Геология и минеральные ресурсы Мирового Океана

В. Н. Судариков
Геология и минеральные ресурсы Мирового Океана

От автора

К настоящему времени накоплен обширный материал по геологии океанов, на основе которого большинство геологов планеты придерживаются «мобилистских» взглядов. Таким образом, с конца 20 века доминирует концепция литосферных плит, дополненная конвекционной теорией. Суть этой концепции и огромный фактический материал изложены в многочисленных монографиях и статьях советских и зарубежных авторов. Актуальность изучения результатов исследования Мирового океана заключается, помимо научной новизны, в расширении базы полезных ископаемых, в том числе и месторождений углеводородов.

Осложняющим моментом при составлении учебного пособия по геологии Мирового океана была необходимость вместить обширный материал во временные рамки одного семестра.

Автор, при составлении данного пособия, опирался в основном на обобщающие монографии серии «Океанология» (ответственные редакторы П.Л. Безруков, А.С. Монин, А.П. Лисицин и др.), на книгу К. Оллиера. Отдельные фрагменты были взяты из статей авторов, в том числе и не включенных в отчетный список, – это Е. Цветков, Б. Розен, В. Маркин, А. Городницкий, С. Ушаков, О. Сорохтин и др.

Введение

В конце 18 века французский гидрограф Кларэ де Флорие назвал совокупность океанов и морей Мировым океаном. Его воды покрывают 361 млн. км2 поверхности земли, т.е. более 70 %. Масса воды Мирового океана при средней глубине 3,8 км оценена Вернадским В.И. в 1370 млн. км3.

Океаны не только огромные впадины, заполненные водой. Они характеризуются «океаническим» типом земной коры, отличающейся по составу, структуре и мощности от коры «материкового» типа. Геологические процессы в океанах специфичны и резко отличаются от таковых на материках. Специфична и методика геологических исследований океанов. Наконец, это почти нетронутая в отношении минеральных ресурсов часть планеты, освоение которой только начинается. При этом ключи к решению многих геологических проблем следует искать на дне океана. Неудивительно, что «океанология» выделена в настоящее время в самостоятельную науку.

В 19 веке и в первой половине 20 века в науках об океане преобладал описательный подход, в связи, с чем существовало такое объединительное название «океанография». Этот этап завершен к середине 20 века. Располагая накопленными знаниями, специалисты перешли к анализу процессов в этой области.

Современная океанология – это наука о физических, химических, геологических и биологических процессах, происходящих в Мировом океане.

Примерно до 60 годов представления о геологии Земли целиком базировались на данных изучения континентов. Океаны рассматривались в данный период как постоянно существовавшие пустые пространства, провалы между меняющимися в своих очертаниях развивающимися континентами.

В современных взглядах на историю океанов существуют весьма различные 4 концепции.

1. Все современные океаны – реликты древнего, более крупного океана, охватывавшего когда-то всю поверхность Земли. Развитие литосферы идет в направлении океан-геосинклиналь-континент (Васильковский Н.П., Леонтьев О.К. и др.)

2. Океаны делятся на две группы: древние (первичные) и молодые (вторичные). Были убеждены, что Тихий океан – самый древний среди океанов Земли. Даже считали, что он существовал еще в докембрии. Полагали, что воды океанов скрывают части древних платформ. При этом аргументом древности океана служили результаты изучения флоры и фауны их населяющей. Но историю океанской воды и ее животного мира нужно рассматривать отдельно от истории отдельных океанов как бассейнов. Воды вместе с организмами могли перетекать, перемещаться. Воды древнее бассейнов.

О возрасте бассейнов свидетельствуют данные геофизических исследований, полученные за последние с 1970 по 1980 годы. Они показали, что строение коры океанического типа сходно во всех океанах. Возраст самых древних пород на дне океана определен как позднеюрский. Более древних пород не выявлено. Сторонники этой концепции о древности океанов – Архангельский А.Д., Страхов Н.М., Вегенер и др.

3. Океаны, напротив, очень молоды, образовались в начале мезозоя на месте первичной континентальной коры (Белоусов В.В.). Все океаны новообразованы, с разным возрастом ложа и пород. В пределах Тихого океана развита докембрийская кора.

Но это не соответствует принципам изостазии и физико-химическим условиям превращения силикатов.

4. Бурением доказано широкое распространение современного, четвертичного и миоценового ложа и аналогичных по возрасту осадков во всех океанах.

История океанов по этой концепции связана с генерацией коры в срединных хребтах океанов и раздвижением плит. Современные же океаны сформировались в основном на месте древних материков Гондвана и Лавразия, но образовались они не только на материковой коре, а на новой, возникшей в связи с наращиванием плит в активных срединных хребтах и отодвиганием различных частей этих плит с впаянными в них материками.

