Континенты и океан — родня или соседи?
В геологии, науке о строении, происхождении, вещественном составе, закономерностях и истории развития литосферы и ее верхней оболочки — земной коры оформилось много самостоятельных направлений, часто отличающихся друг от друга так же, как, например, химия отличается от астрономии. Основные отрасли современной геологии — это общая или динамическая (физическая) геология, рассматривающая геологические процессы на поверхности и в верхней толще земной коры; петрография, минералогия и геохимия, изучающие горные породы, минералы и химию земной коры; историческая геология, занимающаяся геологической историей Земли; геотектоника, изучающая строение земной коры. Как прикладные направления в геологии выделились гидрогеология— наука о подземных водах, инженерная геология, геология полезных ископаемых и др. В нашем веке зародилось еще одно направление геологии — геология моря.
Самостоятельность геологии моря вначале представлялась несомненной, поскольку методы геологических исследований и сами объекты изучения в море были иными, чем на суше. Первая книга о геологии моря, написанная в 30-х годах ХХ века М. В. Кленовой — старейшиной советских морских геологов, была посвящена в основном описанию осадков на морском дне. Но с тех пор и методы исследований, и сами предметы исследований в океане изменились: теперь морская геология включает все те же направления, что и геология вообще. Если все же мы говорим о геологии моря как о самостоятельном направлении геологии, то скорее не из-за различия предметов изучения, а вследствие того, что в морях и океанических впадинах мы нередко встречаемся с иными, чем на суше, явлениями и фактами.
Кора и мантия
Познакомимся с основными понятиями Геологии, чтобы определить, родственны ли геология континентов и геология океанов, или это только соседи.
Внешняя твердая оболочка Земли называется литосферой и состоит главным образом из силикатов — солей кремниевых кислот, образующих большинство горных пород. Общая мощность литосферы более 100 километров; под ней находится астеносфера. Астеносфера и большая часть литосферы входят в состав верхней маитии Земли, но самые верхние горизонты литосферы называются земной корой и отличаются от верхней мантии меньшей плотностью и другим составом, хотя в коре тоже преобладают силикаты. На некоторой глубине от земной поверхности резко изменяются физические свойства пород, в частности плотность, вязкость и скорость прохождения сейсмических волн. Граница эта получила название поверхности Мохороаичича в честь югославского геофизика, обнаружившего этот раздел. В странах, где говорят по-английски, сократили эту труднопроизносимую фамилию до «Мохо» и даже просто называют поверхность раздела «поверхностью М». Эта поверхность М и представляет собой поверхность разделе земной коры и верхней мантии.
Геология имеет дело главным образом с верхними горизонтами земной коры, так как до глубоких горизонтов геологи почти нигде еще не добрались. Это «почти нигде» мы вспомним и в дальнейшем, а пока познакомимся с тем, что нам известно о строении земной коры на континентах и в океане.
Начнем с континентов.
Непосредственные наблюдения на суше, в горах, по буровым скважинам, в шахтах дают возможность установить, из чего состоят верхние 5—7 километров континентальной земной коры. Сейчас на Кольском полуострове бурится сверхглубокая скважина, которая должна вскрыть толщи пород до 15 километров, а если учесть, что на Кольском полуострове йа поверхность выходят древнейшие породы, в других местах обычно перекрытые толщей осадочных пород во много километров мощностью, то можно считать, что Кольская сверхглубокая скважина покажет строение верхней половины континентальной коры. Более глубокие горизонты континентальных массивов зондируются геофизическими методами. В настоящее время известно, что в основании континентов залегают тяжелые, плотные породы, по геофизическим свойствам похожие на базальт. Поэтому горизонт этот назван «базальтовым» слоем. Мощность его полтора—два десятка километров. Выше залегают породы, имеющие свойства гранита; мощность «гранитного» слоя два — три десятка километров.
Покрывают кору континентального типа осадочные породы — глины, песчаники, известняки и др.; местами осадочный покров смыт, и на поверхности обнажаются породы «гранитного» слоя.
Общая мощность континентальной коры 35—40 километров, а в молодых горных сооружениях, (Гималаях, Альпах и др.) мощность корьк; возрастает до 70—80 километров.
Таким образом, континентальная земная кора имеет слоистое строение, причем внизу залегают самые плотные и тяжелые породы («базальтовый» слой), над ним менее плотные и менее тяжелые породы («гранитный» слой), а сверху залегают самые легкие, осадочные породы. Названия основных слоев коры хотя и выглядят вполне петрографическими, взяты в кавычки потому, что мы знаем действительного состава пород этих слоев: это — «геофизические» слои, так как выделяются они, кроме верхних горизонтов «гранитного» и осадочного слоев, только по геофизическим данным.
