Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Континенты и океаны

По сейсмическим данным, Земля состоит из нескольких обо­лочек, отличающихся по внутрен­нему строению и составу слагаю­щих их пород, и ядра. Внешняя оболочка «твердой» Земли — земная кора — имеет среднюю мощность около 30 км. Под ней находится мантия с глубиной ниж­ней границы 2900 км. Ниже рас­положено ядро, имеющее двухъ­ярусное строение. Внешнее ядро занимает интервал глубин 2900— 4980 км. Через него проходят продольные сейсмические волны, поперечные же волны полностью поглощаются. Это дает основа­ние считать, что внешнее ядро находится в расплавленно-жидком состоянии. Внутреннее ядро, имеющее радиус 1250 км,— твердое тело.

Таким образом, Землю можно представить в качестве сложной механической системы, в центре которой находится небольшое твердое ядро, вращающееся внут­ри полости, заполненной тяжелой жидкостью. Скорость вращения внутреннего ядра может не­сколько отличаться от скорости вращения коры и мантии.

В последние десятилетия уста­новлено, что в верхней части мантии Земли имеется слой с по­ниженными скоростями сейсми­ческих волн и пониженной вяз­костью — так называемая астено­сфера. Часть твердой оболочки Земли, лежащую выше астено­сферы, принято называть лито­сферой. Мощность литосферы из­менчива. Под континентами она может достигать нескольких сотен километров; под океанами умень­шается от десятков километров по их периферии до первых кило­метров в центральных частях океанов в области срединно-океанических хребтов. По современ­ным представлениям, литосфера как бы скользит по «размягчен­ной» астеносфере, и благодаря этому на поверхности Земли воз­можны значительные горизон­тальные смещения континенталь­ных массивов и окружающих их участков океанского дна.

Непосредственному изучению в настоящее время доступна толь­ко земная кора, все нижележащие слои исследуются геофизически­ми методами: гравиметрическим, магнитометрическим, электромагнитным, сейсмическим, сейс­мологическим и некоторыми дру­гими. Многие особенности глубин­ного строения земной коры уже доступны изучению с помощью бурения. Даже в океане геофизи­ческие данные о строении верх­ней части земной коры проверя­ются с помощью глубоководного бурения.

Земная кора состоит из не­скольких слоев. На континенте — это (сверху вниз) осадочный, «гранитный» и «базальтовый» слои. Названия слоев обычно берутся в кавычки, поскольку только в среднем их состав бли­зок к названным породам.

В океанах земная кора лишена «гранитного» слоя, и это является принципиальным различием меж­ду океанами и континентами. Для геологов граница между океаном и континентом проходит не по бе­реговой линии, где волны, набе­гая и отступая, как бы «лижут» берег, непрерывно разрушая его, а там, где у подножия материко­вого склона на большой глубине выклинивается, исчезает «гранит­ный» слой. В океанах осадочный слой, как правило, достаточно то­нок (десятки — сотни метров, реже — первые километры), и на дне часто обнажаются породы ба­зальтового слоя. Тут уже название слоя можно употреблять без ка­вычек. Многочисленные драгировки дна, выполненные на подвод­ных хребтах, в глубоких разломах земной коры и на склонах подня­тий, показали, что в действитель­ности дно океана сложено базальтовыми породами.

Важную информацию о соста­ве пород дна принесли работы бурового судна «Гломар Челленджер». С 1968 г. оно ведет бурение дна океана сначала по националь­ной программе США, а затем по международной программе IPOD, в осуществлении которой принимает участие ряд стран, в том числе и Советский Союз. Это судно, специально оборудованное для бурения дна океана, напоми­нает плавучую буровую вышку. Длины его буровых труб хватает на то, чтобы при глубине дна океа­на, например, в четыре километра пробурить скважину глубиной бо­лее двух с половиной километ­ров. Везде, где были проведены буровые работы, оказалось, что дно океана сложено комплексом эффузивных пород — базальтовых покровов, переслаивающихся с осадками. Чем глубже, тем мень­ше встречается прослоев осадков, и тем массивнее становятся ба­зальтовые лавы. Под базальтами залегают габброиды — магмати­ческие основные породы. Ниже залегают ультраосновные породы верхней мантии; их отторженцы обнажаются в глубоких разломах океанической коры и местами в рифтовых зонах. Базальты облада­ют значительно более сильными магнитными свойствами, чем гра­ниты, поэтому сведения о поро­дах, слагающих дно океана, осо­бенно важны для магнитоло­гов.

