1.3. Краткая характеристика строения дна морей и океанов

Наблюдаемое в последнее время расширение исследований Мирового океана в значительной мере коснулось его дна. Интерес к нему связан как с фундаментальными работами в области изучения геологического строения земной коры и процессов ее развития, так и с поиском новых источников минерального сырья. Однако несмотря на значительное увеличение объема работы накопленные к настоящему времени материалы из-за колоссальной площади океанического дна не дают полного представления ни о его геологическом строении, ни о его рельефе. По оценкам специалистов ООН, до сих пор изучено не более 3 % площади дна морей и океанов, причем пространственное расположение исследованных участков крайне неравномерно.

Наиболее полные сведения имеются о так называемой материковой отмели (шельфе), которая представляет собой полого наклоненную поверхность, ограниченную материковым склоном. В среднем ширина шельфовой зоны равняется примерно 80 км, изменяясь от нескольких километров до 1200-1300 км. Средняя глубина нижней границы шельфа 133 м. Следует при этом отметить, что в научной литературе иногда принято относить к зоне шельфа лишь участки, залегающие на глубинах до 200 м, что не совсем верно: в некоторых районах материковая отмель переходит в материковый склон на глубинах до 500 м. Общая площадь зоны шельфа составляет 27,5 млн. км², или 7,6 % площади Мирового океана.

В геологическом отношении шельф является подводным продолжением материков, окраины которых были затоплены приблизительно на 100 м вследствие поднятия уровня океана в послеледниковый период, начавшийся около 17 тыс. лет назад. В результате сложных процессов разрушения береговой линии, переноса, дифференциации и отложения осадков под действием моря в шельфовой зоне образовались мощные отложения рыхлых пород. Именно с ними связаны многочисленные россыпи полезных ископаемых. Из нерудного сырья в шельфовой зоне обнаружены обширные залежи глауконитовых песков, бариты, доломит, а также фосфориты. Запасы последних оцениваются примерно в 3¹⁰ млн. т, причем они постоянно наращиваются за счет осаждения фосфата кальция из морской воды. Несмотря на сравнительно низкое содержание последнего компонента в породе (от 10 до 22 %), фосфаты моря - важный источник сырья для производства фосфоритных удобрений в будущем.

Площадь мирового материкового склона составляет всего 12 % общей площади дна Мирового океана. В этой ограниченной зоне глубина изменяется в пределах от нескольких сотен до 3500 м. Средние углы наклона поверхности материкового склона составляют 4-6°, на некоторых участках они достигают 10-15 и даже 45°. В частности, столь крутые склоны характерны для Атлантического побережья Бразилии и США. В геологическом отношении материковый склон совпадает с зоной перехода мощной континентальной плиты, состоящей из гранитного и базальтового слоев, в океаническую, лишенную гранитного слоя. Мощность морских осадков в пределах материкового склона незначительна, что делает его удобным полигоном для изучения материковых платформ, продолжением которых он является. Около 10 % площади материкового склона вообще лишены осадков, однако из-за неровностей рельефа в многочисленных котловинах, покрывающих склон, скапливаются рыхлые отложения, содержащие примерно 60 % ила, 25 % песка и 5 % ракушечника. Наиболее характерные элементы рельефа материкового склона - ложбины, желоба и гигантские каньоны, ориентированные преимущественно по направлению падения склона (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Элементы подводных окраин материков [28]

Полезные ископаемые материкового склона представлены, например, глауконитом, залежи которого расположены на глубинах до 1000 м и содержат около 8,5 кг углекислого калия, примерно 555 г рубидия, 161 г лития и 155 г бора на 1 т породы. Другое полезное ископаемое этой зоны - фосфориты, обнаруженные у берегов Аргентины, США, Мексики, Перу, Чили, Японии. Эти месторождения являются как бы продолжением залежей шельфовой зоны. Их объем только в пределах Калифорнийского побережья достигает 1,5 млрд. т при среднем содержании фосфорита 10 %.

На глубинах от 2500 до 3500 м материковый склон переходит в наименее изученную и в то же время наиболее сложную в геологическом отношении часть океанического дна - океаническое ложе. До недавнего времени эти гигантские пространства площадью более 180 млн. км² представляли собой абсолютно "белые" пятна на карте нашей планеты. Достаточно сказать, что одна из важнейших и крупнейших структур земной поверхности - система срединных океанических хребтов протяженностью более 60 тыс. км при высоте подводных гор до 3000 м и ширине горных цепей в некоторых случаях свыше 1000 км была открыта лишь в середине 50-х годов нашего столетия.