Океаны по этой концепции существовали на Земле и раньше, начиная с самых ранних этапов ее развития, с появлением большого количества воды, но они занимали положение иное, чем в настоящее время. В ходе истории непрерывно происходило наращивание океанской коры, движение ложа океанов и его поглощение и переплавка по активным окраинам плит (в зонах Беньофа). Положение активных хребтов на плитах неоднократно менялось, что доказывается в частности для мезозойско-кайнозойской истории, положением линейных (полосовых) магнитных аномалий. Простирания этих реликтовых аномалий резко отличается от направления движения более молодых плит. Немало примеров древнего положения срединных хребтов получено и при изучении континентов (офиолитовые формации). В большинстве горных сооружений мы встречаем офиолитовые покровы (надвинутые на континенты фрагменты океанической коры прошлых геологических эпох). По строению этих покровов и составу перекрывающих их осадочных пород (обычно это яшмы, образующиеся из богатых кремнеземом осадков открытого океана) можно утверждать, что такие осадки образовались за тысячи километров от берега. Следует отсюда вывод, что большие океаны существовали практически всегда в течение всей жизни Земли.

Контрольные вопросы

1. Что такое океанология?

2. Четыре концепции истории океанов.

1 История океанов

1.1 Эволюция взглядов на динамику литосферных плит

Еще в 1620 году Френсис Бекон впервые обратил внимание на подобии конфигураций противостоящих континентов – Африка и Южная Америка.

В теоретической геологии сама собой и как «очевидная» точка зрения возникла фиксистская концепция, согласно которой все геологические структуры, начиная от континентов, океанов и их дна и кончая островами, всегда находились на поверхности Земли только в строго фиксированном положении. В рамках такой фиксистской концепции любые сколько-нибудь-значительные горизонтальные перемещения геологических структур полностью исключались.

Фиксистский барьер «очевидности» впервые удалось перешагнуть английскому пастору и талантливому физику О. Фишеру в его незаслуженно забытом труде со вполне современным названием «Физика земной коры», изданным ещё в 1889 г. (Ficher, 1889). Заметим, кстати, что, исходя из идеи об изостатическом равновесии материков, О. Фишер в этой же работе впервые правильно определил среднюю толщину континентальной земной коры в 20 – 25 миль, или около 40 км.

В противоположность господствовавшим тогда представлениям о постепенном охлаждении и сжатии Земли, приводящим к возникновению в земной коре напряжений сжатия, О. Фишер, создавая свою концепцию, исходил из факта одновременного существования на Земле структур растяжения и сжатия. К первым он отнес рифтовые зоны, проходящие через Исландию, Срединно-Атлантическое плато (как тогда называли Срединно-Атлантический хребет), Восточную Африку и другие подобные структуры, а ко вторым – Тихоокеанский подвижный пояс, выделяющийся резко повышенной сейсмичностью. За основу геодинамической модели развития земной коры О. Фишер принял закономерности движения лавовых корок, образующихся при остывании магмы в лавовом озере кратера вулкана Килауэа на Гавайских островах. Эти корки всегда перемещались от открытых трещин, заполняемых огненно-жидкой магмой (из которой при остывании и формировались сами корки), к местам их торошения и погружения в глубины расплавленной магмы лавового озера. В результате О. Фишер пришел к естественным выводам. Океаническая кора образуется за счет излияния базальтов из трещин в зонах ее растяжения, таких, например, как в Исландии и на осевом хребте в Атлантическом и других океанах. По периферии Тихого океана существуют зоны сжатия, в которых океаническое дно опускается под островные дуги и континентальные окраины. Этот-то поддвиг океанической коры под континентальную и приводит к возникновению землетрясений под Тихоокеанским подвижным поясом. Континенты пассивно «дрейфуют» вместе с океанической корой от зон растяжения к зонам сжатия. Движущим механизмом, перемещающим блоки земной коры, служат конвективные течения магмы в подкоровом субстрате.

Просто поразительно, как за 70-80 лет до появления основополагающих работ по тектонике литосферных плит была нарисована столь близкая к современной модель развития геологических процессов на Земле. Однако идеи О. Фишера опередили свою эпоху и не были по достоинству оценены современниками. К тому же в то время геологи еще так мало знали о строении океанского дна, что фактический материал, подтверждающий гипотезу О. Фишера о важнейшей роли океанической коры в тектонике Земли, практически отсутствовал. Теперь приходится только гадать, насколько быстро пошло бы развитие современной геологии, если бы идеи О. Фишера были оценены его современниками. Но этого не случилось, и вновь вспомнил о его работах лишь Д. Маккензи в 1972 г. (1975), а более подробно их описали К. Риффо и Кс. Ле Пишон в 1976 г. (1979).

 

Следующий шаг в развитии идей мобилизма сделал выдающийся немецкий геофизик А. Вегенер, опубликовавший в 1912 г. гипотезу дрейфа континентов. В качестве аргументов, свидетельствующих о дрейфе материков и распаде некогда единого супер-континента Пангеи, А. Вегенер (1925) приводил следующие аргументы: необычайное сходство очертаний западных и восточных береговых линий Атлантического океана, однотипность геологического строения смежных материков, окружающих этот океан, общность древней фауны и флоры на разобщенных ныне материках, а также следы почти одновременного (позднепалеозойского) распространения покровного оледенения в Южной Америке, Южной Африке, Индии и Австралии. К сожалению, с трагической смертью А. Вегенера в 1930 г. его смелая гипотеза была предана забвению.

