Эра обширного «трехмерного» изучения биологических, химических, геологических и физических условий в море началась с кругосветного плавания британского военного корабля «Челленджер» с 1872 по 1876 г., в котором принимали участие шесть ученых. Корабль водоизмещением 2300 т под научным руководством Уивилла Томсона во время своего путешествия прошел 68 500 морских миль, причем было произведено 370 промеров глубин лотом, 255 намерения температуры и 240 сетевых обловов. Экспедиция собрала большой научный материал. Было обнаружено свыше 4700 до того времени неизвестных видов живых организмов.
Пример «Челленджера» послужил стимулом к организации целого ряда океанографических экспедиций в различных государствах. В 1874–1876 гг. немецкий корвет «Газель» также совершил кругосветное плавание. В 1889 г. в Атлантике работала организованная Прусской академией наук планктонная экспедиция на судне «Националь», целью которой было изучение ареала распространения и видового состава растительных и животных планктонных организмов. В немецкой экспедиции на реконструированном торговом пароходе «Вальдивиа» водоизмещением 2170 регистровых брутто-тонн, проходившей в 1898–1899 гг., решался вопрос о существовании жизни в огромной промежуточной лишенной света толще воды, заключенной между обитаемыми поверхностными слоями моря и морским грунтом с населяющей его донной фауной.
Из других научных экспедиций в эти десятилетия необходимо отметить русские океанографические исследования в Тихом океане под руководством адмирала С. О. Макарова на корвете «Витязь» с 1886 по 1889 г. и на первом, в мире ледоколе «Ермак» у Шпицбергена, а также дрейф Нансена на «Фраме» в Северном Ледовитом океане с 1893 по 1896 г. В 1882 г. в распоряжение рыболовного ведомства Соединенных Штатов было предоставлено первое океанографическое исследовательское судно — «Альбатрос».
Начавшиеся в конце прошлого столетия и в дальнейшем все более и более развивающиеся теоретические исследования позволили обобщить уже известные к тому времени факты и сформировать новые представления о динамике происходящих в море процессов. В океанографии наметился постепенный переход от преимущественно географически-описательной науки к науке, основанной на физико-математических методах. Одновременно были разработаны различные океанографические приборы — такие, например, как опрокидывающийся термометр, надежно работающий батометр, измеритель течений, усовершенствованные сети и драги. Эти приборы и до настоящего времени являются основой стандартного оборудования исследовательских судов.
В это время образовались также первые международные океанографические организации. С 1882 по 1883 г. проводился Международный Полярный год, причем исследования по согласованным программам велись на 49 станциях наблюдений. Эти исследования не ограничивались только полярными областями — их результаты служили также для объяснения общепланетарных связей. При этом неоднократно затрагивались океанографические вопросы. Подобные исследования были повторены во втором Международном Полярном году — с 1932 по 1934 г. Наконец, они достигли кульминации в Международном Геофизическом году — 1957–1958 гг.
Сильные колебания в доходах от сельдяного промысла у восточного выхода из пролива Скагеррак стали поводом для международных океанографических работ в Северном и Балтийском морях. В Копенгагене был создан Международный совет по исследованию морей (ICES) — первый международный океанографический орган. ICES и сейчас стимулирует различные океанологические и рыболовно-биологические исследования в северной Атлантике и координирует эти работы.
Время обширных съемок в океанах с исследовательских судов сменилось новым периодом развития океанографии, характеризующимся систематическими исследованиями океанологической структуры и гидрологических процессов в тех или иных океанических районах. Так, например, в 1913 г. в восточной части северной Атлантики начались работы норвежцев на судне «Армауер Хансен» водоизмещением всего 57 регистровых брутто-тонн. Их задачей было изучение сезонных изменений различных океанологических факторов.
Долгое время примером систематического исследования всего океана служила немецкая Атлантическая экспедиция 1925–1927 гг. на судне «Метеор» водоизмещением 1178 т. Цель ее — изучение процессов циркуляции в южной Атлантике и проведение обширных биологических, химических и метеорологических исследований. Тринадцать раз пересекал «Метеор» Атлантический океан между 18° с.ш. и 55° ю. ш. и выполнил наблюдения на 310 станциях (так в океанографии называются отдельные точки измерений). Результаты этих исследований не потеряли своего значения и до настоящего времени, являясь основой при планировании дальнейших работ.
