курс лекций
.pdf
Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения 33
в результате наложения на материковую структуру средин- но-океанических образований.
2. Переходная зона. В Мировом океане определенные области имеют ряд черт, сближающих их с подводной окраиной материков и с ложем океана, но вместе с тем отличаются и специфическими особенностями, не позволяющими отнести их ни к тому, ни к другому. Они характеризуются максимальным вертикальным расчленением земной поверхности. Эти области называются переходными зонами, которые занимают около 10 % дна Мирового океана. Отличительная особенность переходных зон — это чередование островных дуг, возвышающихся над водой или находящихся на небольшой глубине, и глубоководных желобов. Например, в области Японских островов дифференциация высот и глубин превышает 12 км (высота горы Фудзи-Яма — 3776 м, а глубина Японского глубоководного желоба — 8412 м), расчленение рельефа в области Курильских островов — около 12 500 м, в Индонезии — 11 000 м.
Геологические и геофизические особенности этих областей
также достаточно специфичны. Мозаичность распределения суши и моря здесь соответствует мозаичному распределению типов земной коры. Как показали сейсмические исследования, днища глубоководных морей сложены земной корой, более близкой по строению к океаническому типу (отличие лишь заключается в значительной мощности осадочного слоя). В последнее время за этими областями все более закрепляется наименование переходной зоны. В противоположность материковым и океаническим платформам (в большей части характерными для ложа океанов) в переходной зоне тектонические процессы проявляются с максимальной энергией. Видимым проявлением этих процессов являются частые землетрясения, вулканическая деятельность, широкий размах вертикальных движений земной коры, повышенные значения “теплового потока” — притока тепла из недр Земли к поверхности.
Все эти свойства служат достаточным основанием для того, чтобы, наряду с подводной окраиной материков и ложем океана, выделить в качестве одного из основных элементов рельефа Земли переходную зону — зону максимального расчленения и наиболее интенсивного проявления тектониче- ских процессов.
По морфологическим признакам можно выделить четыре типа переходных зон:
1) восточно-тихоокеанский;
34 Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения
2) западно-тихооке- анский;
3) антильский;
4) средиземноморский.
Переходная зона восточ- но-тихоокеанского типа характеризуется наиболее простым строением (рис. 4). Это комплекс молодой горной цепи, вытянутой по окраине континента, и глубоководного желоба, расположенного у подножия этой цепи. Такое строение имеет переходная зона у центрально- и южноамериканских окраин Тихого океана.
Переходная зона запад- но-тихоокеанского типа построена более сложно (ðèñ. 5).
Западно-тихоокеанский тип переходной зоны представляет собой сложную область с чередованием ряда островных дуг и затопленных горных систем
с окаймляющими их желобами и шельфами окраинных морей (Курильская котловина, Охотское море с Курильскими островами, Курило-Камчатским желобом и др.). Здесь отмечается комплекс следующих крупных элементов рельефа:
а) глубоководная котловина окраинного моря; б) островная дуга, возвышающаяся над поверхностью океана; в) затопленная островная дуга; г) глубоководный желоб.
Âряде случаев эта схема осложнена двойным строением островной дуги и тогда между дугами появляется еще один элемент рельефа — продольная депрессия. Нередко внешняя островная дуга может быть выражена лишь в виде подводного хребта (например, хребет “Витязь” — внешняя дуга Курильской островной дуги).
Âнекоторых глубоководных котловинах имеются внутренние горные поднятия, которые в своем простирании и строении
Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения 35
оказываются связанными со структурами соседних островных дуг. В строении переходных зон западно-тихоокеанского типа иногда принимают участие необычные островные дуги, представляющие собой один или два параллельных друг другу подводных хребта, вершины которых увенчаны островами или полуостровами суши (например, полуостров Камчатка, Японские острова, Тайвань). Интересной особенностью переходной зоны западной части Тихого океана является также ее “эшелонное” строение: с внешней стороны переходных областей, гранича- щих с материками (Охотская, Японская, Восточно-Китайская области), располагается второй эшелон — островные дуги Бонинский, Марианских островов, Ява, Палау, отделяющих Филиппинскую котловину, которая как бы для них служит общим “окраинным” морем. Аналогичную картину можно видеть и к востоку от Австралийского материка. Здесь внешний эшелон образует дуги и желоба Витязя, Тонга, Кермадек, а внутренний — Ново-Британский, Бугенвильский, Ново-Гебридский комплексы глубоководных желобов и островных дуг.
