Инженерно-геологическая оценка морфоструктурных особенностей шельфа Черноморского побережья Кавказа

Исследователи отмечают, что эвстатические колебания могут рассматриваться только с начала мелового, а точнее, с позднеальбского времени. В более ранние отрезки геологического времени решение этой проблемы практически невозможно, поскольку наличие океанических пространств с современным водным слоем, осадочным чехлом и магматическим ложем является дискуссионным [5].

А. Л. Яншин считал, что мировые трансгрессии и регрессии шельфов и низменной суши в пределах земной коры отсутствуют, в связи с разновременностью тектонических процессов, однако эвстатические колебания уровня мирового океана были одновременными, поскольку он представлял собой единый сообщающийся сосуд [5], кроме того, эвстатические колебания уровня Мирового океана с амплитудой в первые десятки и первые сотни метров по своему геологическому эффекту не соизмеримы с тектоническими движениями (см. рис.5).

Другие исследователи выделяют два типа развития рельефа - выравнивание и расчленение. Учитывая глобальное распространение одновозрастных и одновысотных геоморфологических уровне, чередование этапов выравнивания и расчленения рельефа, не связанное с развитием конкретных, даже самых крупных структур, эти типы рельефообразования предлагают рассматривать как следствие общепланетарных трансгрессий и регрессий Мирового океана [12]. Если это так, то следует признать существенную роль эвстатики в формировании рельефа не только морских аккумулятивных низменностей, но и многих высоких равнин, образование которых до сих пор связывали с континентальной денудацией.

5.1 Эвстатические колебания уровня Мирового океана в новейшую геологическую историю

Существует множество точек зрения на величину эвстатических колебаний уровня Мирового океана. Большинство из них базируется на определении максимумов трансгрессий по полигенетическим поверхностям выравнивания, составными частями которых являются площадки аккумулятивных и абразионных террас. Н.А. Ласточкин разделяет точку зрения, согласно которой уровень Мирового океана понижался в плейстоцене со 150-200 м до современного положения. Положения уровня моря во время наибольшей регрессии (по эрозионным врезам) характеризуются глубинами 200-300 м ниже современного уровня.

Абраизионно-аккумулятивный рельеф современных шельфов характеризуется как правило, слабой террасированностью, при которой преобладают наклонные поверхности (склоны), а субгоризонтальные и субвертикальные площадки и уступы террас встречаются значительно реже, чем на суше, и не образуют единой сплошной лестницы террасовых уровней это создает значительные трудности при изучении истории развития и картирования подводного рельефа, а так же при проведении морфоструктурного анализа на шельфах. Для решения этих задач ля решения этих задач Н.А. Ласточкин предложил выделять и фиксировать в пространстве отличительные линии, - элементы, которые подобно разновозрасным поверхностям выравнивания на суше в совокупности своей составляют «геоморфологическую стратификацию» шельфов и позволяют изучать их тектоничесчкие деформации (см. выше).

5.1.1 Представления о структуре впадины Черного моря

Современные представления о структуре Черноморской впадины основываются главным образом на материалах сейсмических исследований в связи с большой мощностью осадочного чехла и глубиной бассейна, создающей трудности при бурении [20]. Существует несколько точек зрения и на возникновение и развитие впадины - некоторые исследователи считают, что она является реликтом древнего океана Паратетиса, существовавшего несколько десятков миллионов лет назад [20]. Есть также мнение о раскрытии впадины, которое уместно привести здесь.

Время раскрытия Черноморской впадины, остается предметом дискуссий [14]. Большинство исследователей считают, что Черноморская впадина образовалась в мелу--палеоцене или даже в эоцене.

