загрузка...

Дно океана

  • 16.06.2010 / Просмотров: 14511
    //Тэги: вода   геология   Гордон  

    Можно ли считать дно океана просто частью суши, залитой соленой водой? В чем отличия геологической структуры и толщины земной коры океанической и континентальной зон? Влияет ли на геологию океанического дна специфика климатических зон? Об океаническом дне - академик РАН Александр Лисицын.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Александр Лисицын. …они перевернули наше
представление не только о мировом океане (а миро-
вой океан включает также и все морские водоёмы), но
и представления, которые господствовали сотни лет в
области наук о земле в целом.
Но прежде всего, что это за наука – океанология,
представителем которой я являюсь и которой занима-
юсь уже больше 50 лет? Это наука о физике, химии,
геологии и биологии океана. Сейчас она стала совер-
шенно другой, по сравнению с тем, что было, скажем,
50 лет тому назад. Я постараюсь о главных открытиях
рассказать. И то, что было сделано за эти годы, при-
вело к революции в наших представлениях о Земле
в целом, о взаимодействии между основными сфера-
ми, хотя это звучит несколько, может быть, казённо. Но
если говорить популярным языком, то это взаимодей-
ствие всей системы геосфер Земли в целом.
За последние 50 лет, начиная с первого рейса «Ви-
тязя»… Это был крупнейший в России и в мире ис-
следовательский корабль, который начал свои работы
на Дальнем Востоке в 49-ом году, и который провёл
25 рейсов в дальневосточных морях. Что значит 25
рейсов? Это тоже надо как-то объяснить. Каждый рейс,
это участие в работах на корабле в 50-60, иногда 90
учёных. И они находятся в море на протяжении 2-3 ме-
сяцев. То есть это научный коллектив, плавучий науч-
но-исследовательский институт, в котором вначале бы-
ло порядка 10-12 лабораторий с приборами, а сейчас
на наших новых кораблях их больше 20-ти.
И надо сказать, что с самого начала наша советская
и российская океанология стала лидирующей во всём
мире. И это лидерство сохранялось вплоть до пере-
стройки. Сейчас мы, конечно, всё это потеряли, и об
этом приходится с сожалением вспоминать. Но пред-
ставьте себе, что вы находитесь на этом корабле, во-
доизмещением в 6 тысяч тонн (это как большой пас-
сажирский корабль), где в лабораториях идут экспери-
менты – всё необходимое для того, чтобы эта науч-
ная идея, задача, которая ставится перед экспедици-
ей, могла бы быть выполнена непосредственно в ходе
работ.
Зарубежная экспедиция работала совершенно не
так. И многие другие работают также не так. Это ма-
ленькие корабли, которые собирают материал. А у нас
получается, что каждый корабль – это плавучий на-
учно-исследовательский институт. И начиналось это в
49-м году с одного «Витязя», а потом в 60-70-е годы в
Институте океанологии, который я представляю, было
6 таких больших кораблей. Итак, одновременно рабо-
тает 6 кораблей, на каждом, скажем, по 60 учёных, –
значит, одновременно в разных частях океана находит-
ся порядка 300-400 учёных, которые круглосуточно ве-
дут исследования, обрабатывают их результаты и не-
медленно на основе этой обработки можно принимать
оперативные решения – что делать дальше?
А зарубежные, включая и американские, экспеди-
ции, работают совершенно иначе, как я уже говорил.
Они собирают материал, потом возвращаются, его
анализируют, и никаких оперативных решений принять
при такой работе нельзя. И только сейчас, по проше-
ствии уже нескольких десятилетий, зарубежные учё-
ные восприняли ту методику работ, которая называет-
ся российской. И сейчас крупнейшие корабли воспри-
няли практически нашу систему работы – в частности,
крупный (такой же крупный, как наши) немецкий иссле-
довательский корабль «Полярштерн».
Раньше никаких лабораторий на кораблях не было.
Считалось, что им помешает качка, вибрация, сырость
и всякое прочее. Но всё это удалось преодолеть. И я
на это хотел бы обратить внимание, потому что как-то
принято считать, что у нас всё отсталое, всё какое-то
не такое.
И всё это развитие привело к тому, что и нашими учё-
ными и зарубежными учёными были сделаны те откры-
тия, о которых я как раз и хотел рассказать, открытия,
которые буквально перевернули не только науки о Зе-
мле, но, может быть, и многие смежные с ними науки.
