Происхождение океанов

Спрединг океанического дна

Приведенные данные о возрасте базальтового фундамента океанического дна свидетельствуют о том, что наиболее древние его участки сформировались не ранее чем 150-160 млн. лет тому назад. Эти данные согласуются и с современной мощностью осадочного слоя океанов - при средней скорости осадконакопления ^{50 мм}/_{1000 лет} здесь может образоваться около 7,5 км осадков или после их уплотнения слой осадочных пород мощностью примерно 3 км. На участках более молодого фундамента слой океанических осадков будет еще тоньше, что фактически и наблюдается.

На основании этих данных можно было бы сделать вывод о том, что океанические впадины - это сравнительно молодые геологические структуры, возраст которых не превышает 150-160 млн. лет. Однако геологами доказано существование океанов на нашей планете намного раньше - в разрезе континентов найдены сильно метаморфизованные осадочные породы, сформировавшиеся в морских условиях более 3 млрд. лет тому назад! Но тогда, может быть, древние океаны существовали на месте современных континентов? Допустим. В таком случае, что же было на месте современных океанов?

Ответы на эти чрезвычайно сложные вопросы истории развития нашей планеты дает современная теория тектоники плит, разработанная в последние десятилетия видными зарубежными и советскими учеными.

Впервые теория литосферных плит была сформулирована в работах американских ученых Г. Хесса и Р. Дица в 1961-1962 гг. В основу теории был положен ряд гипотез, получающих в настоящее время все новые подтверждения в результате проводимых геолого-геофизических исследований и бурения.

Рис. 34. Сходство береговых очертаний и строения Южно-Американского и Африканского континентов. Структуры: 1 - древнейшие, 2 - переходного возраста, 3 - молодые

Эти гипотезы по существу являются развитием популярных представлений в геологии, известных под названием мобилизма. Наиболее последовательно эти представления развивались в первой трети нашего столетия известным австрийским ученым А. Вегенером. Он обратил внимание на несомненное сходство береговых очертаний Африканского и Южно-Американского континентов; более того, при сопоставлении континентов обнаружилось и сходство геологического строения противоположных берегов Атлантики - древние структуры Африки имеют четкое продолжение в Южной Америке (рис. 34). Хорошо сопоставляются состав и мощность пород на разных континентах, остатки отдельных видов растительных и животных организмов и т. д. А. Вегенер полагал, что все современные материки в прошлом откололись от единого суперматерика - Пангеи, при этом он считал возможным перемещение блоков континентальной коры по поверхности мантии под действием сил вращения Земли. Последующие исследования и количественные оценки не подтвердили возможности перемещения континентов по твердой мантии, и очень популярная в свое время гипотеза А. Вегенера была на несколько десятилетий отвергнута. После этого большинство геологов вернулось к представлениям фиксизма, не допускающим крупномасштабных горизонтальных перемещений блоков земной коры. Однако поставленные А. Вегенером вопросы о сходстве очертаний и геологического строения противоположных берегов Атлантики уже не могли быть объяснены простой случайностью. И конечно, с позиций фиксизма оказалось чрезвычайно сложным объяснить относительную молодость базальтов океанического дна и зональное распределение их возраста, выявленные в результате глубоководного бурения в океанах.

В соответствии с современными представлениями перемещение континентов осуществляется уже в составе литосферных плит, плавающих на астеносфере. По количественным оценкам, вязкость вещества астеносферного слоя оказалась очень высокой - около 10¹⁹ Па•с. В общем, по "земным" меркам это достаточно твердое вещество, однако вязкость литосферных плит в тысячу раз выше - около 10²² Па•с. Такое соотношение вязкостей астеносферы и литосферы допускает медленное горизонтальное перемещение плит со скоростью несколько сантиметров в год. Таким образом, Атлантический океан начал свое формирование с крупного континентального рифта - системы разломов, пересекавших литосферную плиту. В результате вещество астеносферы пониженной плотности периодически прорывалось вверх, раздвигая литосферные плиты в разные стороны и закрывая образовавшийся провал молодыми базальтами. Затем тонкая базальтовая перемычка разрывалась новыми порциями вещества астеносферы, плиты снова раздвигались, формировалась новая базальтовая перемычка и т. д. Этот процесс периодического наращивания литосферных плит получил название спрединга (рис. 35).

Рис. 35. Схема спрединга: a - заложение рифта на континентальной литосфере; б - зарождение молодого океана в результате раздвигания континентальных глыб; в - формирование океанической литосферы и дальнейшее раздвигание континентальных глыб; 1 - чередование магнитных аномалий различной полярности; 2 - океанические осадки

Гипотеза спрединга объясняет скачкообразный, прерывистый характер формирования океанической литосферы; при этом более древние участки дна располагаются у периферии континентов, а более молодые - в центральной части океана, в районе срединно-океанического хребта.

Основным положениям гипотезы спрединга соответствуют результаты сейсмических работ, выявивших подъем в больших объемах вещества астеносферы под осевыми частями срединно-океанических хребтов. Подтверждением гипотезы спрединга являются также упоминавшиеся данные о сейсмичности срединно-океанических хребтов. По-видимому, отмечаемые здесь многочисленные землетрясения имеют тектоническую природу и связаны с образованием новых разрывов базальтовой перемычки в рифтовой долине. Подтверждением этой гипотезы являются измерения теплового поля, свидетельствующие о связи увеличения теплового потока с внедрением вещества астеносферы в литосферу в осевой части срединно-океанических хребтов, а также гравиметрические данные, в соответствии с которыми осевым участкам таких хребтов соответствуют зоны меньшей плотности вещества мантии.