Океаны как структурный элемент высшего порядка

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛьНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Геология»

на тему: «Океаны как структурный элемент высшего порядка»



Содержание

1. Происхождение океанов, представление об их возрасте.

2. Срединно-океанические поднятия (хребты), их строение.

3. Рифтовые зоны и магматизм.

4. Трансформеные разломы.

5. Океанские плиты, их структуры

6. Понятие о микроконтинентах.

7. Магнитное поле ложа океанов

8. Пассивные окраины и активные окраины, их строение.

9. Глубоководный желоб, островные дуги, окраинные моря, сейсмофокальная зона, аккреционная призма осадков.

10. Список литературы



Происхождение океанов, представление об их возрасте

Следует упомянуть о трех гипотезах теллурического происхождения воды. Согласно первой из них, основная масса ее выделилась преимущественно в виде гравитационной воды на первых стадиях развития земной планеты, образовав первичные скопления водных масс в виде мелководного океана. Одним из сторонников этой гипотезы был Э. Зюсс, по мнению которого, земная планета в начальной стадии развития была покрыта водой, т. е. имела место «панталасса». Однако Э. Зюсс признавал возможность изменения массы воды на земной поверхности.

Близкие, но не тождественные взгляды развивал В. И. Вернадский (1954), который поддерживал вывод Дэна об относительном постоянстве и устойчивости материков, а следовательно, и океанов в геологической истории. По этой концепции, соотношение размеров площадей океанов и материков не является случайным. Оно объясняется необходимостью поддержания в земной коре весового равновесия между двумя наибольшими структурами земной коры -- океанами и материками. Эта идея, которую разделял и А. Вегенер (1925), допускает пространственные перемещения обоих мегаструктур земной коры, но не переход одной в другую. Идея относительного постоянства океанов и материков в геологической истории планеты неизбежно предполагает древнее происхождение океанов, что в наше время энергично отстаивает Б. Личков (1960). По его мнению, единственно правильной является точка зрения, поддерживающая идею о древности океанов и вытекающее из этого признание океана и суши геологически неизменными массами.

В общих чертах все эти положения близки взглядам, господствовавшим во второй половине XIX века, когда пользовалась широким признанием теория перманентности океанов и материков, согласно которой те и другие всегда находились там, где они находятся в современный период без существенных изменений их объема и массы. В этой концепции не находит признания всеобщая идея развития, идея эволюции всего неорганического и органического, идея количественного и качественного изменения океанов как основных вместилищ природных вод. Теория перманентности океанов и материков в ее первоначальном виде отражает космогонические представления о первично расплавленном состоянии Земли, охлаждение которой сопровождалось выделением больших масс воды.

Согласно второй гипотезе, развитие природы Земли исключало постоянство соотношения масс океанов и материков. В геологической истории, согласно этой гипотезе, происходили и происходят непрерывные изменения в распределении вещества Земли между океанами и материками. Следовательно, в земной коре поддерживается не статическое, а динамическое равновесие, конкретным доказательством которого служат многочисленные трансгрессии и регрессии морей и океанов, изменяющие соотношение площадей и масс океанов и материков.

Одним из последовательных противников гипотезы постоянства океанических впадин выступил Д. Панов (1949), по мнению которого, современные океаны являются результатом длительной истории развития Земли, выражением определенной стадии развития рельефа и структуры земного шара. При этом из сравнительно неглубоких водоемов в архее океаны в более поздние геологические эпохи превратились в глубоководные впадины.

Ряд авторов (А. Н. Мазарович, Г. Штилле, П. Н. Кропоткин), разделяя идею развития океанов, считают необходимым делить океаны на первичные (древние) и вторичные (молодые). В частности, П. Н. Кропоткин (1956), исходя из признания теории эволюции геосинклинальных областей в платформы, считает, что океанические плиты являются остатками первичной земной коры и что они никогда не подвергались интенсивной складчатости. «По-видимому, эти области, занятые глубокими частями океанов, были покрыты водой с самых ранних геологических времен и не испытывали ни горообразования, ни поднятия, связанного со складчатостью. Палеогеографические данные говорят о том, что в Тихом океане и в северной половине Атлантического океана морские бассейны существовали с древнейших времен» (Кропоткин, 1956, стр. 40). Из этой цитаты можно заключить, что автор ее является сторонником гипотезы древнего происхождения Тихого и северной части Атлантического океанов. О времени возникновения других океанов Кропоткин не дает никаких указаний. Полемизируя с В. В. Белоусовым, П. Н. Кропоткин отрицает возможность образования впадин Атлантического и Индийского океанов за счет погружения материковых платформ. Он (Кропоткин, 1956, стр. 41) указывает, что «гидросфера и атмосфера представляют собой такие же продукты длительного развития Земли, как и литосфера». Это высказывание не оставляет сомнений в признании им не единовременного образования массы гидросферы, а постепенного наращивания ее в результате сложных процессов, происходящих в недрах Земли.

Аналогичную точку зрения на происхождение воды развивал В. А. Магницкий (1958). Рассматривая две основных гипотезы о направлении развития земной коры -- гипотезу расширения океанов за счет погружения континентов и гипотезу постепенного роста континентов за счет сокращения коры океанического типа -- и отдавая предпочтение второй из них. Магницкий отмечает, что ни у кого из исследователей не вызывает особых сомнений поднятие уровня океанов в течение геологической истории. По мнению Магницкого, поднятие уровня океанов могло быть обусловлено, с одной стороны, выделением воды в процессе поступления магмы и, с другой, сокращением площади океанических бассейнов.

Близкие взгляды по данному вопросу высказывает Е. Н. Люстих (1959). А. П. Виноградов (1967) предполагает, что океаны и материки возникли на Земле одновременно, а наращивание массы гидросферы происходило постепенно в процессе выплавления легкоплавких соединений из вещества земной коры и мантии.