Переходные области Антильского или Карибского типа, к которому относятся Индонезийская, Антильская или Карибская области, имеют еще более сложное строение (ðèñ. 6).
Островные дуги здесь петлевидного типа: нередко желоба располагаются не только с внешней стороны, но и внутри области основных дуг. В строении этой области принимают участие крупные массивы горной суши. Рельеф дна глубоководных морей очень сложен и состоит из ряда отдельных котловин, отдельных подводных хребтов.
Четвертый, средиземноморский, тип следует рассматривать как результат наиболее длительного развития переходной зоны (рис. 7). Здесь
36 Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения
уже нет глубоководных желобов или же сохранились их реликты.
Расположение островных дуг лишь угадывается по своеобразным очертаниям молодых горных хребтов, часть которых еще остается подводной. Глубоководные котловины разобщены подводными горами или крупными массивами суши. Континентальные элементы рельефа здесь явно преобладают над морски-
ìè.
3. Ложе океана и срединно-океанические хребты. Ложе океана занимает более 70 % общей площади Мирового океана. Это основная глубоководная часть Мирового океана. Особенность строения ложа в том, что оно повсеместно пересекается многочисленными подводными хребтами и порогами. Некоторые хребты представляют собой грандиознейшие подводные горные системы, превышающие по своим размерам Гималаи, и, имея в основном меридиональное направление, делят океаны на две, а в Тихом океане на три глубоководные части. Ложе океана осложнено незначи- тельными повышениями, получившими название пороги. Подводные хребты и пороги разделяют ложе океана на относительно обособленные впадины — котловины. Они обыкновенно имеют округлую форму и очень небольшой уклон. Преобладающее большинство их окаймляется изобатой 5000 м. Глубины здесь 5500—6500 м и в редких случаях несколько больше.
На дне Мирового океана и в его водах содержится большое количество минеральных ресурсов.
Пожалуй, самым крупным открытием в исследованиях рельефа дна было обнаружение в середине XX века срединно-океаниче- ских хребтов — огромной планетарной горной системы, протянувшейся непрерывной цепью через центральные части Атланти- ческого, Индийского, Тихого и Южного океанов. Это гигантская подводная горная страна протяженностью 60 000 км.
Срединно-океанические хребты. Под этим названием подразумевается общая система мощных линейно-вытянутых горных поднятий ложа океана, приуроченных большей частью к осевым их частям. В Южном полушарии система срединных хребтов всех четырех океанов (Атлантического, Индийского, Тихого и Южного) находится в пределах 40—60 ю. ш. Вся эта система хребтов была в общих чертах выявлена лишь благодаря океанологическим исследованиям последних трех десятилетий. В морфологическом отношении срединно-океаниче- ские хребты представляют собой большей частью широкие (в
Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения 37
несколько сотен километров) валообразные поднятия, часто со сложно расчлененными склонами, возвышающимися своими гребневыми частями на 3500—4000 м над днищами примыкающих глубоководных котловин. В поперечном раз-
резе такого вала можно ÐÈÑ. 8 выделить три зоны
(ðèñ. 8).
Первая, наиболее высокая центральная зона представлена несколькими параллельными хребтами, поднимающимися своими скалистыми и обрывистыми вершинами до глубины менее 1500 м. Примерно по оси этой зоны протягивается глубокая впадина с крутыми стенами и часто с плоским дном. Впадина эта, так называемая рифтовая долина, представляет грабен, т. е. сравнительно узкую полосу земной коры, опустившуюся между двумя хребтами. Ограничивающие рифтовую долину хребты обычно несимметричны, с крутыми склонами в сторону рифтовой долины и более пологим склоном в сторону котловин.
