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.

Магнитные аномалии океанов и движение на сфере

Гипотеза дрейфа материков А. Вегенера, подтвержденная палеомагнитными данными, кон­цепция расширения дна океана Г. Хесса и Р. Дица, затем гипоте­за Ф. Вайна и Д. Метьюза о гео­хронологической природе маг­нитных аномалий океанов — такой путь прошла новая геологическая теория — концепция тектоники литосферных плит,— прежде чем она стала тем механизмом, с по­мощью которого геологи научи­лись расшифровывать многие за­гадки геологической летописи Земли. Геомагнетизму в ней отво­дится одна из важных ролей — от­вечать на вопросы о направлении и скорости движения плит: в мезокайнозое — в основном по мор­ским магнитным, а на более ран­них этапах геологического разви­тия Земли — по палеомагнитным данным.

Земля представляет собой сложную фигуру вращения, кото­рую в первом приближении мож­но сравнить со сферой. Поэтому все горизонтальные движения на ее поверхности должны удовлет­ворять законам сферической гео­метрии. Это положение обходит­ся стороной в построениях геологов-фиксистов, поскольку срав­нительно небольшие вертикаль­ные движения на плоскости и на сфере с таким большим радиусом, как у Земли, почти эквивалентны. Но при горизонтальных движениях сферичностью уже пренебрегать нельзя, перемещения на сфере и на плоскости не эквивалентны.

В 1776 г. знаменитый матема­тик, член Петербургской Акаде­мии наук Л. Эйлер доказал так называемую теорему о фиксиро­ванной точке—теорему о зако­нах движения на сфере. Из нее следует, что всякое движение жесткого тела на сфере есть вра­щение вокруг некоторой точки на ее поверхности, которая назы­вается полюсом вращения, или эйлеровым полюсом.

Геология на сфере при гос­подстве горизонтальных движе­ний оказывается более сложной наукой, чем на плоскости, по­скольку более сложны законы движения на сфере. Однако внут­ренняя согласованность и взаим­ная обусловленность всех процес­сов при анализе движений на сфе­ре становится особенно очевид­ной. Это же относится и к линей­ным магнитным аномалиям океа­нов.

Геофизики-магнитологи давно обнаружили, что расстояния меж­ду линейными аномалиями даже в пределах одного океана не оста­ются неизменными. Например, в Атлантическом океане расстояние между 1-й и 5-й аномалиями уве­личивается от 65 км на 35° с. ш. до 180 км на 21° ю. ш., а затем уменьшается до 165 км на 41 ° ю. ш. Поскольку выбранные анома­лии имеют одинаковый возраст, изменение расстояния между ни­ми означает, что вдоль Срединно-Атлантического хребта изменяется скорость расширения дна, причем сначала она увеличивается, а после достижения максимального значения начинает уменьшаться. Именно так должны вести себя теоретические скорости расшире­ния дна при движении вокруг по­люса вращения. На самом полю­се теоретическая скорость спрединга равняется нулю, а макси­мальных значений она достигает на экваторе вращения. Это — один из способов, с помощью которого можно найти положение полюса и экватора вращения.

Магнитные аномалии совпа­дают с линиями долгот эйлерова полюса, и это означает, что с приближением к полюсу они должны постепенно сходиться в одну точ­ку. Действительно, есть в океане несколько таких очень наглядных мест, где видно, как магнитные аномалии почти что сходятся в одну точку. Это относится, напри­мер, к Норвежской котловине Атлантического океана или же к Центральной котловине Тихого океана, где аномалии магнитного поля располагаются веером. По­ложение полюса в этих местах можно определить даже графиче­ски, продлив аномалии до места их предполагаемого пересечения. Близостью к полюсу раскрытия Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана объясняется, по данным советского магнитолога А. М. Карасика, ничтожная ско­рость расширения дна в этом океа­не, и в соответствии с этим — его небольшая ширина и невыра­женность магнитных аномалий.

Если линейные аномалии яв­ляются меридианами, то транс­формные разломы, смещающие аномалии,— это широты эйлерова полюса. Все изменения направле­ния спрединга фиксируются на дне океана в изменении простира­ний магнитных аномалий и разной кривизне и направлении транс­формных разломов. Таким обра­зом, плиты и включенные в них континенты в процессе дрейфа смещаются закономерным обра­зом, и следами этих смещений на поверхности дна океана являются трансформные разломы, показы­вающие путь смещения, и линей­ные магнитные аномалии, описы­вающие хронологию и скорость смещений.