Согласно третьей гипотезе, основная масса воды, заключенной в океанических впадинах, выделилась преимущественно в мезозое и кайнозое, что подчеркивает относительно молодой возраст океанов. Наиболее последовательными сторонниками гипотезы молодого возраста океанов являются Белоусов, Панов, Шухерт, Дю-Тойт, Менард и др. В одной из работ Белоусов (1962, стр. 390), прямо указывает, что «океаны представляют собой вторичное явление на поверхности Земли, что они начали образовываться, вероятно, либо в конце палеозоя, либо в начале мезозоя и с тех пор постоянно расширялись и углублялись». Сторонники гипотезы молодого возраста океанов не отрицают существование древних океанов в виде мелководных бассейнов в более отдаленные геологические эры. Однако в их концепции подчеркивается, что современные глубокие океанические впадины образовались на более поздних этапах развития природы Земли, что океанические впадины не только углубляются, но и расширяются за счет материков. При этом первичная материковая гранитная кора превращается во вторичную океаническую, базальтовую.

Изучение различных гипотез происхождения океанов приводит к выводу о том, что у первой и третьей из них есть некоторые общие черты, несмотря на коренное различие положенных в их основу теоретических предпосылок. В обоих гипотезах красной нитью проходит мысль о компактном выделении огромной массы поверхностных вод за сравнительно короткий геологический период времени. Согласно гипотезе, разделяющей идею о древнем возрасте океанов, основная масса воды выделилась на ранней стадии развития Земли. Почему именно в эту стадию выделилось огромное количество гравитационной воды, скопившейся в океанах и морях? Этот вопрос встает неизбежно при критическом рассмотрении гипотезы древнего возраста океанов. Во времена Э. Зюсса, когда господствовала теория происхождения Земли из первично раскаленного тела, подверженного последующей контракции или сжатию в результате непрерывного остывания, выделение большой массы поверхностных вод, сосредоточенных в океанах и морях, объясняли преимущественно охлаждением верхней оболочки Земли, остыванием земной коры. В настоящее время сторонники гипотезы древнего возраста океанов привлекают другую теорию, объясняющую сущность процессов, обусловивших выделение на заре геологической истории больших масс гравитационной воды на поверхности нашей планеты. В частности, Б. Личков (1960) связывает начало появления на Земле гравитационных вод в больших количествах с превращением астероида, каковым была Земля в начальных стадиях развития, в планету. Этот вывод Б. Личков основывает на признании идеи различного состояния пространства и связанного с этим изменения его свойств, впервые сформулированной П. Кюри и развитой позже В. И. Вернадским. Вернадский (1965) выделял также коллоидное состояние пространства. При современном уровне знаний есть основание выделять еще одно состояние пространства -- атомарное.

Каждое состояние пространства зависит от заключенной в нем массы частиц или тел. При этом гравитационное состояние пространства характерно только для достаточно больших тел.

Разделяя теорию различного состояния пространства, Личков полагает, что до тех пор пока Земля пребывала в состоянии астероида, которому свойственна кристаллическая структура вещества, вода в нем находилась в связанном состоянии. С превращением астероида в планету, чему соответствует новое гравитационное состояние пространства, в котором силы тяготения начинают играть решающую роль в формировании новой структуры вещества, связанная вода переходит в свободную -- гравитационную воду, образуя большие скопления ее в океанах и морях.

Процесс выделения больших масс гравитационной воды на поверхности земной планеты, по-видимому, протекал достаточно интенсивно и охватил сравнительно небольшой период начальных стадий развития Земли.

О продолжительности этого процесса, к сожалению, нет надежных данных. Поэтому о ней приходится судить на основании косвенных соображений, учитывая некоторую последовательность первичных стадий развития Земли. В. И. Баранов (1963) считает, что в начале Земля образовалась из однородного по химическому составу вещества, но в процессе эволюции имела место дифференциация его на атмосферу и земную кору. На первом этапе развития Земли должны были, по его мнению, образоваться химические элементы в протопланетном веществе, на втором -- индивидуальное тело (будущая Земля), на третьем-- земная кора и на четвертом этапе -- Мировой океан и атмосфера. Такая последовательность первичных стадий в процессе дифференциации геосфер находится в противоречии с теорией гравитационного состояния пространства, согласно которой Мировой океан должен был образоваться на втором этапе развития Земли, а не на четвертом, как это предполагается в схеме Баранова.

Имеются и другие крайние точки зрения по этому вопросу, отстаивающие очень короткий период образования Земли как планеты. По В. С. Сафронову (1958), аккумуляция массы современной Земли завершилась в течение 100--250 млн. лет.

Представляется более логичным признать одновременное образование земной коры и Мирового океана как двух взаимно связанных частей. Известно, что Мировой океан, как и суша, является одной из двух крупнейших мегаструктур земной коры. Сопряженность этих двух обширных структур ни у кого не вызывает сомнений. Поэтому неубедительна вторая половина схемы последовательных этапов развития природы Земли, предложенная Барановым для времени образования земной коры и Мирового океана. Мировой океан как часть земной коры первоначально формировался, вероятно, в виде мелководного бассейна одновременно с образованием континентов. Это не означает, что соотношение площадей, занимаемых мировым океаном и континентами, всегда оставалось неизменным на разных этапах развития Земли.

Имея представление о возрасте Земли как планеты и возрасте земной коры, с некоторым приближением можно судить по разности между ними о продолжительности формирования первичного мелководного океана, а также и земной коры. По выводам Г. В. Войткевича (1956) и В. И. Баранова (1963), эта разность лежит в пределах 0,5--1 млрд. лет, но, по-видимому, она еще не раз будет подвергаться уточнению и пока не может считаться достаточно надежной.

Наиболее спорной в гипотезе древнего происхождения Мирового океана является ее энергетическая сторона. Какой могучий источник энергии мог обусловить выделение больших масс воды из земных недр в относительно короткий период времени? По современным представлениям, энергетическую основу дифференциации земных оболочек составляют преимущественно радиоактивные процессы, происходящие в земной коре и мантии. Относительно малое значение в поднятии из глубоких недр Земли летучих веществ, в том числе и воды, имеет тепло, образующееся в процессе сжатия Земли. Однако не все согласны с радиомиграционной теорией, с ее универсальным значением для объяснения генезиса земных геосфер, в том числе и гидросферы. Б. Личков полагает (1960), что радиоактивное тепло может играть только вспомогательную роль в крупном геотектоническом процессе.