Вторая зона срединно-океанического хребта может быть названа террасовой или промежуточной. Она располагается по обоим склонам хребта, имеет расчлененный холмистый рельеф, часто носит ступенчатый характер (Атлантический срединно-океаниче- ский хребет).
Третья, самая внешняя зона срединно-океанического хребта представляет его предгорья и отделяет промежуточную зону от днищ прилегающих глубоководных котловин.
Радиоактивные методы определения возраста базальтов показывают, что Атлантический срединно-океанический хребет относится к третичному периоду. Как правило, все срединные хребты — молодые геологические образования. Образцы горных пород, взятые со склонов и вершин центральной зоны Срединно-Ат- лантического хребта, добытые российскими исследователями, были представлены оливиновыми базальтами, лавами и вулкани- ческими пеплами. Образцы, взятые со Срединно-Индийского хребта, сложены различными ультраосновными породами.
38 Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения
Характерной чертой рифтовых зон срединно-океанических хребтов является приуроченность к ним многочисленных эпицентров землетрясений со сравнительно неглубоким расположением их фокуса. Вместе с тем высокая сейсмичность свидетельствует о высокой тектонической активности в зонах срединных хребтов. С этой активностью связаны многочисленные проявления современного и недавнего вулканизма. Следует, наконец, отметить наблюдающийся в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов усиленный приток тепла из глубин Земли. Объясняется это явление, по-видимому, наличием восходящих, высокотемпературных потоков вещества мантии, а также процессом серпентизации ультраосновных пород мантии, богатых оливином, что сопровождается увеличением объема и выделением тепла.
Одной из интересных форм рельефа ложа океана являются “Гайоты” (гийоты). Названы по имени Арнольда Гийо. В российской литературе часто употребляется термин гайоты.
Под названием гайотов подразумеваются изолированные горы с плоскими вершинами, возвышающимися над ложем океана или насаженными на его сводовые поднятия и подводные хребты (рис. 9). Большинство этих подводных гор имеют крутые склоны, заостренные или плоские, как бы срезанные вершины, поднимающиеся чаще всего до глубины 1300—1500 м. Образцы горных пород, поднятые с вершины гайотов, обычно представлены лавами основного состава (оливиновые базальты), а в экваториальных частях океанов — обломками коралловых рифовых известняков.
Плоские вершины многих подводных гор говорят, по-видимо- му, о том, что эти горы поднимались некогда над уровнем моря и
ÐÈÑ. 9. Гайоты
Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения 39
были срезаны абразией волн. Затем эти поверхности среза, оказавшиеся на небольших глубинах под водой, были заселены рифообразующими кораллами, которые возвели на них свои постройки. Подводные горы, вершины которых не несут коралловых построек, по всей видимости, никогда не достигали тех глубин, на которых могут жить рифообразующие кораллы.
