Александр Конюхов - Геология океана: загадки, гипотезы, открытия

• Название: Геология океана: загадки, гипотезы, открытия
• Автор: Александр Конюхов
• Издательство: Наука
• Жанр: География
• Год: 1989
• ISBN: 5-02-002023-0

Геология океана — одна из бурно развивающихся отраслей современной науки. Первые представления человека об океане относятся к глубокой древности и дошли до нас в виде мифов и легенд: о всемирном потопе, загадочной Атлантиде и др. С попыток разгадать эти тайны и начинается история освоения океана. Все эти вопросы излагаются в настоящей книге. Читатель познакомится также с важнейшими открытиями, сделанными в океане за последние десятилетия, с такими интереснейшими явлениями, как цунами, сход мощных лавин и др. Автор рассматривает особенности размещения полезных ископаемых в недрах океана, оценивает перспективы его освоения как новой среды обитания человека.

Для широкого круга читателей.

---

А теперь вспомним заголовок раздела. Казалось бы, какая может быть связь между островной вулканической дугой, выдвинутой на сотни и тысячи километров в океан, и континентальной корой? И тем не менее она существует. На островных вулканических дугах возникает молодая континентальная кора за счет разрушения старой коры океана и выплавления из нее наиболее легких ингредиентов. Последние в форме магматических расплавов среднего, а также кислого состава поднимаются от зоны Беньофа к поверхности. И если в первые фазы развития дуги эти расплавы изливаются или выбрасываются тучами раскаленного пепла, то на стадии затухания ее активности они уже не доходят до поверхности и застывают на глубине, давая начало интрузивным комплексам пород. Впоследствии начинается гранитизация как интрузивных комплексов, так и вулканических пород, которыми сложены основание конуса вулкана и большая часть дуги. Так зарождаются гранитные «ядра». Вокруг них в дальнейшем формируется гранитный слой континентальной коры. По прошествии многих миллионов лет островная дуга причленяется к краю материка. Таков вероятный механизм его постепенного разрастания во времени.

Геологические процессы в океане

Почему рвутся подводные кабели

19 ноября 1929 г. произошло экстраординарное событие: в течение короткого времени между Северной Америкой и Европой прекратилась телефонная и телеграфная связь. Она обеспечивалась системой подводных кабелей, трассы которых пролегали через континентальный склон в районе Большой Ньюфаундлендской банки. Проведенное обследование показало, что кабели были порваны. Поскольку одновременно с нарушением связи сейсмические станции на континенте зафиксировали в этом районе небольшое землетрясение, всю ответственность за случившееся возложили на него. Однако вскоре выявилась любопытная подробность: связь по различным каналам прекратилась не одновременно, а с интервалами, причем первыми были порваны кабели, проложенные на меньших глубинах, последними же — на больших.

В 60-х годах, когда появились надежные средства исследования океанского дна, была найдена разгадка тех событий. Выяснилось, что в результате подземного толчка с края шельфа Большой Ньюфаундлендской банки на склон хлынули огромные массы рыхлого песка, образовавшие подводный суспензионный поток типа селевого. Ударной силы его оказалось достаточно, чтобы порвать подводные кабели, проложенные в различных частях склона. Подняв старые документы, американские геологи Ф. Шепард и Р. Дилл [1966] по времени прекращения связи рассчитали, что скорость подводной лавины достигала 30 км/ч. Для подводных условий это не так уж мало, если учесть, что вместе с лавиной на континентальное подножие переместилась масса осадков огромного Объема. Подобные суспензионные потоки, представляющие собой смесь осадочного материала с водой, отличаются значительной плотностью; они называются массфлоу (по англ. «флоу» — поток).

Пастообразные потоки, или потоки обломков, обусловлены течением вниз по склону вязких масс глинистого или карбонатно-глинистого ила, также обладающих высокой плотностью. Эти потоки напоминают сели, хотя и двигаются под водой несравненно медленнее. Они увлекают вместе с собой все попадающиеся на пути обломки, вплоть до гальки и валунов, и способны достигать больших глубин. Так, один из них был закартирован геофизическими методами при исследовании атлантической окраины США на глубинах 4500—5000 м (рис. 12).

Потоки обломочного материала все же не приводят к таким грандиозным перемещениям осадков, которые связаны с другими, более масштабными явлениями, например с гигантскими подводными оползнями. Об истинных масштабах последних стало известно только после того, как началась планомерная сейсмоакустическая съемка континентальных склонов и подножий. В результате на континентальных окраинах в Северной Атлантике были обнаружены подводные гряды оползневого происхождения высотой до 1000 м и протяженностью в десятки и сотни километров. Один из таких оползневых фронтов прослеживается к югу от мыса Хаттерас (атлантическая окраина США) в средней части континентального склона почти на 100 км. Многочисленные оползни покрывают склон и верхнюю часть подножия черноморской окраины Кавказа. Как показывает изучение колонок поднятых осадков, один оползень обычно покоится здесь на другом, а общее число мелких оползней в одном небольшом разрезе, длиной 3—4 м, может достигать 8 или 10. На сейсмопрофилях нередко видно совершенно хаотическое залегание отдельных массивов осадков, съехавших по склону и образовавших грядовый рельеф.

