускали линию с прикрепленным к ней грузом, пока она не достигала морского дна. Линия была отмечена с интервалом в 25 саженей (150 футов; 46 м) флажками, обозначающими глубину. Из-за этого измерения глубины с Challenger были, в лучшем случае, точными до ближайшей 25 саженей (150 футов; 46 м) разметки. К грузилу часто был прикреплен небольшой контейнер, который позволял собирать образцы донных отложений. [1]
Экипаж использовал различные драги и тралы для сбора биологических образцов. Драги состояли из металлических сетей, прикрепленных к деревянной доске и волочившихся по морскому дну. Головки швабр, прикрепленные к деревянной доске, прочесывали морское дно и освобождали организмы со дна океана, которые попадали в сети. Тралы представляли собой большие металлические сети, буксируемые за судном для сбора организмов на разных глубинах воды. [15] После извлечения драги или трала команда Challenger сортировала, промывала и хранила образцы для исследования по возвращении. Образцы часто сохранялись либо в рассоле, либо в спирте. [ требуется цитата ]
Основным термометром, использовавшимся во время экспедиции «Челленджера», был термометр Миллера-Каселлы , который содержал два маркера внутри изогнутой ртутной трубки для регистрации максимальной и минимальной температуры, через которую проходил инструмент. [13] Несколько таких термометров опускались на разные глубины для регистрации. Однако эта конструкция предполагала, что вода ближе к поверхности океана всегда теплее, чем ниже. Во время плавания команда «Челленджера » испытала реверсивный термометр , который мог измерять температуру на определенных глубинах. Впоследствии этот тип термометра широко использовался до второй половины 20-го века. [12] После возвращения «Челленджера» Ч. У. Томсон попросил Питера Тейта решить сложный и важный вопрос: оценить погрешность измерения температуры глубоких вод, вызванную высоким давлением, которому подвергались термометры. Тейт решил этот вопрос и продолжил свою работу более фундаментальным исследованием сжимаемости жидкостей, что привело к его знаменитому уравнению Тейта . [16] Уильям Диттмар из Университета Глазго установил состав морской воды. Мюррей и Альфонс Франсуа Ренар составили карту океанических отложений.
Томсон, как и многие приверженцы тогдашней теории эволюции , считал, что глубокое море будет домом для « живых ископаемых », давно вымерших в более мелких водах, примеров « недостающих звеньев ». Они считали, что условия постоянной холодной температуры, темноты и отсутствия течений, волн или сейсмических событий обеспечивают такую стабильную среду, что эволюция замедлится или полностью остановится. Луи Агассис считал, что в глубинах «мы должны ожидать найти представителей более ранних геологических периодов». Томас Хаксли заявил, что он ожидал увидеть « зоологические древности, которые в спокойных и малоизмененных глубинах океана избежали причин разрушения, действующих на мелководье, и представляют собой преобладающую популяцию прошлой эпохи». Однако ничего подобного не произошло; хотя несколько организмов, ранее считавшихся вымершими, были найдены и каталогизированы среди множества новых открытий, урожай был типичным для того, что можно было бы найти при исследовании любой эквивалентной протяженности новой территории. Более того, в процессе сохранения образцов в спирте Томсон и химик Джон Янг Бьюкенен поняли, что он непреднамеренно развенчал предыдущий отчет Хаксли о Bathybius haeckelii , бесклеточной протоплазме, покрывающей морское дно, которая, как предполагалось, была связующим звеном между неживой материей и живыми клетками. Чистый эффект был неудачей для сторонников эволюции. [5]
23 марта 1875 года на станции отбора проб № 225, расположенной в юго-западной части Тихого океана между Гуамом и Палау, команда зарегистрировала глубину 4475 саженей (26 850 футов; 8 184 м) [1] , что было подтверждено повторным измерением. [17] Как показали более поздние экспедиции с использованием современного оборудования, эта область представляет собой южную оконечность Марианской впадины и является одним из самых глубоких известных мест на дне океана.
Современные измерения глубины до 6012 саженей (36 070 футов; 10 994 м) с тех пор были обнаружены недалеко от места первоначального измерения Challenger. [ 18 ] Открытие Challenger этой глубины стало ключевым открытием экспедиции в расширении океанографических знаний о глубине и протяженности океана; впадина, Challenger Deep , теперь носит название судна и его преемника, HMS Challenger II , который в 1951 году определил глубину в 5944 сажени поблизости. [19] Томас Гаскелл , главный научный сотрудник HMS Challenger II, заметил, что более позднее измерение
находился не более чем в 50 милях от места, где Челленджер девятнадцатого века достиг своей самой большой глубины [...] и можно было бы подумать, что судно с названием Челленджер должно поставить печать на работе этой великой пионерской экспедиции в области океанографии. [20]
Экспедиция также подтвердила существование Срединно-Атлантического хребта, простирающегося от южного полушария до северного. [1]
Результаты экспедиции «Челленджера» продолжали публиковаться до 1895 года, спустя 19 лет после завершения ее путешествия, офисом «Челленджера» в Эдинбурге, созданным для этой цели. Отчет содержал 50 томов и был объемом более 29 500 страниц. [5] Образцы, привезенные «Челленджером», были распределены среди ведущих мировых экспертов для изучения, что значительно увеличило расходы и время, необходимое для завершения отчета. [21] Отчет и образцы были выставлены в Британском музее естественной истории с января по июль 2023 года. [22] Некоторые образцы, многие из которых были первыми обнаруженными в своем роде, до сих пор изучаются учеными. [23]
Большое количество ученых работали над классификацией материала, привезенного из экспедиции, включая палеонтолога Габриэля Уортона Ли . Джордж Альберт Буленджер , герпетолог из Музея естественной истории, назвал вид ящерицы, Saproscincus challengeri , в честь Челленджера . [24]
До экспедиции «Челленджера» океанография была в основном гипотетическим явлением. [5] Будучи первым настоящим океанографическим круизом, экспедиция «Челленджера» заложила основу для целой академической и исследовательской дисциплины. [7] « Челленджер » применялся к таким разнообразным явлениям, как Общество морских наук «Челленджера» , океанографическое и морское геологическое судно «Гломар Челленджер » и космический челнок «Челленджер» . [25]
подготовить корабль к научной работе, в июне 1872 г. на верфи Королевского флота в Ширнессе началось переоборудование HMS Challenger. Адмиралтейство подсчитало, что ремонт и модификации потребуют шести месяцев планирования и работы.
Общий
Первичные отчеты, счета и письма
Вторичная литература
Коллекции и архивы