Подавляющее большинство гайотов распространено в юго-за- падной части Тихого океана. Совсем недавно возникли сомнения об абразионном происхождении плоских вершин поверхности гайотов. Поводом для этих сомнений послужило открытие в восточной Эфиопии (Африка) в тектонической впадине Афар близ берегов Аденского залива сухопутного гайота сравнительно небольших размеров, еще в недавнее время бывшего под водой. Он оказался на суше благодаря недавним тектоническим движениям земной коры. Этот вулкан, получивший название Маунт-Асмара (гора Асмара), представляет собой усеченный конус высотой 365 м с диаметром примерно 2000 м у подножия и 1100 м на вершине. Маунт-Асмара был исследован известным бельгийским вулканологом Гаруном Тазиевым. Он пришел к выводу, что плоские вершины гайотов не являются результатом срезания их острых вершин абразией волн, а представляют их первичную конструктивную особенность. Вершинные части Маунт-Асмара оказались сложенными почти горизонтальными слоями вулканического пепла. Отсюда был сделан вывод. Если изменения на дне океана происходят на большой глубине под давлением огромного столба океанической воды, то извержение носит спокойный характер излияния лавы, застывающей в плотную горную породу. В случае же подводного извержения на небольшой глубине океана и, следовательно, при малом давлении оно приобретает характер взрыва, распыляющего лаву на мельчайшие брызги, образующие в воде над вулканом взвесь (пыль). Эта взвесь оседает затем на вершине вулкана в виде почти горизонтального слоя. Так происходит, по мнению Г. Тазиева, нарастание вулкана при частых и повторных извержениях. Само собой разумеется, что это еще тоже требует доказательств. Подводные изолированные горы вулканического происхождения имеют широкое распространение в Мировом океане, но особенно они характерны для Тихого океана и приурочены к срединно-тихоокеанскому валу, Гавайскому хребту. Много их в Аляскинском заливе, в Северной Атлантике. Цепочка таких гор тянется от Азорских островов к Гибралтару. В Индийском океане гайоты особенно многочисленны в восточной его части.
40 Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения
3.3. ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ
Поверхность дна океанов и морей обычно покрыта слоем осадочных пород, и только в редких случаях на дне обнажаются коренные горные породы.
Морские донные отложения классифицируются по различ- ным признакам. По механическому составу выделяют грубообломочные осадочные породы, или псефиты (валуны, галечники, гравий), песчаные породы, или псаммиты (пески крупные, средние, мелкие), алевритовые породы, или алевриты (размер частиц 0,1—0,01 мм), и глинистые горные породы, или пелиты. По вещественному составу среди донных отложений различают слабоизвестковистые (содержание извести 10—30 %), известковистые (30—50 %), сильноизвестковистые (более 50 %), слабокремнистые (содержание кремния 10—30 %), кремнистые (30—50 %) и сильнокремнистые (более 50 %) отложения. Однако основной является классификация морских донных осадков по их происхождению. По генезису выделяют терригенные, биогенные, пирокластические, полигенные и аутигенные отложения. В океаны и моря поступает также космическая пыль, образующаяся при сгорании метеоритов и болидов в земной атмосфере.
Терригенные осадки приносятся в Мировой океан с суши реками, ледниками, ветром или же образуются в береговой зоне при разрушении берегов и прибрежной полосы дна волнами и прибоем. Поэтому в основном они образованы из обломков пород суши и пород, слагающих прибрежную часть дна и береговые обрывы. Механический состав их разнообразен — от глыб до глинистых осадков. Поступающие с суши терригенные частицы частично отлагаются на дне, однако большая их часть пребывает во взвешенном состоянии и длительно мигрирует, изменяя свои размеры, состав и свойства.
Постоянно движущиеся морские воды производят сортировку поступающих обломочных частиц. Самые большие частицы — валуны (камни), галька, песок — накапливаются вблизи берегов и на мелководье, где особенно сильно воздействие волн. Более мелкие, пылеватые и глинистые частицы оседают в удаленных от берегов или глубоководных частях океана, а на мелководьях и в заливах — на участках малоподвижных вод. Обычно чем дальше от берега и больше глубина моря, тем меньше обломочных частиц поступает на дно и меньше их величина, т. е. обломочные части-
Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения 41
цы на дне морей и океанов закономерно распределяются по их размерам.
Одновременно изменяется минералогический и химический состав грунта. Сложный процесс взаимодействия обломочных частиц с меняющейся по своим свойствам морской средой приводит к тому, что осевшие на дно частицы нередко сильно отличаются по вещественной природе от частиц, только что поступивших в морской бассейн и не прошедших еще весь путь миграции. Особенно значительные изменения претерпевают частицы, слагающие осадки центральных районов океанов.