Если прав был В. Г. Хлопин (1937) в том, что на заре геологической истории содержание радиоактивных веществ в Земле было в несколько раз больше, чем в современный период, то,, конечно, основным источником тепла, способствовавшим в древности выделению летучих веществ, в том числе гравитационной воды океанов и морей, могли быть преимущественно радиоактивные вещества.

Тот же самый вопрос возникает при критическом анализе гипотезы, поддерживающей идею молодого возраста океанов. Как было показано несколько раньше, согласно этой гипотезе, основная масса гравитационной воды выделилась с начала мезозоя и образовала большие скопления в относительно молодых глубоководных океанических впадинах. П. Н. Кропоткин (1956), а также В. А. Магницкий (1958) высказывают сомнения в достоверности этой гипотезы. Они считают, что нет никаких геологических данных, которые бы указывали на резко выраженную неравномерность в формировании гидросферы во времени. По их мнению, за 200 млн. лет, составляющих всего 5% истории развития Земли, не могло выделиться 70% воды Мирового океана. В. А. Магницкому, кроме того, представляется неубедительным, что «прибавление воды (в океанах) в течение геологической истории очень хорошо соответствовало росту вместилищ» (1958, стр. 26), иными словами, приращение объема воды в океанах почему-то в точности соответствовало росту углубления и площади океанов. Г. Джеффрис (1960) вслед за А. Холмсом, основываясь на денудационном методе, приходит к выводу, что возраст океанов составляет около 380 млн. лет, причем эту величину он считает заниженной.

Из предыдущего можно заключить, что обе гипотезы -- древнего возраста и молодого возраста океанов -- при современном уровне знаний не могут объяснить выделение столь большой массы гравитационной воды в короткий в геологическом измерении период развития Земли.

Срединно-океанические поднятия (хребты), их строение

океан магматизм хребет желоб

СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИЕ ХРЕБТЫ (а. mid-ocean ridges; н. mittelozeanische Gebirgsrucken; ф. dorsales oceaniques mediannes; и. соrdilleras del medio oceano) -- подводные поднятия ложа океанов в зонах активного раздвига (дивергенции) литосферных плит и новообразованияокеанской коры. Известны во всех океанах планеты; образуют мировую систему срединно-океанических хребтов, открытую в конце 50-х гг. 20 века при участии советских экспедиций. Общая протяжённость свыше 60 тысяч км.

В строении срединно-океанских хребтов обычно выделяются три зоны - осевая зона, большей частью представленная рифтовой долиной (грабеном), гребневая зона, по обе стороны этой долины с сильно расчлененным рельефом, и зона флангов или склонов хребта, постепенно понижающаяся в направлении смежных абиссальных равнин. Рифтовые долины, протягивающиеся вдоль осей хребтов и представляющие оси активного спрединга имеют глубину 1-2 км при ширине в несколько километров. Они имеют строение сложных грабенов, с рядом ступеней, спускающихся к центру долины. Наблюдения с подводных обитаемых аппаратов обнаружили ряд интересных черт строения дна рифтовых долин.

1 - свежие базальты; 2 - базальты, слегка прикрытые осадками; 3 - более древние базальты под чехлом осадков; 4 - метагаббро; 5 - серпентинизированные перидотиты; 6 - разрывы.

Вариации в магматическом и структурном проявлении низкоскоростного спрединга на профилях через осевую часть срединно-океанского хребта Центральной Атлантики, по Дж. Карсону и др. (1987). Профили расположены в порядке убывания роли базальтового вулканизма и нарастания относительной роли разрывных структур растяжения. Превышение вертикального масштаба в 3 раза. Привязка профилей к полигонам глубоководного геологического картирования: I - MARK, 2; II - FAMOUS; III - TAG; IV - MARK, 5; V - MARK, 4; VI - AMAR; VII - MARK, 3.

На дне существуют открытые трещины растяжения, подобные давно известным под названием «гьяу» на о. Исландия, представляющем приподнятый над уровнем океана участок Срединно-Атлантического хребта.

Имеются здесь и многочисленные центры вулканических поднятий, выраженные холмами высотой до 200 - 600 м, местами застывшие лавовые озера. Потоки базальтовых лав имеют форму труб, а в поперечном сечении сплюснутых шаров - подушек, столь характерную для их древних аналогов, встречаемых на суше. Нередко они очень свежие, о чем свидетельствует почти полное отсутствие поверх них осадков; в Красном море они лишь слегка припудрены известковым илом. Но современных излияний нигде не встречено, они отмечены лишь непосредственно к югу от Исландии. По обе стороны от молодых вулканических центров обнаружены гидротермы, сначала в Красном море, затем в Тихом и позднее в Атлантическом океанах - pppa.ru. Эти гидротермы представляют весьма впечатляющее зрелище: они отлагают сульфиды, сульфаты и окислы металлов (цинка, меди, железа, марганца и др.), образующие скопления, достигающие в высоту десятков метров, которые в будущем могут иметь серьезное промышленное значение. Струи горячей воды, содержащей в растворе газы Н2, СO2, СH4 и указанные выше металлические соединения, нагреты до температуры 350°. Над жерлами, из которых они выделяются, воздымаются облака из тонкодисперсных сульфатов, благодаря чему эти гидротермы получили название чёрных и белых (в зависимости от состава преобладающих минералов сульфидов и сульфатов) курильщиков. Благодаря высокой концентрации во флюидах сероводорода вокруг гидротерм бурно развиваются сульфиднокислые бактерии, служащие пищей для более высокоорганизованных живых существ, в том числе ранее неизвестных биологической науке.

Деятельность гидротерм связана со взаимодействием поднимающейся вдоль осей спрединга базальтовой магмы с морской водой. Вода проникает в трещины остывающих базальтовых лав и выщелачивает из них металлы и другие соединения и затем осаждает их при своем охлаждении. Открытие гидротерм показало, что осевые зоны срединно-океанских хребтов характеризуются весьма высоким тепловым потоком, и позволило констатировать, что осевые зоны срединно-океанских хребтов являются основными зонами выделения внутреннего тепла Земли.