Черноморская впадина начала формироваться как задуговой бассейн в раннем мелу. В конце альба в результате континентального рифтинга началось расщепление коры вдоль оси альбской вулканической дуги. В сеномане-коньяке продолжавшийся рифтинг привел к раскрытию глубоководного трога с сильно утоненной континентальной и (или) океанической корой, причем в нем примерно синхронно обособились две впадины: Западно- и Восточно- Черноморская. начиная с конца сантона и до конца палеоцена черноморский регион испытывал фазы сжатия. В эоцене в восточно-черноморской впадине проявилась новая фаза растяжения, которая привела к образованию Аджаро - Триалетского рифта начиная с конца эоцена и до настоящего времени Черноморский регион находится в обстановке сжатия. быстрое дополнительное погружение Черноморской впадины в плиоцен- четвертичное время связано с региональными напряжениями сжатия.

При одномерном моделировании истории погружения выделяются три стадии.

1. Поздний мел-эоцен (97--36 млн лет назад). Глубина бассейна к концу стадии составляла 2,5 км, величина тектонического погружения (каким бы было погружение, если бы вес осадков и воды были равны нулю) в Западно-Черноморском бассейне -- 4,3 км, а в Восточно-Черноморском -- 3,8 км, скорость тектонического погружения достигала 70-- 80 м в миллион лет.

2. Олигоцен-миоцен (36--5,2 млн лет назад). Глубина бассейна сократилась с 2,5 до 2,25 км, величина тектонического погружения в Западно- Черноморском бассейне составила 0,6 км, а в Восточно-Черноморском -- 0,4 км, скорость тектонического погружения достигала 20--30 м в миллион лет.

3. Плиоцен - четвертичное время (5,2--0 млн лет назад). Глубина бассейна сопоставима с современной глубиной -- 2,0--2,2 км, величина тектонического погружения -- 0,45--0,5 км в обоих бассейнах, скорость тектонического погружения достигала 85 м в миллион лет.

Наше моделирование, как и результаты предыдущих работ, показало, что в плиоцен - четвертичное время произошло ускорение погружения фундамента Черноморского бассейна. Моделирование продемонстрировало, что в олигоцене не было ускорения тектонического погружения фундамента, значительные мощности олигоцен - миоценовых отложений объясняются крупномасштабным ускорением скорости седиментации в связи с началом роста горных сооружений вокруг Черного моря. Фазу плиоцен -четвертичного быстрого погружения Черноморской впадины можно объяснить вдавливанием его литосферы вниз под воздействием региональных сил сжатия [17].

5.1.2 Новейшая история Черного моря

В истории Черного моря по смене видового состава моллюсков выделяются восемь крупных трансгрессивных бассейна, т. е. крупных длительно существовавших полноводных водоемов.

В конце позднего плиоцена-начале раннего плейстоцена (около 1 млн лет назад) на месте Черного моря существовал небольшой солоновато-водный водоем (гурийский), по-видимому, полностью изолированный от смежных бассейнов. По анализу фауны есть основания считать гурийский водоем опресненной начальной фазой формирования обширного чаудинского бассейна, существовавшего в раннем плейстоцене, уровень которого мог быть на 10 м ниже современного.

Во второй половине раннего плейстоцена (500-350 тыс.лет назад) чаудинская трансгрессия достигла наибольших размеров. Уровень моря, возможно, превышал современный на 2-5 м.

В начале среднего плейстоцена (около 350-300 тыс. лет назад) в Причерноморье располагался древнеэвксинский водоем, представлявший начальную фазу очень продолжительного солоновато-водного морского бассейна, возникшего с начала среднего плейстоцена. От предшествующего чаудинского водоема он отделен глубокой и достаточно длительной регрессией, во время которой уровень моря упал на несколько десятков метров. В фауне появляются каспийские виды, свидетельствующие о том, что древнеэвксинский бассейн соединялся проливом по манычу с Каспием [1].

В начале позднего плейстоцена (120 - 80 тыс. лет назад) происходит наиболее яркое палеографическое событие - обширная карангатская трансгрессия. Крупный морской водоем достигал площади более 4,5 тыс км2. Поднятые террасы в тектонически стабильных районах, следы распространения моря на несколько десятков километров вверх по долинам многих рек свидетельствуют о том, что уровень Черного моря в максимальную фазу был на 6-8 м. выше современного.

