Возраст дна океанов

Одна из наиболее интересных страниц истории изучения Мирового океана связана с определением возраста пород, слагающих его дно. Основные принципы стратиграфии, установленные на континентах, позволяют считать, что породы, входящие в состав определенного слоя, имеют приблизительно одинаковый возраст. И поскольку формирование слоев разреза представляет собой последовательный процесс, подстилающие слои всегда древнее покрывающих. Так формулируется один из фундаментальных принципов стратиграфии - принцип суперпозиции, позволяющий оценивать относительный возраст слоев в зависимости от их взаимного положения в разрезе.

При изучении дна океанов выяснилось, что базальтовое ложе - фундамент океанов - сложено породами переменного возраста. При этом минимальный возраст - всего 1-2 млн. лет и менее - характерен для пород, слагающих дно рифтовых долин. По мере удаления от рифта со склонов срединно-океанического хребта отбирают образцы все более и более древнего возраста. Если приподнятые участки склонов имеют возраст 5-25 млн. лет, то более опущенные крылья уже сложены базальтами, возраст которых 25-100 млн. лет. Наиболее древние участки базальтового ложа океанов выявлены в пределах глубоководных котловин, где ложе покрыто мощным чехлом осадочного слоя. Но и здесь возраст пород базальтового ложа не превышает 125-150 млн. лет (рис. 30). Это поразительно, если сопоставить возраст океанического фундамента с возрастом фундамента континентов, часто измеряющимся миллиардами лет.

Рис. 30. Возраст фундамента дна Мирового океана, млн. лет: 1 - 100; 2 - 25-100; 3 - 25

Так, в результате глубоководного бурения и интерпретации палеомагнитных данных было установлено закономерное увеличение возраста участков базальтового фундамента океанов при удалении от оси срединно-океанических хребтов. Наиболее отчетливо это выявлено в Атлантическом океане, западное и восточное побережья которого обрамляются участками древней океанической коры; при приближении к Срединно-Атлантическому хребту возраст базальтов последовательно уменьшается. В Тихом океане в связи с асимметричным положением Восточно-Тихоокеанского поднятия эта закономерность наиболее отчетливо проявляется на западном склоне поднятия.

Теперь о возрасте пород осадочного слоя. Имеющиеся данные глубоководного бурения свидетельствуют о соответствии возраста базальтов и перекрывающих их осадков. Там, где фундамент древнее, разрез осадочного слоя начинается с древних осадков и завершается современными поверхностными осадками. В участках более молодого фундамента развиты только молодые осадки, а в центральной, наиболее молодой части срединно-океанического хребта осадков вообще нет. Таким образом, по мере удаления от оси срединного хребта наблюдаются не только все более древние осадки, но и стратиграфически более полные разрезы и, как правило, возрастание их мощности.

Рис. 31. График связи возраста пород базальтового фундамента океанического ложа с глубиной океана. Места отбора образцов в: 1 - Тихом океане, 2 - Атлантическом океане

Еще более удивительным свойством пород базальтового фундамента является связь их возраста с глубиной океана. Осевая, гребневая часть срединно-океанических хребтов залегает в среднем на глубине около 2,5 км. Дальнейшее погружение базальтового фундамента во всех океанах удивительно согласуется с увеличением его возраста - базальты возрастом около 10 млн. лет залегают в среднем на глубине 3,6 км, 50 млн. лет - 5 км и т. д. (рис. 31). На графике видно, что глубина 2,5 км является исходной - именно здесь зарождается новая океаническая кора. С течением времени она уступает свое место еще более молодой коре, а сама погружается все глубже и глубже. Практически по глубине океана можно приближенно оценить возраст фундамента по эмпирической формуле

где h - глубина океана, км, t - возраст базальтового ложа, млн. лет.

Эта формула описывает связь возраста фундамента океана с его глубиной в пределах срединно-океанических хребтов. И только вблизи континентов при возрасте базальтов более 70-100 млн. лет отмечается некоторое несоответствие вычисленных глубин фактическим значениям.

Таким образом, из распределения возраста базальтов фундамента видно, что океаническая кора зарождается в гребнях срединно-океанических хребтов. Основываясь на данных о строении верхней мантии, логично полагать, что здесь формируется не только кора, но и прилегающая к ней снизу твердая часть слоя Гутенберга, т. е. целиком литосфера.

Плотность астеносферы меньше плотности литосферы - по оценкам, разность плотностей между ними достигает 0,1 ^г/_см³. Поэтому участки литосферы большой мощности "проседают" в астеносферу глубже, чем более молодые и тонкие пластины. Этим объясняется еще одна удивительная закономерность океанической литосферы - увеличение ее мощности с глубиной океана. Эта закономерность также может быть описана эмпирической формулой

где H - мощность литосферы, км.

По этой формуле мощность литосферы изменяется от 7,5 км в рифтовых долинах до 80 км в глубоководных впадинах, что находится в полном соответствии с сейсмологическими данными.

Используя предыдущую формулу, нетрудно получить и связь мощности литосферы с возрастом базальтового ложа океанов:

На основе этой формулы советские ученые A. M. Городницкий и О. Г. Сорохтин построили карту мощности литосферы для всей акватории Мирового океана (рис. 32). На карте отчетливо видно симметричное распределение мощности литосферы относительно срединно-океанических хребтов и неуклонное ее возрастание при приближении к континентам. На карте видны также участки резкого изменения мощности в отдельных участках. Во-первых, это осевые зоны срединно-океанических хребтов; во-вторых, это глубоководные желоба и некоторые глубинные разломы сдвигового характера. Все эти участки резкого изменения мощности литосферы соответствуют границам отдельных ее блоков или литосферных плит.

Рис. 32. Мощность литосферы в пределах Мирового океана: 1 - положение гребней срединно-океанических хребтов и трансформные разломы; 2 - области поглощения литосферных плит; 3 - границы литосферных плит; 4 - линии равной мощности литосферы, км

Всего выделяются семь крупных плит - Северо-Американская, Южно-Американская, Евразийская, Африканская, Индийская, Антарктическая и Тихоокеанская, а также ряд более мелких плит - Наска, Кокос и др. В центральные, наиболее мощные участки некоторых плит "впаяны" целые континенты или их крупные фрагменты (Африканская, Индийская и др.); некоторые плиты целиком сложены океанической литосферой (Тихоокеанская, Наска). Есть плиты, ограниченные в основном срединно-океаническими хребтами, характеризующиеся симметричным распределением мощности - ее нарастанием к центральной, континентальной части (Антарктическая, Африканская). Если характер границ плиты существенно меняется, то она обладает асимметричным распределением мощности - ее ростом от срединно-океанического хребта к глубоководным желобам (Южно-Американская, Тихоокеанская и др.).