Как уже указывалось, рифтовые долины практически не заполнены осадками. Исключение составляют осыпи и обвалы у подножия уступов по краям этих долин, высота которых может превышать 1 км. Эти осыпи состоят из глыб и щебня пород океанской коры - базальтов, габбро, перидотитов - и образуют особый тип осадочных пород, который русские морские литологи И.О. Мурдмаа и В.П. Петелин назвали эдафогенными. В разрезе 2-го слоя океанской коры они могут переслаиваться с подушечными и массивными базальтами. В основании 1-го слоя океанской коры при бурении нередко встречаются металлоносные осадки - продукты отложения материала, выделяемого гидротермами.

Рифтовые зоны и магматизм

Рифтовыми зонами называют весьма протяженные (длиной в многие сотни и тысячи километров) планетарного масштаба полосовидные тектонические зоны, распространенные в пределах континентов и океанах, в которых происходит подъем глубинного (мантийного) материала, сопровождаемый его распространением в стороны, что приводит к более или менее значительному поперечному растяжению в верхних этажах земной коры. Важнейшим структурным выражением процесса растяжения на поверхности Земли обычно является образование глубокого и относительно узкого (от нескольких километров до нескольких десятков километров), нередко ступенчатого грабена (симметричного или асимметричного), ограниченного нормальными сбросами большой глубины заложения (собственно рифта или «рифтовой долины»), либо нескольких (иногда целой серии) подобных грабенов. Дно грабенов также бывает рассечено сбросами и трещинами растяжения. Погружение дна грабенов относительно их бортов, как правило, опережает аккумуляцию в них осадочного материала, хотя последняя во многих случаях дополняется заполнением их вулканическими продуктами, и поэтому рифты обычно имеют отчетливое прямое выражение в рельефе в виде линейных депрессий. По большей части рифты обрамляются с обеих сторон или хотя бы с одной стороны асимметричными поднятиями (пологими полусводами, односторонними горстами и реже горстами), в той или иной степени разбитыми, как и грабены, продольными, диагональными и поперечными трещинами, сбросами и нередко осложненными второстепенными узкими грабенами. В некоторых случаях поднятие возникает также внутри рифта, расщепляя его на две ветви. Отношение объемов этих поднятий и рифтовых впадин отражает соотношения масштабов воздымания и растяжения в той или иной рифтовой зоне. Некоторые из них, в особенности океанические, характеризуются существенной ролью поперечных сдвиговых смещений, в частности, по зонам так называемых трансформирующих разломов.

Рифтовые зоны в целом и в первую очередь осевые грабены (рифты) обладают повышенной или даже очень высокой сейсмичностью, причем очаги землетрясений лежат на глубинах от первых километров до 40-50 км, а план напряжений в очагах характеризуется господством максимальных субгоризонтально направленных растяжений, приблизительно перпендикулярных к оси рифтовой зоны. Рифтовым зонам, за редкими исключениями, свойствен повышенный тепловой поток, величина которого в общем возрастает по мере приближения к их оси, нередко достигая 2-3, а иногда даже 4-5 единиц теплового потока. Развитие большинства рифтовых зон сопровождается проявлениями гидротермальной активности и магматизма и, в частности, вулканическими извержениями, питаемыми из подкоровых, а в некоторых материковых рифтовых зонах, может быть, и из внутрикоровых магматических очагов. Однако масштабы магматического процесса, объемы его продуктов, их состав, приуроченность к тем или иным стадиям рифтогенеза и к тем или иным участкам рифтовой зоны варьируют в чрезвычайно широких пределах. Наряду с рифтовыми зонами, в которых магматическая деятельность сопутствовала всем стадиям их развития, а ее продукты покрывают почти всю их площадь и достигают объемов в сотни тысяч кубических километров, существуют рифтовые зоны, где она проявлялась локально, спорадически или совершенно отсутствовала.

Рифтовые зоны океанов характеризуются контрастным полосовидным билатерально-симметричным магнитным полем, согласно господствующим представлениям создающимся в процессе рифтогенеза и как бы запечатляющим отдельные его стадии. Однако магнитное поле континентальных рифтовых зон в значительной мере отражает особенности строения их фундамента и подверглось лишь некоторой перестройке в процессе рифтообразования. Рифтовые зоны обычно, хотя и не всегда, характеризуются гравитационными минимумами в поле аномалий Буге, но в осевых частях некоторых из них выделяются узкие максимумы, вызванные подъемом основного и ультраосновного материала. Однако формы, размеры гравианомалий и характер факторов, вызывающих возмущения, могут существенно различаться. Как правило, рифтовые зоны близки к состоянию изостатического равновесия.

Земная кора в современных рифтовых зонах несколько утоньшена по сравнению со смежными областями, а верхняя часть мантии, по крайней мере непосредственно ниже поверхности М, во многих из них отличается аномально низкой скоростью прохождения продольных сейсмических волн (7,2-7,8 км/с) и несколько пониженной плотностью и вязкостью, что, по-видимому, обусловлено повышенным тепловым режимом и в ряде случаев возникновением очагов селективного плавления в верхах мантии. Эти линзы или «подушки» разуплотненного мантийного материала, вероятно, представляют собой выступы кровли астеносферы, достигающие под современными рифтовыми зонами подошвы земной коры. Рифтовые зоны редко существуют изолированно; как правило, они образуют более или менее сложные сочетания. Способы «стыковки» соседних рифтовых зон и общий план их группировки могут быть весьма разнообразными и при этом существенно различаются у континентальных и океанических зон. Сочетания ряда тесно связанных между собой в пространстве приблизительно одновозрастных рифтовых зон сходного или различного типа мы называем рифтовыми системами. Этот термин может применяться к любым комбинациям рифтовых зон, независимо от их размеров, сложности и рисунка, но главным образом используется в отношении таких их сочетаний, которые характеризуются присутствием различно ориентированных рифтовых зон, древовидным рисунком или наличием нескольких полуизолированных ветвей, не полосовидным, а близким к изометричному общим контуром. В тех случаях, когда рифтовые зоны (или их системы), сочетаясь между собой, образуют в совокупности линейно вытянутые сооружения протяженностью в несколько или даже много тысяч километров, мы называем их рифтовыми поясами (по аналогии с соизмеримыми с ними по длине и ширине геосинклииальными и орогеническими поясами). Термин рифтовая система используется также для обозначения всех взаимосвязанных рифтовых поясов Земли, образующих в совокупности сложно извивающуюся и разветвляющуюся сеть на поверхности нашей планеты. В последнем случае мы говорим о мировой рифтой системе. Последняя, со своими главными ответвлениями, объединяет большинство рифтовых поясов (и систем) Земли. Основная ее часть пересекает океаны, а ее затухающие окончания и ответвления в нескольких районах Земли проникают в глубь континентов. Однако в пределах континентов (а возможно, и в океанах) имеются так же отдельные, изолированные рифтовые пояса и даже отдельные рифтовые зоны, не связанные с мировой рифтовой системой.