Прежде всего, это поверхность дна, которая всегда
считалась достаточно ровной. В ходе этих работ вы-
яснилось, что дно устроено совершенно не так, как
представляли. Открыты гигантские подводные хребты,
подводные горы и глубоководные впадины. Сейчас из-
вестно, что максимальная глубина мирового океана
составляет 11023 метра. И это тоже открыл наш «Ви-
тязь», флагман в своё время нашего исследователь-
ского флота.
Кроме того, обнаружено, можно сказать, совершен-
но уникальное явление – хребет на дне океана, рав-
ного которому и по размерам, и по строению на суше
нет. Это так называемая система срединно-океанских
хребтов. Это удивительная совершенно и ранее неиз-
вестная система, которая, во-первых, едина во всех
океанах, и проходит более-менее по середине. Мы мо-
жем это, очевидно, увидеть сейчас на карте, которую
я хотел показать. Вот это общая карта дна мирового
океана, рельефная карта. А вот отдельная – для Тихо-
го океана – более детальная. В восточной части Тихо-
го океана видно простирание этого срединного хребта.
Такие же и в Атлантическом есть хребты, и в Индий-
ском.
Так в чём замечательная особенность этих хребтов?
Первое, они 60 000 км протяжённостью. А второе, они
имеют совершенно особую форму, это крутые доволь-
но склоны, а в середине – там, где находится верши-
на, – глубокое ущелье, глубиной в километр, иногда в
два километра. И на дне этого ущелья происходят из-
вержения подводных вулканов, находятся выходы ги-
дротерм, это выходы горячих растворов, богатых ме-
таллами и с температурой до 400 градусов Цельсия.
Вы спросите, каким образом 400 градусов, когда
обычно вода закипает при ста? Но здесь давление
порядка 300-350 атмосфер, и в этих областях проис-
ходит современное рудообразование. Происходит то,
что, как считалось, происходило многие миллионы лет
тому назад и что было главным источником меди, ска-
жем, и других металлов, с которых начиналась челове-
ческая культура. Считалось, что это всё древние явле-
ния. На самом деле это всё идёт сейчас и приблизи-
тельно в тех же масштабах, как шло миллионы лет то-
му назад.
Это первое. Теперь второе. Ещё более важная вещь
это то, что в этих срединных хребтах происходит как бы
раздвижение дна – и это доказано сейчас с помощью
спутниковых систем и других методов. Скорость этого
раздвижения в разных местах колеблется от 1 до 12-16
сантиметров в год. Это кажется небольшой величиной,
но если умножать на тысячи и на миллионы лет, то по-
лучается, что движутся эти участки дна по нормали от
срединного хребта. Одновременно движутся и матери-
ки, которые спаяны с этими плитами на дне океана.
И отсюда возникло совершенно новое направление,
которое называется тектоника литосферных плит. Ли-
тосферная плита имеет обычно океанскую часть, кото-
рая наращивается, и присоединённую к ней континен-
тальную часть. Оказалось, что наша, так сказать, зем-
ная твердь вовсе не твердь, она находится в непрерыв-
ном движении. И сейчас мы знаем, с какой скоростью
движутся материки, по каким направлениям, по каким
векторам. И мало того, умудрились (я расскажу корот-
ко, как это было сделано) восстановить, как двигались
эти материки и участки дна океанов многие миллионы
лет тому назад.
Итак, в этой области сделаны совершенно удиви-
тельные открытия. Это большая серия открытий. И
если бы я их просто перечислял, то это, наверное,
заняло всё время. Поэтому я ещё расскажу о других
вещах, которые подкрепили позиции тектоники лито-
сферных плит и позволили нам воочию убедиться в
том, что это происходило миллионы лет тому назад и
как именно происходило.
Для того чтобы понять историю океана, нужно из-
учить донные осадки. Мы на первых этапах (это пер-
вое десятилетие) изучали поверхностный слой донных
осадков, в пределах мирового океана они оказались
очень разнообразными. Это целая эпопея – изучение
донных осадков. Только по работам «Витязя» в Тихом
океане было опубликована 10-томная монография, на-
зывается «Тихий океан». Это до сих пор совершенно
уникальное произведение, оно до сих пор не потеряло
свою актуальность.