Так выглядит в разрезе земной шар по геофизическим данным. В океанах показаны срединно-океанические хребты. При землетрясениях возникает два типа волн: продольные и поперечные

Так выглядит в разрезе земной шар по геофизическим данным. В океанах показаны срединно-океанические хребты. При землетрясениях возникает два типа волн: продольные и поперечные

Дно океана

Рельеф поверхности земного шара изучен в настоящее время довольно хорошо. Исследовате­лям океанских глубин при прове­дении этой работы пришлось тя­желее, чем их сухопутным кол­легам. Естественно, «заглянуть» сквозь пяти- или десятикиломет­ровую толщу воды и с нужной сте­пенью точности определить глу­бину океана — это непростая за­дача. Поэтому еще в середине 50-х гг. о некоторых участках дна Мирового океана было известно меньше, чем о видимой стороне Луны.

Со времен древних морепла­вателей и почти до начала нашего века для измерения глубины моря использовался лот — груз, привя­занный на длинной и прочной ве­ревке — лине. 2000 лет до нашей эры египтяне уже использовали это приспособление, чтобы изме­рять глубину дна Нила. В 1492 г. Колумб пытался измерить глубину в центре Атлантического океана, имея линь длиной в 400 морских саженей5. Конечно, дна он не достиг.

В конце прошлого века на сме­ну тяжелой работе по промеру океанских глубин абсолютным ме­тодом, т. е. лотом, пришел новый метод — измерение глубин стали проводить относительным спосо­бом, замеряя время, которое про­шла звуковая волна в воде от момента излучения на судне и до возвращения сигнала, отраженно­го от дна. Источником звукового импульса в те годы служила обык­новенная струна от рояля.

В послевоенные годы с пере­ходом к ультразвуковым эхоло­там техника измерения глубин поднялась на новую ступень, по­скольку началась автоматическая регистрация непрерывного про­филя рельефа дна под движущим­ся океанологическим судном. Ультразвуковой луч эхолота дает информацию только о той линии, над которой прошло исследова­тельское судно. Пространствен­ную картину рельефа дна — кар­ту — геоморфологи составляют по многочисленным отдельным профилям. В отличие от эхолоте, ультразвуковой луч геолокато­ра (нового прибора для геомор­фологических исследований) сканирует, т. е. в пределах задан­ного угла «просматривает» пло­щадь дна справа, внизу и слева от судна. Таким способом можно уже со значительно большей точ­ностью закартировать дно океана, не пропустив при этом отдель­ных деталей подводной топогра­фии.

Однако до последнего време­ни основные сенсации в области изучения глубин все же были свя­заны с простым исследователь­ским эхолотом. В конце 50-х — начале 60-х гг. геоморфологи установили, что гигантские под­водные хребты, протягивающиеся в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах, объединены меж­ду собой. Недостающие звенья этой подводной цепи, протянув­шейся на расстояние около 60 тыс. км, были исследованы в Субантарктике в первых совет­ских Антарктических экспедициях 1955—1957 гг. и в Индийском океа­не в ходе Международной Индо-океанской экспедиции 1959— 1965 гг. В это же время советски­ми исследователями был открыт подводный хребет в Северном Ледовитом океане.

Во многих океанах подводные хребты занимают почти строго ме­дианное положение между сосед­ними материками, поэтому они получили название срединно-океа­нических. Например, Срединно-Атлантический хребет расположен примерно на полпути между Се­верной и Южной Америкой, с одной стороны, и Европой и Аф­рикой — с другой. Австрало-Ан­тарктический хребет — на поло­вине расстояния между Австрали­ей и Антарктидой. А вот Восточ­но-Тихоокеанское поднятие в Тихом океане как бы прижимается к побережью Южной Америки, а севернее упирается в Северо-Американский материк у берегов Калифорнии. Точно так же Западно-Индоокеанский хребет пере­ходит через Аденский залив в рифт Красного моря, который отделяет Аравийский полуостров от Африки. Везде, где средин­ный хребет упирается в конти­нент, континентальная кора рас­трескивается, и на ее месте обна­жается молодая океаническая кора. Местом наибольшей актив­ности срединных хребтов являет­ся их ось, где развивается неглу­бокое узкое ущелье — рифтовая долина.

С развитием методов эхолотирования представления о рельефе дна менялись. На схемах а и б показан один и тот же профиль дна в районе Сандвичевых о-вов (Южная Атлантика)...