Категории рифтовых зон, выделяемые по их глубинному строению. Все рифтовые зоны земного шара по характеру глубинного строения можно разделить на три основные категории:

1) океанические, или внутриокеанические, в которых как осевая «рифтовая долина», так и ее обрамление обладают корой, близкой к океанической, которая подстилается выступом мантийного материала с аномально пониженными по сравнению с типичными для верхней части мантии скоростями прохождения сейсмических волн и плотностью;

2) межконтинентальные, в которых осевая часть рифта обладает корой, близкой к таковой внутриокеанических рифтовых зон, ее периферические части - несколько утонченной и переработанной континентальной корой, а «плечи»- типичной континентальной корой. Межконтинентальные рифтовые зоны, как и внутриконтинентальные, могут закладываться либо на платформах (рифты Аденский и Красноморский), либо в пределах молодой складчатой области (рифт Калифорнийского залива);

3) континентальные или внутриконтинентальные, в которых и рифт, и его «плечи» обладают корой континентального типа, но обычно несколько утоньшенной, в особенности под рифтом (от 20 до 30-35 км), раздробленной, аномально прогретой и подстилаемой линзой несколько разуплотненного мантийного материала.

Наблюдаемые в природе взаимопереходы и тесные структурные связи межконтинентальных рифтов как результат далеко зашедшего процесса развития внутриконтинентальных рифтов. По крайней мере некоторая часть ширины межконтинентальных рифтовых зон (порядка нескольких десятков километров), по-видимому, обусловлена раздвиговыми или раздвигово-сдвиговыми деформациями блоков континентальной коры и выдвижением между ними материала мантийного происхождения, тогда как во внутриконтинентальных рифтах мы в основном имеем дело с грабенообразным проседанием блоков материковой коры при амплитуде растяжения порядка нескольких километров и далеко не всегда - с заполнением приоткрывающихся трещин дайкообразными интрузиями. В свою очередь, межконтинентальные рифтовые зоны в структурном отношении тесно связаны с рифтовыми поясами Индийского и Тихого океанов, в которых процесс подъема глубинного материала и горизонтального расширения протекает еще более интенсивно. Однако было бы неосторожно полагать по аналогии, что все рифтовые зоны и пояса океанов представляют собой дальнейшую стадию развития межконтинентальных рифтов и, следовательно, возникли в результате еще большего разобщения блоков континентальной коры. Например, в отношении Восточно-Тихоокеанского рифтового пояса можно с достаточной уверенностью утверждать, что он моложе Тихого океана и возник на океанической коре. Тот факт, что продолжение этого рифтового пояса почти полностью переходит на Североамериканский континент и накладывается на Кордильерскую мезозойскую складчатую область, очевидно, говорит о том, что движущий механизм рифтогенеза связан с такими большими глубинами, на которых уже не сказываются различия между океанами и континентами, но конкретные проявления этого процесса на поверхности Земли существенно отличаются в зависимости от того, воздействует ли он на земную кору океанов, молодых складчатых областей, платформ и т. п.

Рифтовые зоны и пояса, принадлежащие к трем выделенным категориям, существенно различаются по своим размерам, морфологии структурных форм, масштабу вулканизма (наибольшему в рифтовых зонах океанов), химизму его продуктов (толеитовые базальты в рифтовых зонах, весьма разнообразные по кислотности и щелочности породы в рифтовых зонах континентов), величине теплового потока (наивысшей в океанических рифтовых зонах), структуре магнитного поля, плану напряжений в очагах землетрясений (в континентальных рифтовых зонах вектор сжимающих напряжений ориентирован субвертикально, а в океанических - обычно субгоризонтально и субпараллельно простиранию рифтовой зоны) и т. д. Для континентальных рифтовых поясов характерны такие пространственные сочетания смежных рифтовых зон, как их четковидное, кулисное расположение, коленчатое сочленение, веерообразное расщепление, стык трех зон, сходящихся под различными углами, взаимный параллелизм, огибание двумя соседними зонами разделяющего их относительно «жесткого» блока, играющего в структуре рифтового пояса роль своеобразного срединного массива. Напротив, для рифтовых поясов океанов характерно их пересечение многочисленными поперечными или диагональными так называемыми трансформирующими разломами, разделяющими эти пояса на отдельные поперечные отрезки (рифтовые зоны), оси которых кажутся смещенными друг относительно друга.

Типы рифтовых зон континентов. При выделении типов среди современных континентальных рифтовых зон следует учитывать следующие основные критерии: а) особенности тектонического положения, структуры основания и предшествующей геологической истории области, ставшей ареной рифтогенеза, б) характер тектонических структур, созданных в процессе рифтогенеза, и закономерности их формирования, в) роль, масштаб и особенности магматических процессов, сопутствующих рифтообразованию, а иногда и предваряющих его.

Исходя из первого критерия, рифтовые зоны и пояса континентов можно разделить на две главные группы: 1) рифтовые пояса и зоны платформ (эпиплатформенные рифтовые пояса и зоны), в которых риф-тообразование началось после весьма длительного (200-500 млн. лет к более) этапа платформенного или близкого к нему развития; 2) рифтовые пояса и зоны молодых складчатых сооружений (эпиорогенные рифтовые пояса и зоны), где аналогичный процесс непосредственно следовал за завершением их геосинклинального развития, т. е. за орогенным этапом, или даже сочетался с явлениями, свойственными эпигеосииклинальному орогенезу. Для эпиплатформенных рифтовых поясов характерны рифтовые зоны с крупными единичными осевыми грабенами и субщелочной или щелочной характер продуктов сопутствующего вулканизма, нередко с участием карбонатитов. Напротив, для эпиорогенных рифтовых поясов и зон типичны сочетания из многих узких грабенов, горстов и односторонних блоков, а вулканические образования л них принадлежат к известково-щелочному ряду.