Заглянем теперь в океаническую впадину.
В океане земная кора совершенно иная. Прежде всего мощность океанической коры понижается до 5—7 километров (если считать только твердые породы, а воду океанов не относить к земной коре). Самое же существенно отличие а том, что а океанической коре нет «гранитного» слоя. Однако слоистое строение свойственно и океанической коре. В ее основании залегают породы «базальтового» слоя, по физическим свойствам похожие на породы такого же слоя континентов. «Базальтовый» слой называют также основным, или океаническим, а также третьим — по его положению в коре; мощность третьего слоя —5 километров в зависимости от общей мощности коры.
На «базальтовом» слое лежит так называемый второй слой, состоящий, как показывают материалы глубоководного бурения, из чередующихся горизонтов базальтовых лав и уплотненных осадочных пород; мощность его обычно 1—2 километра. Наконец, верхний, осадочный слой пробурен во многих районах океана на всю его мощность. Он состоит в открытом океане (пелагической области) из остатков панцирей планктонных простейших животных и растений, а ближе к континентам — из глин и песков, продуктов разрушения материков. Обычно мощность верхнего осадочного слоя в открытом океане невелика— первые сотни метров, но вблизи подножий континентов мощность осадков может достигать многих тысяч метров. Однако для океанической коры типична небольшая мощность осадочного слоя, а иногда этот слой совсем отсутствует.
Не всякий камень — гранит
Прежде чем перейти к геологии океана, остановимся на некоторых петрографических терминах. Земная кора вообще, как и вся литосфера, сложена преимущественно горными породами, состоящими из минералов — солей кремниевых кислот, силикатов. Среди силикатов существует непрерывный ряд разновидностей, в которых содержание кремниевого ангидрида («кремнекислоты», кремнезема) изменяется от максимума в гранитах до минимума в базальтах и более бедных кремнеземом породах. Поэтому гранитные породы называют еще кислыми, а базальтовые и еще более обедненные «кремнекислотой»— основными и ультраосновными. Отметим также, что все кислые породы часто называют «сиаль» или «сиалические» вследствие преобладания в их составе кремния (силиций) и алюминия, по первым слогам латинских названий этих элементов. Основные породы получили название «сима», «симатические» («мафические») по преобладанию в них кроме кремния также магния или железа (феррум). Поэтому часто «гранитный» слой называют сиалическим, а «базальтовый» — симатическим, или мафическим.
Итак, в составе земной коры господствуют силикатные породы, среди которых преобладают два главных типа — сиалические (гранитоидные) и симатические (6азальтоидные). В океанической коре в отличие от континентальной господствуют исключительно базальтоидные породы при полном отсутствии настоящих гранитоидов. Это одна из загадок океана, которая еще ждет своей разгадки. Океаническая кора тонка, вследствие большой плотности систематических пород кора прогибается и образует на поверхности Земли впадины — океаны. В континентальной коре большой объем занимают относительно легкие сиалические породы, поэтому континенты как бы всплывают в тяжелой океанической коре, подобно айсбергам в воде. Таким образом, поднятые массивы континентов и глубокие прогибы океанических впадин обязаны своим происхождением, прежде всего, различию в составе и плотности слагающих земную кору пород.
С древнейших времен до наших дней
Что геолог видит на суше? Если рассматривать геологическую карту мира, то на каждом континенте видны обширные равнинные пространства, на которых показано залегание осадочных горных пород — глии, известняков, песчаников — сравнительно молодого возраста (в геологическом масштабе времени) — кайнозойского, мезозойского, реже — палеозойского.
Слои и толщи этих пород залегают на огромных, в миллионы квадратных километров, пространствах и, как правило, не смяты в складки, а лежат горизонтально, спокойно, т. е. они, как говорят геологи, не испытали сколько-нибудь значительных деформаций. Такие области на континентах носят название платформ.
На каждой платформе — Русской (Восточно-Европейской), Северо-Американской. Сибирской и других выделяются также одна или несколько областей, где на поверхность выходят кристаллические породы — гнейсы, кристаллические сланцы, пронизанные застывшей гранитной магмой, прорванные крупными интрузиями гранитоидов и других изверженных пород. В. этих породах видны следы огромных напряжений, они смяты в складки, плойчаты, скручены и раздроблены, метаморфизованы, причем часто многократно. Такие области платформ называются щитами; залегающие на щитах породы представляют собой фундамент платформ; эти кристаллические комплексы лежат под осадочными толщами платформенного чехла. Особенностью кристаллических комплексов щитов и фундамента платформ является огромная древность пород. Некоторые из гнейсов и гранитоидов Балтийского, Канадского и других щитов насчитывают 2—3 миллиарда лет; древнейшие породы земной коры, выходящие на щитах, вероятно, образовались 3,5—4 миллиарда лет назад. Общая мощность земной коры на платформах и щитах типична для континентов и достигает 35—40 километров.