В дальнейшем в результате крупномасштабных промерных работ, геофизической съемки морского дна и отбора проб поверхностных осадков ученые получили многочисленные материалы, которые позволили составить общее представление о строении океанического ложа. Эти данные были уточнены в последнее время в результате выполнения ряда исследовательских программ, таких как глубоководное бурение океанического дна с борта НИС "Гломар Челленджер" или изучение рифтовой зоны Срединно-Атлантического хребта с помощью глубоководных обитаемых аппаратов по проекту "Фэймэс". Полученные образцы пород указывают на то, что глубинный базальтовый слой океанической коры перекрывается сверху промежуточным слоем из "переслаивающихся" лав основного состава и осадочных пород. Данные бурения и наблюдений подтвердили многие положения теории дрейфа материков.

Вследствие активной тектонической деятельности в зоне океанического ложа его рельеф сильно изрезан многочисленными разломами и подводными хребтами (рис. 1.5). Однако из-за длившегося миллионы лет осаждения твердых частиц и поступления осадочных пород с материкового склона большая часть площади океанического ложа покрыта мощным чехлом рыхлых отложений. Полезные ископаемые представлены здесь карбонатными и кремнистыми илами, глубоководными красными глинами. Эти илы образованы скелетами соответствующих организмов, а красные глины, выстилающие наиболее глубоководные участки океанического ложа, - результат разложения под действием морской воды продуктов вулканических извержений. Красные глины обычно содержат около 2 % глинозема, 13 % окислов железа, 7 % карбоната кальция, 3 % карбоната магния, 0,2 % меди, 0,02 % кобальта, 0,08 % никеля и по несколько сотых процента золота, серебра, свинца, молибдена, ванадия. Общие запасы красных глин оцениваются в 1015 т. Одной только меди в красных глинах содержится около 100 млрд. т. Этот вид глубоководных осадков - один из перспективных источников минерального сырья.

Рис. 1.5. Поперечные профили Срединно-Атлантического хребта (А) и Восточно-Африканской системы разломов (Б) [28]

Однако важнейшим видом полезных ископаемых океанического ложа являются железомарганцевые конкреции, образовавшиеся в процессе коагуляции и осаждения гелей окислов и гидроокислов железа и марганца из морской воды на "ядрах" - кусках породы, кремниевых или известковых губках, костях рыб и т. д. В подавляющем большинстве конкреции - это округлые образования (стяжения) диаметром от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров, состоящие из нерудного ядра и наслаивающихся одна на другую пленок гидроокислов, чередующихся с прослойками нерудного состава. Их плотность в сухом виде сравнительно небольшая. В мокром виде они содержат до 30 % влаги, что объясняется их большой пористостью. Химический состав конкреций чрезвычайно богат, но промышленный интерес в настоящее время представляют никель (его содержание в конкрециях колеблется от 0,16 до 2 %), медь (0,3-1,6%), кобальт (0,01-0,3%), молибден (0,04%), цинк (0,1 %) и свинец (0,01 %). Для того чтобы переработка конкреции была рентабельной, содержание указанных металлов в пересчете на "никелевый эквивалент" должно быть не менее 2,8 % (при подсчете "никелевого эквивалента" 1 % никеля принимается равным 2 % меди и 1 % кобальта).

Железомарганцевые конкреции встречаются во всех океанах и даже в некоторых морях. Основываясь на результатах целенаправленных работ по геологической съемке океанского дна, запасы конкреций в Атлантическом океане составляют примерно 45 млрд. т, в Индийском - 41 млрд. т, в Тихом - 112 млрд. т. Учеными выделены основные перспективные участки для детальных исследований залегания и свойств конкреций. Так, по данным министерства внутренних дел США в Мировом океане имеется от 180 до 460 месторождений, способных дать не менее 75 млн. т конкреций каждое. Наиболее богатые залежи расположены на отложениях северо-восточных районов Тихого океана на глубинах от 3600 до 6000 м (рис. 1.6). По предварительным оценкам, всего на дне Мирового океана залегает до 300 млрд. т железомарганцевой руды. Эти запасы постоянно увеличиваются. Так, годовое накопление марганца в конкрециях примерно в три раза превышает его потребление всей мировой промышленностью за тот же период времени; накопление кобальта и циркония еще значительнее (соответственно в 4,5 и пять раз).

Рис. 1.6. Схема расположения крупнейших залежей конкреций в Мировом океане. 1 - контуры площадей с 'рудным содержанием' конкреций (конкрециями покрыто более 10% площади), конкреции залегают на поверхности дна; 2 - то же, конкреции покрыты слоем осадков; 3 - площади с неизученным содержанием конкреций; 4 - места отдельных находок конкреций с 'никелевым эквивалентом' выше 2%; 5 - основной район разведки конкреций зарубежными фирмами