При исследовании тихоокеанского склона Камчатки в одном из подводных каньонов с помощью сейсмоакустики (НСП) была обнаружена огромная глыба древних пород, оторвавшаяся от коренного субстрата (видимо, от края шельфа) и перегородившая русло каньона на глубине 800—1200 м. Размеры этого блока превышают несколько сот метров. Отрыв такого массива и его перемещение по крутому склону способны породить мощную приливную волну — цунами. Подобные явления очень часты на активных континентальных окраинах, где они порождаются землетрясениями и смещениями блоков земной коры по глубинным разломам.

Рис. 12. Линза осадков, отложенная гравитационный потоком вещества на подножии атлантической окраины Северной Америки [Embley, 1980]

Однако самым распространенным и значимым с геологической точки зрения явлением, приводящим к перераспределению огромных масс осадочного материала, следует считать мутьевые, или турбидитные, течения. Как и другие суспензионные потоки, они зарождаются на краю шельфа или в верхней части континентального склона и вскоре превращаются в мутьевое облако. Вобрав огромные массы разнообразной взвеси, оно несется вниз по склону со скоростью в несколько десятков километров в час. Обычными трассами движения мутьевых течений являются подводные каньоны и ложбины, которые, собственно говоря, вырыты ими и постоянно разрабатываются благодаря мощному эродирующему воздействию мутьевого потока на днище и борта каньона. Впрочем, в последнее время были описаны мутьевые потоки, не связанные пространственно с каньонами. Они действуют в основном в районах с высокой сейсмической активностью, в частности на фронтальных участках островных вулканических дуг, например в пределах склона аккреционного поднятия (асейсмичного хребта).

Надо сказать, что с мутьевыми течениями связан особый класс осадков. Они отличаются ярко выраженными структурно-текстурными признаками и своеобразным характером организации вещества, прежде всего повторяемостью в разрезе. Голландский геолог Ф. Кюнен, изучавшей повторяемость слоев в разрезах некоторых морских отложений, обратил внимание на присутствие слоев в градационной слоистостью: снизу вверх в них постепенно уменьшаются размеры частиц осадка. Ф. Кюнен первым дал объяснение подобному феномену. Он пришел к выводу и подтвердил его экспериментально, что такие слои формируются в процессе осаждения частиц из облака взвеси. Первыми благодаря большему весу на дно оседают более крупные осадочные зерна, а вслед за ними более мелкие, взвешенные в воде и обладающие большей плавучестью частицы.

Таким образом зародилось представление о турбидитах. Интересно, что в верхней их части (кровле) есть слоечки, которые состоят из раковинок планктонных организмов, чаще всего фораминифер. Они живут в поверхностных горизонтах водной толщи морей и океанов, а после отмирания их карбонатные раковинки опускаются сквозь воду на дно. Эти карбонатные слоечки резко контрастируют в колонках турбидитов с другими слоями, как правило образованными терригенным материалом либо обломками форменных элементов организмов, живущих на относительно мелком дне (раковины моллюсков, пластинки морских ежей и лилий, обломки кораллов и т. п.). Ф. Кюнен истолковал различия в составе материала, слагавшего низы и верхи турбидита, однозначно. Нижняя его часть составлена частицами, принесенными мутьевым потоком с шельфа или верхней части склона, т. е. в результате возникновения и схода вниз по континентальному склону гравитационного потока, верхний же слоек образован тем материалом, который родился в самой водной толще (например, раковинки фораминифер) и никакого отношения к мутьевому потоку не имеет. Вместе эти слои образуют так называемый турбидитовый циклит.

Удивительным оказался не только сам этот факт, но и масштабы времени, потребовавшегося для формирования циклита турбидита. Поскольку в разрезе турбидитов обычно много органических остатков (фауны и микрофауны), эпоха их отложения хорошо датируется. В такой толще легко подсчитать количество турбидитовых прослоев, т. е. число подводных лавин. Поделив время, в течение которого сложился весь разрез, на это число, можно узнать среднюю продолжительность временного интервала, отделяющего сход одной лавины от другой. Выяснилось, что в зависимости от тектонического режима того района, где происходили в геологическом прошлом эти события, продолжительность интервала колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч лет. Размер единичного циклита весьма невелик — 5—6 или 15—20 см. Следовательно, для того чтобы отложились эти 5—20 см осадка, потребовались тысячелетия.