Платформы и щиты составляют как бы ядра континентов. Иногда, как в Азии, таких ядер бывает несколько. Подчеркивая древность щитов, известный геолог Эдуард Зюсс еще в прошлом веке назвал область Саян, Прибайкалья и Забайкалья «древним теменем Азии» (что, кстати, оказалось неверно, так как в Азии обнаружились более древние области). Платформы окружены складчатыми зонами, время образования которых относится либо к позднему докембрию, либо к разным эпохам фанерозоя. Например, к Сибирской платформе примыкают складчатые сооружения позднего докембрия («байкалиды»); между Восточно-Европейской и Сибирской платформами зажато грандиозное горное сооружение Урало-Тянь-Шаньского пояса палеозойского возраста; юг Восточно-Европейской платформы окаймлен альпийскими горными сооружениями Карпат, Крыма, Кавказа, формирование которых завершилось в основном в кайнозое... Таким образом, на континентах мы видим последовательное наращивание вокруг древних ядер — платформ и щитов — все более молодых складчатых горных сооружений, которые, в свою очередь постепенно разрушаясь и будучи перекрыты осадочными толщами, превращаются в молодые платформы, как, например, Западно-Сибирская плита, выраженная а рельефе низменностью.
Таковы схематично главнейшие черты геологической структуры и геологической истории континентов.
Исчезли 4 миллиарда лет!
Что же наблюдается в океане? На первый взгляд, там тоже есть и платформы, и примыкающие к ним горные сооружения. Действительно, можно выделить огромные площади океанического дна (талассократоны), которые отличаются в общем равнинным рельефом. К иим примыкают подводные горные кряжи, в том числе срединно-океанические хребты. Однако на этом сходство океанов и континентов кончается. Если мы сопоставим строение океанических «платформ» с континентальными, то обнаружим мало общего. Основание (фундамент) океанических платформ не складчатое и состоит не из гнейсов и гранитов, а из базальтовых лав и, вероятно, измененных основных пород. Осадочный покров на океанических «платформах» имеет небольшую мощность, редко достигающую одного километра, да и вся океаническая кора имеет мощность 5—7 километров против 35—40 километров на континентах.
Примыкающие к океаническим платформам горные цепи и кряжи не имеют складчатой структуры, как на континентах, а представляют собой чисто вулканические сооружения и сложены напластованием базальтовых лав и других продуктов вулканизма. Однако не эти особенности состава и структуры океанического ложа наиболее поразительны, а то, что в океане «исчезли» по крайней мере 4 миллиарда лет земном истории!
В самом деле, в океане мы не находим никаких геологических образований, которым было бы больше 140—160 миллионов лет — возраст по геологическому масштабу времени совсем юный. Это тем более оказалось неожиданно, что имеются несомненные свидетельства древности океанов — свидетельства геологические, геохимические, биологические и другие, которые показывают, что океаны на поверхности нашей планеты существуют не менее 2,5—3 миллиардов лет при общем возрасте Земли 4,5 миллиарда лет.
Как объяснить такой парадокс в геологии?
Вспомним о рельефе дна океана. Самой главной особенностью этого рельефа является наличие срединно-океанических хребтов, переходящих из океана в океан и представляющих собой как бы оси океанов. На горные хребты суши эти структуры мало похожи. Их склоны пологи, хотя и рассечены многочисленными продольными и поперечными долинами; ширина хребтов составляет сотни и даже тысячи километров, а воздымаются они над дном окружающего океана всего на 2—3 километра. Если рифтовые ущелья по гребню таких хребтов представляют собой, грубо говоря, трещины, то на дне таких ущелий можно рассчитывать найти породы, слагающие нижние слои океанической коры. Действительно, образцы таких пород были подняты. Все они оказались принадлежащими к базальтоидам и ультраосновным породам — перидотитам, которые представляют уже породы верхней мантии.
Следовательно, в осевой зоне срединных хребтов происходит подъем вещества верхней мантии к поверхности дна. Поскольку такой подъем сопровождается частичным расплавлением перидотитов с выплавлением из них базальтовой магмы, то и в рифтовых долинах происходят подводные излияния на дно и внедрение базальтовых расплавов в трещины коры. Участники франко-американской подводной экспедиции в рифтовую зону Срединно-Атлантического хребта в 1974 году наблюдали сквозь иллюминаторы своих подводных аппаратов зияющие трещины на дне долины и свежие потоки застывшей лавы, еще не занесенные осадками. Да и другие наблюдения показывают, что вулканическая деятельность в рифтовых зонах широко распространена и в наши дни. Сейсмическими наблюдениями обнаружено, что рифтовые зоны — это зоны почти непрерывных мелкофокусных землетрясений. По наблюдениям с советского НИС «Витязь» в Индийском океане, в рифтовой зоне регистрируется несколько сотен сейсмических толчков в сутки. Все это говорит о том, что рифтовые зоны срединно-окенических хребтов представляют на дне океана зоны повышенной вулканической сейсмической, а в целом — тектоническо активности: это зоны выхода на поверхность огромного потока глубинной энергии.