Большинство современных континентальных эпиплатформенных рифтовых зон приурочено главным образом к выступам складчатого основания платформ, т. е. к районам, испытывавшим длительное устойчивое поднятие, и значительно реже - к участкам развития платформенного чехла (Левантинская, Североморская, частично Эфиопская рифтовые зоны). В большинстве случаев рифтовые зоны накладываются на области позднепротерозойской (гренвильской, байкальской) складчатости или тектоно-магматической регенерации, «избегая» областей более .древней - архейской или раннепротерозойской консолидации, которые служат внешней «рамой» этих рифтовых поясов или образуют внутри них своеобразные «жесткие» срединные массивы (массив Виктория в южной части Африкано-Аравийского пояса). Значительно реже рифтовые зоны возникают на эпипалеозойском платформенном основании (Рейнско-Ронский участок Рейнско-Ливийского рифтового пояса). В большинстве случаев молодые рифтогенные структуры наследуют простирания древних складчатых и разрывных структур фундамента или «приспосабливаются» к ним, образуя коленчатые, зигзаговидные, кулисные сочетания. Таким образом, в процессе рифтогенеза древний анизотропный фундамент раскалывается по наиболее ослабленным направлениям, подобно тому, как полено дров расщепляется согласно волокнистой текстуре древесины. Ослабленные зоны фундамента, использованные кайнозойскими рифтогенными структурами, в течение длительного платформенного развития временами (в палеозое или мезозое) активизировались и служили либо зонами повышенной проницаемости для магматических расплавов и внедрения интрузий, в частности щелочных массивов кольцевого типа, либо зонами разломов и грабенов.

Среди эпиплатформенных рифтовых зон четко выделяются два типа, существенно различающихся по характеру структур, относительной роли вулканизма и истории формирования. Автор назвал их щелевым и сводово-вулканическим (Милановский, 1970):

а) рифтовые зоны сводово-вулканического типа (Эфиопская и Кенийская зоны Восточной Африки) характеризуются исключительно мощной и Длительной наземной вулканической деятельностью. Она начинается на широкой площади еще до заложения рифта, а впоследствии продолжается в пределах осевого грабена и связанных с ним второстепенных грабенов и зон разломов. Главную роль играют извержения основных и средних лав и пирокластолитов сильно щелочного и слабо щелочного ряда. В Эфиопской рифтовой зоне существенную роль играют также кислые (с повышенной щелочностью) вулканиты. Возникновению рифта предшествует длительный рост обширного пологого овального сводового поднятия, сопровождаемый мощными извержениями, затем в его осевой ослабленной зоне закладывается сравнительно неглубокий грабен, а также связанные с ним дополнительные грабены и сбросы - поперечные и диагональные на крыльях свода и веерообразно расходящиеся на его периклиналях. Амплитуда горизонтального растяжения в сводово-вулканических рифтовых зонах минимальна. Они отличаются умеренной сейсмичностью. Формирование свода, характеризуемого крупным гравитационным минимумом, по-видимому, связано с возникновением линзы разуплотненного, аномально разогретого материала и с отдельными магматическими очагами в верхах мантии, а образование грабенов частично обусловлено проседанием блоков коры при разгрузке этих очагов в процессе извержений;

б) рифтовые зоны щелевого типа отличаются большей глубиной грабенов, которая может достигать 3-4 (Верхнерейнский грабен) и даже 5-7 км (Южно-Байкальский грабен). С большой мощностью рыхлых осадков в грабенах связаны крупные гравитационные минимумы. Нередко грабены кулисно подставляют друг друга. Краевые поднятия значительно уже, чем в сводово-вулканических рифтах, прослеживаются не повсеместно, нередко лишь с одной стороны грабена, и иногда вовсе отсутствуют, а в некоторых случаях (рифтовая зона Северного моря) развитие рифтов происходит на фоне общего опускания. Местами внутри рифтовой зоны возникают сводо- и горстообразные поднятия, достигающие в отдельных случаях огромной высоты (до 4- 5 км в блоке Рувензори в Танганьикской зоне). С внутренними поднятиями связаны гравитационные максимумы, и их выдвигание носит антиизостатический характер. Щелевые рифтовые зоны характеризуются относительно слабыми, локальными и эпизодическими проявлениями вулканизма или полным их отсутствием. По этому признаку среди них можно выделить слабовулканические (Танганьикская, Верхнерейнская) и невулкаиические зоны (средний сегмент Байкальского рифтового пояса). Центры извержений приурочиваются к седловинам между четковидно расположенными грабенами, их прибортовым ступеням, краевым поднятиям и другим приподнятым участкам. Петрохимически вулканизм близок к сводово-вулканическим зонам, но здесь чаще присутствуют крайне щелочные серии (натриевые или калиевые) и карбонатиты. Вулканическая активность может проявляться на разных стадиях рифтогенеза.

Процесс формирования щелевых зон начинается с заложения узких линейно вытянутых грабенов (обычно приуроченных к древним ослабленным зонам), заполняемых первоначально тонкообломочными («молассоидными»), а также карбонатными и хемогенными осадками, которые впоследствии сменяются более грубообломочными континентальными молассами. Этот формационный ряд, а также геоморфологические данные показывают, что интенсивный рост краевых и внутренних поднятий начался позднее заложения грабенов, а местами еще не проявился. Концепция возникновения рифта в результате обрушения свода к щелевым рифтовым зонам неприменима. Эти зоны более сейсмичны, чем сводово-вулканические. Амплитуда горизонтального растяжения в них может быть большей, чем в последних, но, по-видимому, обычно не превышает 5-10 км. В грабенах щелевых рифтовых зон, очевидно, происходит значительная «утечка» тепловой энергии. В некоторых щелевых зонах, помимо раздвиговой, имеется сдвиговая компонента. В Левантинской зоне последняя, по-видимому, значительно превосходит поперечное растяжение, а на отдельных ее участках горизонтальная деформация приближается к чистому сдвигу.