С развитием методов эхолотирования представления о рельефе дна менялись. На схемах а и б показан один и тот же профиль дна в районе Сандвичевых о-вов (Южная Атлантика)…

После открытия системы срединных хребтов именно рифт при­влек к себе наиболее присталь­ное внимание морских геологов и геофизиков. Оказалось, что не только на суше рифт — наиболее активная зона срединных хребтов, буквально разъединяющая мате­рики. Но и в океане с ним связана высокая сейсмическая активность, повышенные значения потока теп­ла, идущего из недр Земли, и ин­тенсивные аномалии магнитного поля. А если взглянуть на карту сейсмичности Земли, то видно, что очаги землетрясений протягива­ются вдоль рифтовой зоны узкой полосой, как бы разделяя океаны на две части, а всю Землю — на блоки, или плиты. Сочетание вы­соких тепловых потоков и сейсмич­ности означает, что основной по­ток энергии, идущий из глубин Земли к ее поверхности, в океане «разгружается» именно через рифтовую зону. Геологические исследования показали, что в рифтовых зонах обнажаются свежие базальты, излияние которых на поверхность дна произошло в гео­логическом смысле буквально «сегодня». Обрамлена рифтовая долина, как правило, высокими гребнями с резко расчлененным рельефом.

С удалением от рифтовой зо­ны уровень дна океана понижает­ся, начинаются склоны срединно­го хребта.

Чем дальше от рифтовой до­лины, тем более плавным стано­вится рельеф дна; исчезают острые пики и ущелья на склонах хребта, все больше появляется выровненных площадок. Сейсми­ческие исследования показали, что это связано с постепенным увели­чением мощности осадков, кото­рые нивелируют раздробленную поверхность срединно-океаниче­ских хребтов. И, наконец, фланги хребта постепенно переходят в глубоководные котловины, исклю­чительно выровненная поверх­ность которых осложняется не­большими холмами. И если в риф­товой зоне осадков почти нет, то в глубоководных котловинах их мощность достигает сотен метров, а иногда и одного-двух километ­ров. Глубоководные котловины — участки дна, которые находятся в состоянии покоя. Здесь отсут­ствует сейсмическая активность, тепловой поток понижен, развиты спокойные аномалии гравитацион­ного поля, указывающие на то, что вся область находится в равновес­ном состоянии в поле силы тяже­сти. А вот аномалии магнитного поля в котловинах лишь немногим меньше по амплитуде, чем в рифтовых зонах и на склонах срединно-океанических хребтов. Это — чрезвычайно важный признак, ко­торый объединяет хребты с окру­жающими их котловинами.

Сейсмоакустические исследо­вания методом непрерывного сей­смического профилирования, при котором сейсмические волны «просвечивают» осадочный слой океана и отражаются от корен­ных пород его ложа, показали, что коренное ложе глубоководных котловин раздроблено почти так же сильно, как и вершина и скло­ны срединных хребтов. Это, наря­ду с единством магнитного поля, позволяет говорить о том, что везде коренное ложе океана — и на срединных хребтах, и в глубо­ководных котловинах — создано одинаковыми процессами, т. е. что в своем развитии оно прошло одни и те же стадии образования, раздробления и захоронения под осадками.

Обрамляются котловины либо глубоководными желобами, либо подножиями и склонами конти­нентов. Если котловина сменяет­ся континентальным подножием, такая материковая окраина назы­вается пассивной. Если же впади­на океана обрамлена глубоковод­ными желобами, окраина назы­вается активной. И действительно, в первом случае тектонические яв­ления на границе океана и конти­нента развиты слабо. Во втором же — за глубоководным желобом, который уже сам по себе выгля­дит грандиозной структурой, по которой земная кора резко по­гружается на значительную глу­бину, начинаются самые активные в тектоническом отношении зо­ны — островные дуги. Интенсив­ный вулканизм и высокая сейсмич­ность — вот основные характер­ные черты островных дуг. В этих зонах очаги землетрясений распо­лагаются вдоль так называемой сейсмофокальной плоскости, ко­торая выходит на земную поверх­ность в глубоководном желобе и резко погружается под остров­ную дугу, достигая глубин 400— 700 км.

После того как были установ­лены основные черты морфоло­гии дна океанов и его глубинного строения, перед учеными-геоло­гами, естественно, встали много­численные вопросы «почему».

Почему в середине океанов появляются срединно-океанические хребты? Почему склоны этих хребтов почти строго симметрич­ны? Почему глубина океана с уда­лением от хребтов прогрессивно увеличивается, пока не достигает некоторого среднего уровня? По­чему окраины континентов делят­ся на пассивные и активные?

Эти и многие другие не менее важные вопросы, связанные со строением и эволюцией Земли, удалось решить в ходе комплекс­ного изучения дна Мирового океа­на. Именно океан, обладающий наиболее простой структурой ко­ры, позволил принципиально по-новому осветить проблемы исто­рии развития нашей планеты.