Во второй половине позднего плейстоцена (40-15 тыс. лет назад) происходила небольшая тарханкутская трансгрессия -заключительная стадия существования карангатского водоема. Бассейн был небольшим и находился внутри современного контура Черного моря, с уровнем на 20 м. ниже нынешнего.

В самом конце позднего плейстоцена (15-10 тыс. лет назад) падает уровень опресненного полуморского тарханкутского бассейна, располагавшегося на месте Черного моря. Прекращаются его связи со Средиземным и Каспийским морями, и образуется новоэвксинский озерный водоем объемом около 500 км3, площадью около 20 000 км2. Минимальный уровень его был ниже современного на 90-110 м. водоем существовал в режиме бессточного и сточного озера. Азовское море в этот период послеледниковья обсыхало и превращалось в прибрежную равнину, пресекаемую долиной Дона. Устье этой реки располагалось на 50 км южнее Керченского пролива, а устья Днепра и Дуная - в 200 км от их современного положения. Реки Кавказского побережья впадали в море в верховьях подводных каньонов.

В середине голоцена (6-4 тыс. лет назад) в Черном море происходит голоценовая (фландрская) трансгрессия, вызванная прорывом через Босфор средиземноморских вод, заключительный этап его эволюции и превращения в современный опресненный морской водоем.

Эволюция Черного моря состояла в периодической смене проточного, сточного и бессточного режимов. Проточные условия с поступлением вод по Манычу и сбросом их по Босфору характерны для позднечаудинской и карангатской эпох. Сток вод по Босфору осуществлялся в раннечаудинское, узунларское и новочерноморское времена. Бессточные водоемы существовали в эпоху нового эвксина и, вероятно, во время максимумов других регрессий. В трансгрессивные эпохи уровень Черного моря превышал современный не более, чем на несколько метров, а площадь акватории увеличивалась незначительно, в основном за счет затопления устьевых частей речных долин. Высота трансгрессий контролировалась положением порога Босфора и уровнем Средиземного моря. Уровень во врея регрессий понижался в 10-15 раз сильнее, чем поднимался при трансгессиях, а размах колебаний составлял около 100 м. [2,18,21].

5.2 Прогноз подъема уровня океана

Предвестником грядущего потепления климата возможно является крупная положительная, на 3-5^оС, аномалия температуры поверхностного слоя воды в Тихом океане, зафиксированная в июле 1997 г., о чем было сообщено на Конференции по Мировому климату, состоявшейся в августе 1997 г. в Женеве. Эта аномалия, занимающая почти всю северную часть Тихого океана, непременно приведет к устойчивому потеплению климата, в том числе в высоких широтах. В 1997 г. было зарегистрировано чрезвычайно мощное явление "El Nino", охватившее почти весь Тихий океан, которое, судя по прогнозу, усилится в 1998 г. и будет заключаться в повышении температуры поверхностных вод у берегов Чили, Перу и Центральной Америки и формировании языка повышенно теплых вод почти через всю экваториальную часть Тихого океана. На карте, полученной со спутника U.S./French TOPEX/POSEIDON (NASA), видно, что в октябре 1997 г. теплые аномалии в Тихом океане занимали не только экваториальную часть, но и большие пространства в северной части океана (рис. 6). Эти аномалии вызывают повышение уровня океана за счет теплового расширения воды в пределах белого ареала на карте до 30 см от нормального уровня. Наоборот, холодные аномалии в пределах темного ареала вызывают понижение уровня океана на 20 и менее см от ординара.