В рифтовых поясах и зонах молодых складчатых сооруженийрифтообразование следует за геосинклинальным циклом развития, являясь непосредственным продолжением его заключительного, орогенного этапа. В процессе рифтогенеза в этих зонах нередко возникает система из узких, но весьма протяженных (до многих сотен километров) взаимопараллельных грабенов, разделенных соизмеримыми с ними узкими горстами или односторонними горстами (рифтовая система Кордильер). Амплитуды относительного перемещения блоков по разделяющим их нормальным наклонным сбросам достигают 2-5 км. Наряду с общим значительным горизонтальным растяжением могут иметь место значительные сдвиговые деформации (например сдвиг Сан-Андреас в Калифорнии). Формирование рифтогенных структур предваряется и сопровождается исключительно мощными извержениями магмы известково-щелочного ряда, как кислой, так и основной. Питание вулканов происходило из очагов разной глубинности, располагавшихся как в верхней мантии (очаги базальтового вулканизма), так и в коре (очаги липарито-дацитового вулканизма). Рассредоточенность растяжения и сопутствующего вулканизма в пределах очень широкой полосы с многочисленными грабенами в некоторых эпиорогенных рифтовых зонах, очевидно, связана с тем, что рифтогенез развивается в условиях более «прогретой» и «пластичной», а в верхней части - раздробленной литосферы по сравнению с относительно «жесткой» и «холодной» литосферой эпиплатформенных рифтовых зон.

Трансформеные разломы

Срединно-океанские хребты и в меньшей степени абиссальные равнины расчленены, как правило, перпендикулярно к их простиранию разломами, получившими в 1965 г. от Дж. Вилсона название трансформных. Эта разломы расчленяют срединные хребты и оси спрединга на отдельные сегменты, смещенные в плане относительно друг друга. Амплитуда смещения составляет сотни километров и может превышать для отдельного разлома 1000 км (разлом Мендосино в северо-восточной части Тихого океана), а по зоне сближенных разломов типа экваториальной зоны разломов в Атлантике или зоне Элтанин в юго-восточной части Тихого океана достигает 4000 км. При отсутствии поблизости осей спрединга, как в северо-восточной части Тихого океана, амплитуда разлома устанавливается по смещению одноименных магнитных аномалий.

На первый взгляд, трансформные разломы представляют собой сдвиги, но, как показал Вилсон, они принципиально отличаются от сдвигов тем, что противоположно направленное смещение их крыльев наблюдается лишь на участке, соединяющем оси спрединга. За его пределами оба крыла движутся в одну сторону, хотя скорость этого движения может несколько отличаться. Эта особенность трансформных разломов очень скоро была подтверждена сейсмологами, обнаружившими, что землетрясения происходят вдоль этих разломов только на участках между осями спрединга - pppa.ru. Позднее прямые наблюдения с подводных обитаемых аппаратов над зеркалами скольжения принесли дополнительное подтверждение теории Вилсона. За пределами сейсмически активных участков трансформные разломы являются как бы мертвыми и представляют лишь следы бывших смещений, зафиксированные в древней коре.



Трансформный разлом Чарли-Гиббс в Северной Атлантике, его выражение в подводном рельефе и сейсмичности. Фокальные механизмы указывают на правосторонний сдвиг. Изобаты в метрах (по Р. Сирлу, 1988).

Траектории трансформных разломов не только перпендикулярны срединным хребтам, но и следуют вдоль малых кругов, проведенных относительно полюсов раскрытия (что и дает возможность, как указывалось, устанавливать положение этих полюсов), а направление скольжения вдоль них отвечает направлению движения плит, разделенных смещаемой осью спрединга. Но за пределами сейсмоактивного участка простирание разлома может отклоняться от простирания малого круга, и чем дальше от этого участка, тем больше. Это означает, что в более раннее время положение полюса раскрытия и направление движения плит могли отличаться от современных.

В некоторых районах океана трансформные разломы и в гребневой зоне хребта ориентированы косо по отношению к оси спрединга, например в хр. Рейкьянес в Атлантике и в Аравийско-Индийском хребте в Индийском океане. Эти случаи требуют специального объяснения.

Морфологически трансформные разломы выражены уступами, иногда высотой более 1 км, и вытянутыми вдоль них узкими ущельями глубиной до 1,5 км в гребневой зоне хребта и до 0,5 км на его флангах. Относительно поднятым всегда оказывается крыло разлома, сложенное более молодой литосферой, что соответствует закономерности Слейтера - Сорохтина о погружении литосферы с возрастом. Уступы трансформных разломов нередко дают хорошие обнажения разрезов океанской коры и верхов мантии, удобные для драгирования и наблюдений с подводных аппаратов.

Вдоль трансформных разломов наблюдаются проявления вулканической деятельности, гидротермы и протрузии серпентинизированных пород мантии.

Трансформные разломы различаются по своему масштабу и значению. Прежде всего выделяется категория крупнейших разломов. В.Е. Хаин предложил именовать их магистральными, а Ю.М. Пущаровский - трансокеанскими, они пересекают океан от края до края, не только срединные хребты, но и абиссальные равнины, и могут продолжаться в пределы смежных материков. Протяженность подобных разломов нередко составляет несколько тысяч километров, например разломов-гигантов северо-восточной чисти Тихого океана - Мендосино, Меррей, Кларион, Клиппертон, а расстояние между ними - порядка тысячи километров.



Такие разломы известны во всех океанах: в Тихом - помимо названных разлом (зона разломов) Элтанин в юго-восточной его части, в Атлантическом - разломы Чарли - Гиббс, Азоро-Гибралтарский, разломы экваториальной зоны: Вима, Чейн, оманш, разломы Риу-Гранди и Фолклендско-Агульясским, в Индийском - Оуэн на северо-западе, в Северном Ледовитом - Шпицбергенский разлом. Эти разломы в наибольшей мере отвечают исходным представлениям Дж. Т. Вилсона. Они делят океаны на сегменты, раскрывавшиеся в разное время. Например, Атлантика к югу от Азоро-Гибралтарского разлома начала раскрываться еще в конце средней - начале поздней юры, а к северу - лишь в начале мела.