На карте линейных магнитных аномалий (стр. 16) видно, что на­пример, в Южной Атлантике, южнее 25° ю. ш., развиты мезозойские аномалии. Севернее — в экваториальной и северной тро­пической зонах океана — эти аномалии отсутствуют. Расче­ты, основанные на анализе прости­рания аномалий и кривизне транс­формных разломов, показали, что полюс относительного враще­ния Африки и Южной Америки находился очень близко: на 2,5° ю. ш. и 45° з. д. С момента начала разъединения и до позднеаптского времени Африка развернулась вокруг этого полюса относительно Южной Америки на 11°. В районе полюса вращения — в современ­ной северной Бразилии и Ниге­рии — материки оставались спа­янными друг с другом. В даль­нейшем полюс вращения резко сместился к северу, началось пол­ное разъединение двух материков и образование всей Южной Атлан­тики. Расстояния между магнит­ными аномалиями позволили рас­считать скорость расширения океа­на на разных этапах времени, а направление их простирания — определить положение соответ­ствующих полюсов вращения. По­ложение современного полюса вращения Африканской плиты от­носительно Южноамериканской, по данным С. А. Ушакова, близко к 59° с. ш., 38° з. д.

Резкое изменение простирания трансформных разломов в юго-восточной части Тихого океана показывает, что полюс вращения плит Наска и Тихоокеанской не оставался постоянным. В истории расширения этой части Тихого океана выделяется два крупных этапа, один из которых охватывает весь кайнозой до времени обра­зования аномалии 7 (см. рис. 10), а второй — оставшуюся часть кай­нозоя вплоть до нашего времени. Этим двум этапам соответствуют два различных полюса вращения плит Тихоокеанской и Наска.

С помощью полюса вращения и угла поворота вокруг него опи­сываются относительные движения двух плит. Движение всего ан­самбля плит по поверхности Зем­ли подчиняется тем же законо­мерностям, но увязка всех дви­жений — это довольно сложная математическая задача, которая решается геофизиками с большей или меньшей долей вероятности. И чем согласованнее будут рас­считаны движения плит, тем более достоверной, отвечающей пря­мым геологическим данным, полу­чается картина их перемещения в геологической истории Земли.

Палеомагнитные реконструкции палеозоя и раннего мезозоя

Реконструировать геологиче­скую ситуацию существовавшую на Земле сложнее всего для до­кембрия и раннего палеозоя, где палеомагнитные данные немного­численны и в ряде случаев нахо­дятся в противоречии с геологи­ческими данными.

Тем не менее, и палеомагнит­ные, и геологические данные ука­зывают на то, что в течение всей палеозойской эры Гондвана существовала в качестве единого суперматерика, а вот современ­ные северные, или Лавразийские, материки дрейфовали более или менее независимо друг от друга.

В начале фанерозоя, в ран­нем кембрии Северо-Западная Африка, входившая в состав Гонд­ваны, находилась, по-видимому, на Южном полюсе, а северные материки располагались в близ­экваториалыных широтах. Напри­мер, Сибирь в то время находилась в Южном полушарии при­мерно на 20° ю. ш. Палеомагнит­ные данные показывают, что меж­ду Гондваной и Сибирским блоком существовало широкое простран­ство, а геологические разрезы позволяют сделать вывод о том, что это пространство было занято обширным Палео-Азиатским океа­ном. В это же время между Се­верной Америкой и Гондваной существовал Палео-Атлантический океан.

Таким образом, все материки в начале палеозоя находились ли­бо в Южном полушарии, либо вблизи экватора, а северную по­ловину Земли, видимо, занимал гигантский океан — прообраз со­временного Тихого океана. О су­ществовании этого океана свиде­тельствуют специфические глубо­ководно-морские так называемые турбидитные отложения, а также офиолитовые комплексы Австра­лии и Восточной Антарктиды.

В ордовике суперконтинент Гондвана почти не изменил своего географического положения вбли­зи Южного полюса. А вот север­ные материки начали сближаться, отступая к северу, за экватор. Разделявшие их Палео-Азиатский и Палео-Атлантический океаны постепенно закрывались. Сначала (отчасти — на их месте) возник океан Палео-Тетис-1, а к сере­дине девона, вероятно, исчез и он, оставив на своем месте ряд бассейнов Средиземноморского или даже Черноморского типа,— т. е. небольшие океанические кот­ловины, окруженные со всех сто­рон континентальными массивами.

Общий медленный дрейф Гондваны к северу привел в нача­ле второй половины палеозоя — в карбоне — к тому, что Южная Африка оказалась на Южном полюсе; там началось оледенение, о котором мы говорили в предыду­щем разделе.

Распад Пангеи (по Р. Дицу и Дж. Холдену): а — Земля 200 млн. лет назад: б — 180 млн. лет назад; в — в настоящее время

Распад Пангеи (по Р. Дицу и Дж. Холдену): а — Земля 200 млн. лет назад: б — 180 млн. лет назад; в — в настоящее время

К началу второй половины палеозоя Европа и Америка в результате столкновения спаялись вместе, образовав единый мате­рик — Еврамерику, который по­степенно приходил в соприкос­новение с Гондваной. Спаянными, или по крайней мере близко расположенными, оказались почти все материки и микроконтиненты, кроме Китайского материкового блока, который отделялся от мате­риков северной группы океаном Палео-Тетис—2. Палео-Тихий океан продолжал существовать в виде гигантского водного бассейна, однако вместо Северного полу­шария Земли он теперь занимал также и экваториальную зону.