Почему же так произошло и на этот раз? Помимо определенного консерватизма свойственного научному миру (кстати, иногда это бывает вполне оправдано, поскольку защищает науку от принятия легковесных гипотез), главную роль здесь сыграло ошибочное объяснение А. Вегенером механизма дрейфа континентов, тогда как ни один из его геологических аргументов в пользу самой гипотезы дрейфа, никогда опровергнут так и не был. А. Вегенер предполагал, что перемещения материков происходят за счет ротационных сил и приливных взаимодействий Луны с Землей, т.е. благодаря чисто внешним воздействиям, а не внутренним причинам. Элементарная проверка расчетами показала, что подобный механизм на много порядков слабее тех сил, которые могли бы в действительности сместить материки (Джефрис, 1960). Но весь парадокс ситуации состоял в том, что в 20-х годах вместе с ошибочным механизмом вегенеровской гипотезы «за борт выплеснули» и его совершенно правильные аргументы в пользу реальности самого факта существования дрейфа континентов.

Революционным этапом в развитии представлений об истории океанов стало глубоководное бурение их дна. Американское буровое судно «Гломар Челенджер» начало работу в океане в августе 1968 году. Практически оно побывало во всех частях Мирового океана. Позже к этому проекту присоединились и другие страны, в том числе и СССР.

При исследовании мирового океана в большом объеме были задействованы геофизические методы. После проведения комплекса разносторонних исследований Мирового океана по существу открыта новая часть нашей планеты, в 2,5 раза большая, чем все континенты.

Тектонические процессы, протекающие на обширных пространствах Мирового океана, как в настоящее время, так и миллиард лет назад и затрагивающие всю планету, наиболее полно объясняются концепцией тектоники плит (практически в настоящее время всеми признанной), которая в последнее время существенно дополнилась концепцией плюмажей – конвекционных потоков. Концепция тектоники плит пришла на смену прежним представлениям о дрейфе континентов и спрединга океанического дна. При этом допускается, что литосферные плиты состоят, как правило, из участков океанической и континентальной коры. Кроме того, предусматривается, что перемещение плит происходит не вдоль границ Конрада или Мохо, а по низкоскоростному астеносферному слою. С этих позиций литосфера характеризуется большой жесткостью и плотностью и включает в себя как сиаль, так и симу, как континенты, так и дно океанов, т.е. образует единую плиту. Астеносфера настолько мягка по сравнению выше и ниже лежащими оболочками Земли, что плиты могут скользить по ней под действием конвекционных сил.

В настоящее время преобладает конвекционная теория (Сорохтин О.Г.), позволяющая объяснить причину и динамику движения плит. Движущая сила эволюции – гравитационная конвекция в первоначальной однородной массе планеты и дифференциация ядра и мантии. Сорохтин О.Г. продолжил идеи О.Ю. Шмидта и французского ученого 19 века Эли де Бомона. Сгусток из пыли и межзвездного газа постепенно уплотнялся и в большей степени начала сказываться гравитация. Началась геотектоническая история Земли. В результате этого проявилось все многообразие эволюции, тектонические циклы, кора и мантия, океаны, атмосфера, гидросфера и т.д.

Медленный рост железо-никелевого ядра определил глобальную геологию и тектонику Земли. Внешнее ядро состоит из окиси одновалентной фазы железа. Железо в ядре, а выплавленные легкие шлаки движутся наверх. В этом процессе мантия является мешалкой и транспортером.

Полный оборот вещества в мантии – это один тектонический цикл. Всего было 20 таких циклов за всю прошедшую историю Земли и будет еще 7 циклов, пока не прекратится тектоническая жизнь. Это еще 2 млрд. лет. В астеносфере вязкость меньше, поэтому идут горизонтальные движения.

Над пластичной астеносферой кристаллизуются базальты – отсюда начинается литосфера. Над восходящим потоком появляется гигантская трещина, на много тысяч километров прорезая базальты. Эта трещина – та самая ложбина, расположенная в осевой части срединно-океанических хребтов – рифтовая долина, по которой поступает материал мантии, который застывает, наращивая расходящиеся края. Океаническое дно растаскивается в стороны мощными горизонтальными потоками в астеносфере. Оценивая возраст базальтовых порций (пластин), значит оценивается и возраст океана. Возле хребтов базальты естественно моложе.

Рисунок 1 – Геосферы Земли (по К. Оллиеру)


В зонах подъема мантийных струй плиты растаскиваются в стороны, в зонах опускания мантийных струй плиты будут сходиться. Схождение материков и расхождения было много раз. Сейчас обе Америки дрейфуют на Запад, а Евразия – на Восток.

Когда через 2 млрд. лет мантия очистится от железа и окислов, кислород хлынет в атмосферу. Давление будет в тысячу атмосфер. Материки увеличатся, но поверхность будет ровная и океан по ней растечется. Активность затухнет.

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17 
Рейтинг@Mail.ru