Ущелья вдоль магистральных разломов местами достигают довольно значительной ширины и большой глубины, превышающей обычную глубину абиссальных равнин, это внутриплитные или трансформные желоба; один из них, желоб Романш в Экваториальной Атлантике имеет глубину 7728 м. Существование таких желобов, несомненно, свидетельствует о проявлении некоторого растяжения поперек желоба - pppa.ru. На других участках тех же разтломов могут наблюдаться, напротив, следы сжатия с надвиганием одного крыла разлома на другой, например вдоль разлома Элтанин в Тихом океане. В этих случаях породы более глубоких слоев океанской коры и даже верхней мантии могут оказаться залегающими гипсометрически выше пород верхних слоев коры, например перидотиты и габбро выше базальтов.

Хороший пример смены растяжения сжатием по простиранию одного и того же разлома дает Азоро-Гибралтарский разлом. На западе, близ срединного хребта н в районе Азорского архипелага преобладает растяжение; оно даже привело к некоторому спредингу и образованию микроплиты, получившей название Азорской. На востоке картина обратная: вместо растяжения сжатие, проявленное в образовани банки Горриндж против побережья Португалии, с надвиганием южного крыла разлома на северное. Таким образом, на западе наблюдается сдвиго-раздвиг, или транстенсия (transtension - pppa.ru), а на востоке - сдвиго-надвиг, или транспрессия (transpression) по выражению английских геологов. Эти изменения, несомненно, связаны с изменениями в расположении полюсов вращения литосферных плит.

Детальные исследования зон разломов Центральной Атлантики, проведенные в последние годы отечественными (под руководством Ю.М. Пущаровского) и западными экспедициями, показали, что действительная структура этих зон еще более сложна, чем это предполагалось ранее. Выяснилось, в частности, что эти зоны фактически состоят из нескольких квазипараллельных, нередко кулисообразно подставляющих друг друга разломов и гряд между этими разломами, несколько отличающихся по простиранию, и что растяжение и сжатие сменяют одно другое не только вдоль зоны, но и поперек ее простирания.

Кроме магистральных разломов существует еще по крайней мере три порядка трансформных разломов меньшего масштаба. Наиболее крупные из них пересекают срединные хребты примерно через 100-200 км и продолжаются на некоторое расстояние в пределы абиссальных равнин. азломы следующей по значению категории не выходят за пределы срединных хребтов и отстоят друг от друга на десятки километров. Наконец, более мелкие разломы пересекают лишь гребневые зоны и рифтовые долины.

Недавно установлено любопытное явление прорастания, или пропагации, оси спрединга по простиранию, за ограничивавший ее трансформный разлом. Это приводит к появлению в соседнем сегменте новой оси спрединга рядом с прежней. В конце концов старая ось спрединга может отмереть, произойдет перескок активной оси спрединга в новое положение.

Как само образование трансформных разломов служит цели приспособления положения оси спрединга к ее изгибу под влиянием изменившегося направления смещения литосферных плит, так и перескоки и прорастание осей спрединга также связаны с перестройками в относительных перемещениях этих плит.

В последние годы обнаружено, что на отдельных довольно протяженных (до 300 км) отрезках Восточно-Тихоокеанского поднятия и Срединно-Атлантического хребта хорошо выраженные трансформные разломы отсутствуют, а сегментация хребта осуществляется таким образом, что ось спрединга распадается на отдельные небольшие, несколько криволинейные отрезки, кулисообразно заходящие друг на друга. Русский геофизик А.И. Шеменда сумел экспериментально воспроизвести подобную структуру.

Океанские плиты, их структуры

ТЕКТОНИКА ПЛИТ, новая глобальная тектоника (a. plate tectonics; н. Plattentektonik; ф. tectonique globale; и. tectonica en placas), - reoдинамич. теория, объясняющая движения, деформации и сейсмич. активность верхней оболочки Земли. Т. п.- совр. вариант концепции МОБИЛИЗМА. Осн. положения Т. п. сформулированы в 1967-68 группой амер. геофизиков - У. Дж. Морганом, К. Ле Пишоном, Дж. Оливером, Дж. Айзексом, Л. Сайксом в развитие более ранних (1961-62) идей амер. учёных Г. Хесса и Р. Дигца о расширении (спрединге) ложа океанов, предвосхищенных англ. геологом А. Холмсом в 1931 и англ. учёным О. Фишером в кон. 19 в., а также нем. учёным А. Вегенером в его гипотезе дрейфа материков (1912).

Осн. положения Т. п. сводятся к следующему. ЛИТОСФЕРА подстилается менее вязкой АСТЕНОСФЕРОЙ, которая устанавливается по данным сейсмич. и магнитотеллурич. исследований (снижение скорости распространения сейсмич. волн и электрич. сопротивления). Литосфера разделена на огранич. число больших (7) и малых плит, границы к-рых проводятся по сгущению очагов землетрясений. К числу крупных плит принадлежат: Тихоокеанская, Евразиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая (рис.), Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жёсткостью и монолитностью; испытывают взаимные горизонтальные перемещения трёх типов: а) расхождение (дивергенцию) в осевых зонах срединно-океанич. хребтов, б) схождение (конвергенцию) по периферии океанов, в глубоководных желобах, где океанские плиты пододвигаются под континентальные или островодужные, в) скольжение вдоль т. н. ТРАНСФОРМНЫХ РАЗЛОМОВ. Все эти типы смещений устанавливаются по сейсмич. данным (определение механизмов смещений в очагах землетрясений). Расширение - спрединг ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов и рождение новой океанской коры компенсируются её поглощением в зонах поддвига - субдукции океанской коры в глубоководных желобах, благодаря чему объём Земли остаётся постоянным. Движение плит по поверхности астеносферы подчиняется теореме Л. Эйлера, описывающей траектории взаимного перемещения сопряжённых точек на сфере как дуги окружностей, проведённых относительно некоторых полюсов вращения; последние расположены на пересечении поверхности Земли осью, проходящей через центр Земли. Причина перемещения литосферных плит - тепловая конвекция в мантии Земли.