К началу пермского периода все материки (кроме Китайского блока) спаялись воедино в супер­континент Пангею. Таким образом, современные палеомагнитные и геологические данные подтвердили сделанный в начале века вывод Вегенера о существовании на Земле единой суши. Это, ко­нечно, не означает, что внутри Пангеи не было так называемых эпиконтинентальных морей, т. е. участков материков, занятых неглубокими водными бассейна­ми, но океан — с его базальтовым ложем и осями спрединга — реконструируется только в эква­ториальной зоне, разделяя Пан­гею и Китайский блок. Впоследст­вии, однако, исчез и он. По-преж­нему на Земле существовал ог­ромный Палео-Тихий океан.

Дрейф Гондваны постепенно привел к тому, что на Южном полюсе оказалась Антарктида.

Если взглянуть на построенные на мобилистской основе палеогео­графические карты Земли позд­него палеозоя, видно, насколько «рисунок» расположения мате­риков и океанов разительно отли­чается и от современного, и от того, который наметился к началу фанерозоя. К концу палеозоя на Земле существовал единый океан, и ему была противопоставлена единая материковая область — Пангея («Вся Земля» — по-грече­ски).

Дальнейшая — мезокайнозой­ская — история материков и океа­нов — это история постепенного распада Пангеи и образования континентов и океанов.

В начале мезозоя — в триасе, судя по палеомагнитным данным, все материки северной группы располагались уже полностью к северу от экватора, оправдывая, таким образом, это условное название. В экваториальной области возник и постепенно рас­ширялся молодой океан Тетис, а также, возможно, и какие-то участки будущего Северного Ледовитого океана. Начался посте­пенный распад Пангеи.

В триасе в средней части Еврамерики оформились узкие глубо­кие впадины — грабены, затоп­ленные морем и выполненные морскими обломочными отложе­ниями. В настоящее время эти грабены располагаются вдоль побережья Западной Европы. Это была как бы первая еще не­удачная попытка расколоть Лав­разию. Триасовые грабены так и не стали дном будущего Атлан­тического океана; ось расширения сместилась в юрское время запад­нее, где и образовался первичный, постепенно расширяющийся бас­сейн Северной Палео-Атлантики, который был связан с Тихим океа­ном.

В юрское время усилился так­же темп раздробления Гондваны. В течение всего палеозоя — 320 млн. лет!— этот суперконти­нент избежал распада, но в мезо­зое и его целостности пришел ко­нец. Судя по палеомагнитным данным, в юре Австралия распо­лагалась в высоких широтах Южного полушария (75—80° ю. ш.) и оставалась спаянной вое­дино с Антарктидой. К поздней юре Индия и Австралия уже были разделены новым океаническим бассейном: Палео-Индийский океан здесь с востока как бы «вгрызался» в Гондвану, дробя ее на материковые блоки. Потре­бовалось в общей сложности око­ло 190 млн. лет, чтобы на поверх­ности Земли образовалась та си­стема материков и океанов, кото­рую мы знаем в настоящее время. И еще 60 млн. лет потребовалось на то, чтобы в результате расши­рения океанов материки заняли свое современное положение.

Геологическая эволюция современных океанов

К настоящему времени мор­ской и аэромагнитной съемкой покрыта практически вся площадь Мирового океана, хотя деталь­ность этих работ далеко не везде одинакова. Идентификация маг­нитных аномалий в соответствии с магнитохронологической шкалой показала, что возраст дна океана закономерно увеличивается от оси срединных хребтов к их флан­гам, и что возраст дна во всех современных океанах Земли не старше середины мезозоя. Гра­ничные цифры возраста, которые были получены для различных бассейнов, обозначены на стр. 16. Из этого рисунка видно, что сре­динные хребты живут сложной жизнью; одни из них развиваются в течение всего мезо-кайнозоя, другие отмирают, третьи возни­кают вновь. Для ряда древних раннемезозойских хребтов время развития не удается точно уста­новить из-за того, что в совре­менном магнитном поле океана не видно ни их оси (т. е. самых молодых аномалий), ни их окраин (наиболее древних аномалий). Дело в том, что в процессе разви­тия в мелу и кайнозое новых хреб­тов фрагменты древней коры уже поглотились в зоне островных дуг, и определить точную хроно­логию движений по морским маг­нитным данным не всегда уда­ется.