Излияния базальтов в рифтовых зонах по геологическому масштабу времени это излияния сегодняшнего дня: их абсолютный возраст не превышает первый миллион лет. О геологической молодости рифтовых зон говорят и другие факты, например возраст осадков, отложившихся и водной толщи — это современные осадки.
Так родня или соседи?
Как же ответить на этот вопрос? В океане, как можно судить по некоторым приведенным материалам, геологические условия отличаются от континентальны иногда коренным образом. Например, ее совершенно различно построенная океаническая и континентальная кора. В океане отсутствует «гранитный» слой, отсутствует и мощный, многокилометровый осадочный чехол; отсутствуют складчатые горны сооружения, которые на континенте имеются в виде современных горных массивов или корней разрушенных гор в фундаменте платформ и на щитах. В горных массивах на континентах закономерно наличие гранитных интрузий — глубинных внедрений кислой магмы, порождающих многочисленные типы месторождений полезнных ископаемых...
Ничего этого нет в океане. Казалось бы ответить на поставленный вопрос можно однозначно: океан и континент соседствуют, но в родственных отношениях не состоят. Но так можно ответить, не учитывая истории развития земной коры в целом континентов, в частности. Если же проследить по сохранившимся в структуре континентов следам их формирования, как они образовались, то придется признать, что родственные черты между геологией океана и геологией континентов есть.
Будем ли мы опираться на тектонику плит или же примем аргументацию «фиксистов», мы должны будем выделить по крайней мере три стадии развития земной коры в разных тектонических условиях. Для этого следует ориентироваться на степень сложности строения коры и на усложнение ее петрографического состава. Для примера удобно рассмотреть Тихий океан, его окраинные моря, отделенные от океана островными дугами — Курильской, Японской и другими, и Азиатский континент.
В Тихом океане кора имеет «нормальную» мощность в 5—7 километров; в океанских валах, под вулканическими структурами, такими как Гавайский или подводный Средне-Тихоокеанский (Маркус-Неккер) хребты, мощность коры возрастает до 15—20 километров за счет наслоения базальтовых лав и, вероятно, внедрения глубинных интрузий той же базальтовой магмы, образующей полнокристаллические породы группы габбро. Подобные хребты в океанической коре являются структурами, в которых кора становится более сложной по строению и петрографическому составу, но новых элементов по сравнению с первичной океанической корой еще нет.
В окраинных морях — Охотском, Японском, Филиппинском и других — кора уже значительно отличается от океанической. Возрастает ее мощность как за счет наращивания кристаллического фундамента, так и за счет увеличения мощности осадочного слоя, преимущественно терригенных осадков. Такую кору принято называть субокеанической, а при появлении в ней массивов, отвечающих по геофизической характеристике «гранитному» слою, субконтинентальной. В структуре островных дуг появляются гранитные массивы, а вулканы извергают не только базальтовую лаву, но преимущественно и более кислую — андезитовую. В структуре земной коры такие области, в которых основным геологическим процессом является зарождение «гранитного» слоя и появление настоящих гранитов среди изверженных пород, называются геосинклинальными.
Наконец, континентальная земная кора отличается большой мощностью, полным развитием «гранитного» слоя, обычно наличием чехла осадочных пород.
Можно принять, что в океане, в геосинклинальной области и на континенте представлена земная кора в трех стадиях ее развития. При этом начальной, так сказать эмбриональной стадией является океаническая кора, а кора континентов — наиболее зрелая, полно развитая. Таким образом, геология океанов должна соотноситься с геологией континентов, как родители соотносятся с детьми. Такие взаимоотношения не опровергаются тем, что океаническая кора моложе континентальной. Просто океаническая кора все время обновляется и порождает новые участки субконтинентальной и континентальной коры, причленяющиеся к древним ядрам континентов.
Однако это не единственный вариант геологической истории земной коры. Некоторые геологи считают, что континенты постепенно разрушаются и их. место занимает океан. По таким гипотезам «океанизации» континентальных массивов, в будущем на поверхности Земли суши не останется; к счастью, если это и так, то до «всемирного потопа» остается еще не один миллиард лет.
|
|
Читайте в рубрике «Континенты и океан»: |