Многочисленные океанографические экспедиции снаряжались также и другими странами, вплоть до второй мировой войны. В этот период были созданы новые исследовательские институты.
Быстрый подъем был характерен для развития океанографии в Советском Союзе. Уже в 1918 г. была снаряжена гидрографическая экспедиция для работ в европейской части Северного Ледовитого океана, за которой в 1920 г. последовал целый ряд научных экспедиций в другие моря. В 1921 г. учрежден Плавучий морской научный институт, заложивший основы советской океанологии[2]. В том же году были организованы первые экспедиции. В 1922–1923 гг. для этого института зверобойная шхуна водоизмещением 550 т была переоборудована в первое советское исследовательское судно «Персей». «Персей» принимал участие во втором Международном Полярном году и до 1941 г. провел в северных морях 90 экспедиций [3].
«Персей». На этом судне начались первые советские морские исследования
Вслед за Морским плавучим институтом создавались и другие океанологические и рыбохозяйственные институты. Главной задачей советских океанологических исследований в то время было освоение Северного морского пути. Впервые в 1937–1938 гг. дрейфующая льдина послужила базой для океанографических и метеорологических исследований в Арктике. Вслед за руководимой Папаниным дрейфующей станцией «Северный полюс 1» после войны были организованы многочисленные новые станции. В настоящее время работает станция «Северный полюс 23».
После второй мировой войны при организации крупных глубоководных экспедиций возникли новые аспекты в постановке исследований. Особое значение при этом придавалось изучению морского дна и нижележащих слоев грунта. Так, шведская экспедиция на «Альбатросе» в 1947–1948 гг. главное внимание уделяла вопросам морской геологии. Здесь впервые удалось получить в глубоководных областях колонки грунта длиной свыше 20 м, которые позволили заглянуть в геологическое прошлое океанического дна более чем на 10 млн. лет назад. Во время датской экспедиции на «Галатее» в 1950–1952 гг. были сделаны выдающиеся открытия при исследовании животного мира морских глубин.
В последующие годы при биологических и геологических исследованиях в глубоководных желобах Тихого океана особенно отличилось реконструированное в Висмаре и введенное в строй в 1949 г. советское научно-исследовательское судно «Витязь».
Обширные исследования показали, что природные условия в Мировом океане очень сложны и во многих его областях отличаются большой пространственно-временной изменчивостью. Случайные выборочные измерения в каком-либо одном районе могут лишь очень приближенно характеризовать естественные условия. Все сильнее возникало требование к синхронным (синоптическим) исследованиям с нескольких судов по единой методике. Далее выяснилось, что при таком обширном и сложном объекте изучения, как Мировой океан, необходимо равноправное международное сотрудничество и весьма желателен обмен данными наблюдений.
Попытки одновременной совместной работы многих исследовательских судов предпринимались и раньше. Так, в 1928 г. проводились одновременные исследования восемью советскими судами по восьми профилям в Финском заливе. Позднее такие исследования были предприняты в Баренцевом море и в дальневосточных водах Советского Союза. В 1938 г. в районе Азорских островов при международном изучении Гольфстрима велись совместные работы немецким и норвежским исследовательскими судами, к которым время от времени подключался также французский корабль погоды.
Однако до работ в больших масштабах по согласованным программам на многих исследовательских кораблях дело дошло только после второй мировой войны. Здесь следует упомянуть, например, совместные работы в 1950 г. шести исследовательских судов США и Канады в районе Гольфстрима между мысом Хаттерас и Ньюфаундлендской банкой. Кульминационного пункта совместные международные исследования достигли во время Международного Геофизического года в 1957–1958 гг. и Международного Геофизического сотрудничества. Свыше 70 исследовательских судов (в том числе более 20 из Советского Союза) сотрудничали по заранее согласованным программам. Последующая обширная международная программа исследований, включающая около 40 судов, проводилась с 1958 по 1965 г. (основные работы велись в 1962–1964 гг.) в Индийском океане, который до того времени океанология достаточно несправедливо обходила своим вниманием.