Большая часть выносимого реками материала накапливается в береговой зоне в виде наземных аккумулятивных форм — дельт, а также кос, пересыпей и других образований и потому принимает лишь ограниченное участие в донном осадкообразовании. Из этого материала формируется особый вид морских отложений — морские наносы, свойственные береговой зоне морей и океанов.
Терригенные отложения наиболее характерны для береговой зоны и подводной окраины материков, но самые тонкие из них — алевриты и пелиты — распространяются и в пределах ложа океана (Северный Ледовитый океан, Северо-Американская и Аргентинская котловины Атлантического океана, Аравийская и Центральная котловины Индийского океана).
Особую разновидность терригенных отложений составляют айсберговые отложения, которые образуются из осадочного материала, выпадающего на океаническое дно при таянии айсбергов. Они наиболее характерны для антарктических вод Мирового океана. Айсберговые осадки отличаются низким содержанием извести, органического углерода, плохой сортировкой и разнообразием гранулометрического состава. Выделяются также терригенные отложения Северного Ледовитого океана, образующиеся из осадочного материала, приносимого реками, айсбергами, речными льдами и льдами припая. Большей частью терригенный состав имеют и турбидиты — осадки мутьевых потоков. Они типичны для материкового склона и особенно для материкового подножия.
Биогенные осадки образуются непосредственно в океанах и морях в результате отмирания различных морских организмов, главным образом планктонных, и выпадения в осадок их нерастворимых остатков. Накопление таких отложений имеет особо важное значение в удаленных от берегов частях океана и морей. Поступление сюда обломочных минеральных частиц невелико, и по количеству попадающие на дно органические остатки могут
42 Глава 3. Геологическое строение, рельеф дна и донные отложения
превосходить поступающие терригенные частицы. Велика роль организмов в образовании донных отложений и на некоторых мелководных участках теплых морей, где образуются ракушеч- ные грунты, устричные банки, коралловые постройки и т. п.
Биогенные отложения по вещественному составу делятся на кремнистые и известковые.
Кремнистые осадки состоят из остатков диатомовых водорослей, радиолярий и кремневых губок. Наиболее распространены среди них диатомовые отложения. Основной пояс их развития — приантарктические воды Мирового океана с внешней стороны пояса распространения айсберговых отложений. В основном это пелитовые или мелкоалевритовые илы, очень мягкие, при большом содержании панцирей диатомовых водорослей (до 400 млн створок на 1 г осадка) белесово-зеленые или желтоватые. Другой пояс диатомовых илов развит в северной части Тихого океана, в Беринговом и Охотском морях, но здесь в них высока (до 60—65 %) примесь терригенного материала. Отдельные пятна диатомовых илов обнаружены на больших глубинах (более 5000 м) в тропических поясах Тихого океана, где они представлены раковинами крупной диатомовой водоросли этмодискус. В тропических широтах Тихого и Индийского океанов более широко распространены диатомово-радио- ляриевые отложения. Главным образом это пелитовые илы со зна- чительной примесью терригенного глинистого материала. Кремне- во-губковые отложения встречаются на шельфе Антарктиды, а также в Охотском море. Это скопления обломков стеклянных губок, нередко они бывают представлены песками.
Известковые отложения, как и кремнистые, делятся на ряд видов. Наиболее широко развиты фораминиферово-кокколитовые и фораминиферовые илы, распространенные главным образом в тропических и субтропических частях океанов, особенно в Атлантике. Типичный фораминиферовый ил содержит до 99 % извести. Это в основном алевритовый или пелитовый осадок, в некоторых случаях песок, состоящий из раковин донных фораминифер. Значительную часть таких илов составляют раковины планктонных фораминифер (в первую очередь глобигерин), а также кокколитофорид — раковины планктонных известковых водорослей. При существенной примеси в донных осадках раковин планктонных моллюсков птеропод образуются птероподово-фораминиферо- вые отложения. Большие их участки встречаются в экваториальной Атлантике, в пределах сводовой зоны Срединно-Атлантиче- ского хребта, а также в Средиземном, Карибском морях, в районе