Первая плодотворная попытка объяснить происхождение срединно-океанических хребтов была сделана американскими геолога­ми Г. Хессом и Р. Дицем. Они высказали предположение, что в оси рифтовой зоны происходит расширение (спрединг) дна, кото­рое передается на ближайшие континенты, заставляя их дрейфо­вать в разные стороны. Гипотеза спрединга дна объясняла многие особенности морфологии и струк­туры океанов, но еще не давала удовлетворительного ответа на вопрос о природе и механизме движений. Тем не менее плодо­творность такого нового подхода стала вскоре очевидной для мно­гих геологов и геофизиков.

Современная геотектоническая концепция, рожденная на базе гипотезы спрединга дна, носит название «новой глобальной тек­тоники», или «тектоники литосферных плит». Она помогает от­ветить на поставленные выше во­просы, связывая воедино внутрен­нее развитие Земли и внешние проявления этого развития — морфоструктуры, видимые на поверх­ности Земли и на дне Мирового океана. У концепции в ее совре­менном виде много авторов — геологов, геофизиков. Она роди­лась на стыке различных геоло­гических наук, и каждый иссле­дователь внес в нее что-то свое. Основные положения этой концепции сводятся к следую­щему.

В рифтовых зонах срединно-океанических хребтов рождается новая океаническая кора, которая в результате спрединга дна пере­мещается в обе стороны от оси хребта. Древняя кора поглощает­ся в глубоководных желобах, «ны­ряя» под островные дуги. Под островными дугами происходит переплавление поглощенной ко­ры, и легкоплавкие элементы всплывают к поверхности Земли, где и скапливается материал бу­дущей континентальной коры.

Зоны образования коры (сре­динные хребты и рифты) и ее по­глощения (глубоководные жело­ба) разделяют всю поверхность Земли на серию жестких блоков, или плит, которые движутся по поверхности астеносферы. Обыч­но выделяется девять крупных плит и множество мелких, время «жизни» которых, как правило, много короче, чем время сущест­вования крупных плит. Плиты мо­гут включать в себя и континен­тальные глыбы, и окружающие их пространства ложа океана — вплоть до рифтовых зон или глу­боководных желобов. Кроме того, могут существовать чисто океа­нические плиты, не имеющие кон­тинентальных фрагментов, или (очень редко) чисто континен­тальные.

Перемещаясь по поверхности Земли, плиты приходят во взаимо­действие: их океанические части поглощаются в глубоководных же­лобах, рождая островные дуги (именно с этим и связана высо­кая сейсмичность и интенсивный вулканизм дуг — активных окра­ин), а континентальные, сталки­ваясь с континентальными же или с островными дугами, рождают горно-складчатые пояса, которые наращивают материковую кору дна океана.

Литосфера Земли разделена срединно-океаническими хребтами, глубоководными желобами и трансформными разломами на плиты. Многочисленные «малые» плиты на карте не показаны

Литосфера Земли разделена срединно-океаническими хребтами, глубоководными желобами и трансформными разломами на плиты. Многочисленные «малые» плиты на карте не показаны

В свою очередь, континенталь­ная кора может разрываться рифтовыми зонами и расталкиваться в разные стороны. Так, по мнению многих исследователей, рожда­ются новые океаны и континенты с пассивными окраинами.

Таким образом, новая геотектоническая концепция раскры­вает нам нашу планету в постоян­ном движении и преобразовании, и в этом смысле она хорошо гар­монирует с подвижным миром всей Вселенной.

Механизм, приводящий плиты в движение, в настоящее время связывается с глубинной диффе­ренциацией ядра Земли, которая вызывает крупномасштабную кон­векцию, охватывающую всю ман­тию вплоть до слоя астеносферы, по которому происходит скольже­ние плит.

Разогретое глубинное вещест­во, поднимаясь к поверхности Земли в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, образу­ет эти гигантские подводные горные сооружения. Охлаждаясь с те­чением времени и отодвигаясь от осей хребтов, вещество раскристаллизовывается, вес раскристаллизованной части увеличи­вается, и по законам гидростати­ки — плавания твердых тел — уровень его поверхности понижа­ется. Так образуются глубоковод­ные котловины, обрамляющие срединные хребты.

На несколько поставленных вы­ше вопросов «почему» мы отве­тили. Однако нельзя считать, что концепция новой глобальной тектоники уже ответила на все вопросы, стоящие перед учеными. Конечно, нет, и в этом открывают­ся увлекательные перспективы для дальнейших исследований.