Какова же история образова­ния современных океанов? Во-первых, по магнитным аномалиям и данным глубоководного буре­ния обособляются широкие об­ласти, связанные с развитием современных хребтов. Им проти­вопоставляются области, образо­ванные более древними, ныне отмершими хребтами. Наиболее древние — юрского возраста — участки дна современных океанов обнаружены в восточной части Индийского океана и в северо-за­падной части Тихого океана, а так­же в Атлантике. Эти участки еще не успели поглотиться в зонах поддвига под островными дугами.

В первой половине поздней юры океанический бассейн про­ник из Тихого океана в современ­ную Северную Атлантику, разъ­единив Европу и Северную Америку и образовав между ними пролив с океанической корой. Наиболее древняя магнитная аномалия из известных здесь (М-25) имеет возраст 151,5 млн. лет. Несколько позднее — в середине раннего мела — образовался океанический пролив между Южной Америкой и Аф­рикой, а затем — и бассейн, раз­деляющий Африку и Индию.

Дольше всех «сопротивлялась» расколу Австралия, которая вме­сте с Новой Зеландией и хребтами Кемпбелл и Чатем примыкали к Антарктиде. Последние 80—100 млн. лет были, пожалуй, «самыми драматическими» в жизни Гондваны. В соответствии с магнитохро-нологической шкалой самые древние аномалии на юго-западе Тихого океана имеют номер 33 (возраст 82 млн. лет), и лежат они к юго-востоку от Новой Зе­ландии, а также в Тасмановом море, между Новой Зеландией и Австралией. Между Австра­лией и Антарктидой аномалии моложе (до № 22, что соответст­вует возрасту до 56 млн. лет). Следовательно, дно в этой области океана образовалось позднее, чем к востоку от Австралии. Сре­динный хребет позднемезозойского времени — ось расширения дна — располагался восточнее

Гондваны, а на ее восточной периферии простирался мезозой­ский комплекс структур. Там шло наращивание материковой коры. Около 80 млн. лет назад от Гонд­ваны оторвалась Новая Зеландия вместе с обрамляющими ее хреб­тами Чатем и Кемпбелл, рифт проник в область между Австра­лией и подводным хребтом Лорд-Хау, и дно постепенно стало рас­ширяться, в результате чего об­разовалось Тасманово море. Но­вая Зеландия и обрамляющие ее хребты отодвигались все дальше на север. Поскольку полюс, вокруг которого вращалась Новая Зелан­дия, находился близко к хребту Кемпбелл, хребты южного обрам­ления Новой Зеландии значительно повернулись за короткое время (более 60° против часовой стрел­ки). След этого вращения — гигантский Альпийский разлом, протянувшийся вдоль всего Южного о-ва Новой Зеландии, представлял собой границу сколь­жения двух плит.

Около 60 млн. лет назад рифт Тасманова моря неожиданно пре­кратил свое существование, и на­чал образовываться океанический бассейн между Австралией и Антарктидой. Потребовалось по крайней мере 2 млн. лет, чтобы разъединить эти два материка. Эти движения привели к созда­нию на юго-западе Тихого океана грандиозных островных дуг, таких, как Тонга, Кермадек и другие.

Развитие Атлантики проходило более спокойно, расширение дна было довольно равномерным во времени. За счет сближения Африки и Евразии началось закры­тие океана Тетис, которое по­степенно привело к формирова­нию протяженной цепи складчатых сооружений от Альп Южной Евро­пы до Загроса на Ближнем Восто­ке. Индия, отделившаяся от Афри­ки в позднем мелу, в результате расширения Аравийско-Индийского хребта начала поистине фантас­тическое «путешествие» к северу, пока не столкнулась с Евразией. Результатом этого столкновения было образование гигантских горных цепей Гималаев, и, в част­ности,— лежащего севернее оз. Байкал.

В позднем мезозое—кайнозое площадь дна Тихого океана не­сколько уменьшилась благодаря надвиганию на него обеих Америк и Австралии, остальные же океаны увеличили свою площадь. Резуль­татом надвигания Северной Аме­рики на Восточно-Тихоокеанское поднятие явился отрыв от этого материка Калифорнийского полу­острова и образование одноимен­ного залива. Дальнейшее надви­гание материка на срединный хребет приведет, по-видимому, к образованию там сначала микро­океана, а в дальнейшем — более обширного океанского бассейна. На основании современных данных о смещениях плит можно прогнозировать геологические явления далекого будущего. Например, дальнейшее смещение Африки к северу вызовет, види­мо, закрытие Средиземного моря, смещение в этом же направлении Австралии — исчезновение Фи­липпинского моря, и т. д. Океаны Земли будут постепенно расши­ряться, до тех пор пока изменив­шийся план конвективных течений в недрах Земли не «сгонит» мате­рики снова вместе и пока вновь не образуется Новая Пангея. Пройдут сотни миллионов лет, затем все начнется сначала.