Рис. 6. Аномалии температуры поверхностных вод в Тихом океане. По данным спутника U.S./French TOPEX/POSEIDON (NASA)

Для целей прогноза поведения уровня Мирового океана в будущем столетии необходимы сведения о положении уровня в максимально теплые эпохи позднего плейстоцена и голоцена, а также об изменениях уровня за прошедшее столетие. Было установлено, что в эпоху предыдущего межледниковья, разделяющего рисскую и вюрмскую ледниковые эпохи, существовало три наиболее теплых периода, когда уровень Мирового океана был таким же, как и в настоящее время или даже выше. Последнее случилось около 125 тыс. лет назад во время климатического оптимума межледниковья, когда уровень Мирового океана превышал современный на 6 м. В наиболее теплый период голоцена атлантический (5-7 тыс. лет назад) уровень Мирового океана по разным оценкам находился в пределах от современного нуля до +2 м. Подчеркнем, что голоцен, т.е. эпоху последних 10 тыс. лет, принято рассматривать как очередное межледниковье и за это время был пока еще только один климатический максимум, тогда как в предыдущее межледниковье их было по крайней мере три.

О поведении уровня в ХХ веке в первом приближении можно судить на основании анализа данных уровнемерных постов в различных районах Мирового океана. На графике (рис. 7) видно, что период с 1880 г. по 1920 г. характеризовался небольшими изменениями уровня, с 1920 г. по 1980 г. наблюдалось более заметное его повышение. Среднее повышение уровня Мирового океана за столетие составило всего около 10-12 см, хотя в разных районах оно было не одинаковым. Так у восточного побережья Северной Америки линейный тренд составил 30 см за 100 лет, у восточного побережья Южной Америки - 4 см, у атлантического побережья Африки - 32 см, в районе Австралии - 13 см, в Тихом океане - в среднем 19 см.

Рис. 7Размещено на http://www.allbest.ru/

. Изменения средней глобальной температуры воздуха и уровня Мирового океана (из книги "Парниковый эффект, изменения климата и экосистемы. Гидрометеоиздат, 1989). 1 - средняя глобальная температура воздуха; 2 - изменение уровня Мирового океана (5-летние средние); 3 - колебания уровня Мирового океана (средние годовые значения); 4 - изменение уровня Мирового океана за счет термического расширения вод главного термоклина; 5 - изменение уровня Мирового океана за счет таяния малых ледников.

Для прогноза хода уровня Мирового океана в следующем столетии при условии повышения температуры воздуха на 3,5^оС, как считают авторы монографии "Парниковый эффект...", следует принимать во внимание следующие физические факторы:

- термическое расширение вод океана, способное увеличить толщину верхнего 100-метрового слоя воды тропической зоны на 10 см и нижележащего 900-метрового слоя по крайней мере на 20 см;

- можно ожидать, что температура холодных глубинных вод, проникающих с течениями из полярных районов в низкие широты, несколько повысится, это приведет к их расширению и повышению уровня океана на 10-20 см;

- таяние малых ледников и ледниковых шапок, что может привести к повышению уровня океана на 20+12 см;

- эффекты от изменения скоростей таяния и аккумуляции ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии, вероятно, скомпенсируют друг друга. Можно предположить, что повышение уровня океана за счет этого фактора не превысит 10 см.

Таким образом, в следующем столетии возможно суммарное повышение уровня Мирового океана при условии потепления глобального климата на 3,5^оС на величину порядка 80 см. Эта величина могла бы быть значительно большей, если бы произошло катастрофическое разрушение ледниковых щитов, скажем, Западной Антарктиды. Но этот процесс, если он и начнется, растянется на достаточно длительное время, во всяком случае больше, чем на одно столетие. Однако надо иметь в виду, что таяние ледников Западной Антарктиды, включая шельфовые ледники, может в итоге повысить уровень Мирового океана на 5 м.

Последние сведения о современных и ожидаемых изменениях уровня Мирового океана в связи с развитием морских берегов приведены в монографии "Развитие морских берегов России и их изменения при возможном подъеме уровня Мирового океана", изданной в 1997 г. под редакцией П.А.Каплина и А.О.Селиванова при финансовой поддержке РФФИ (проект № 96-05-64923). Условно принятая авторами монографии величина подъема уровня Мирового океана в соответствии с так называемым "средним сценарием" составляет 25 см к 2025 г., 50 см к 2050 г. и 100 см к 2100 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