5 месяцев назад
Нету коментариев

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.