А значительно позже с помощью глубоководного бу-
рения, о котором я как раз хочу рассказать, удалось
установить не только как распределяются эти осадки
сейчас (а они имеют целый ряд закономерностей, кото-
рые связывают и процессы на суше, и перенос осадков
реками и так далее), но и установить как это всё бы-
ло тысячи и миллионы лет тому назад. Для этого сила-
ми международного научного сообщества в Соединён-
ных Штатах был задуман проект глубоководного буре-
ния. То есть те буровые вышки, высотой 40 метров, ко-
торые сейчас применяются при бурении на нефть на
суше, эти вышки был перенесены на «Гломар Челлен-
джер», американский корабль. В создании его лабора-
тории участвовал я лично, и многие наши учёные, и
нужно отдать американцам должное, они сделали этот
корабль в лабораторной части именно так, как дела-
лось у нас в стране, принимая, что это сейчас действи-
тельно очень важно.
Мало того, в дальнейшем все лаборатории были
резко увеличены, и сейчас действует новый корабль,
где лабораторные помещения расширены. Так что, хо-
тя раньше считалось, что большие лаборатории не
нужны на кораблях, сейчас они поняли, что это чрез-
вычайно важное дело. Теперь представьте себе, эта
громадина больше 10 тысяч тонн весом – она ведь ка-
чается. Кроме того, вышка очень большая – это огром-
ная парусность, и в условиях океана, штормов, она и
перевернуться может.
И удалось пробурить в настоящее время 2 тысячи
скважин. Причём через всю толщу донных осадков –
это иногда до 2 км, а в среднем в океане, как удалось
определить, всего около 300 метров донных осадков.
А снизу находится базальтовый слой. То есть океан мы
изучали всегда как водную толщу, источник рыбы, спо-
соб организации транспортных связей. Но когда ста-
ли всерьёз заниматься изучением и осадочной толщи
и того, что под донными осадками, то оказалось, что
земная кора под океанами совершенно не та, что под
континентами. Люди и не подозревали до последних
нескольких десятилетий, что живут они на планете, ко-
торую правильнее было бы называть не Земля, а Оке-
ан, потому что две трети планеты занято, во-первых,
толщей океанских вод, а кроме того, корой океанского
типа.
В ней много особенностей, но что интересно – по-
скольку эти плиты раздвигаются постепенно, там бы-
ли обнаружены линейные магнитные аномалии. Это
меняется магнитное поле земли. И поскольку базаль-
ты, которые наращивают эту кору при остывании, за-
поминают это, то справа и слева от этого хребта идут
эти магнитные аномалии. И получилось так, что Гос-
подь Бог как бы разметил все эти участки дня. И мне
пришлось принимать участие, первому из советских
учёных, в рейсе «Гломар Челленджер» от Гавайских
островов до Гуама. Это было тогда, когда тектоника
литосферных плит ещё только входила в круг внима-
ния учёных, и все говорили, что это модная какая-то
гипотеза, что это ерунда и т.д. И это было исключи-
тельно азартное бурение, потому что мы знали номе-
ра аномалий, их возрасты, которые теоретики-магни-
тологи определили, а бурением можно было устано-
вить, действительно это так или нет. И как только до-
стигали верхнего слоя базальтов, по границе опреде-
ляли возрасты, всё собиралось, и обсуждали резуль-
таты. И оказалось, что на всём этом огромном участке
от Гавайских островов до Гуама всё точно совпадает с
тем, что предсказала теория.
Но это одно. А самое главное другое, что здесь уда-
лось определить всю эту осадочную толщу, разделить
её на части. Мы часто говорим, что донные осадки –
это запись истории. И действительно, это запись исто-
рии, уникальный архив, который человек только сей-
час раскрыл и начал читать. Пока ещё по складам, так
скажем, читать. Но постепенно с каждым годом всё
больше и больше привлекается новых методов, в том
числе и изотопные методы, и целый ряд других. Сей-
час мы эту историю знаем уверенно до 160 миллионов
лет в прошлое.
И первая книжка, которая обобщала эти результаты,
вышла у нас в стране, это «Геологическая история оке-
ана», созданная на основе многих рейсов глубоковод-
ного бурения. Это, собственно говоря, одно из откры-
тий, которое привело к появлению нового направления
в науке, которое называется сейчас «палеоокеаноло-
гия», то есть учение о океанах геологического прошло-
го – их физика, химия, биология и геология, скажем,
сто миллионов лет тому назад. Мы можем сейчас вос-
станавливать глубины океанов того времени, положе-
ние срединных хребтов, скорости спрединга, где нахо-
дились гидротермы, где – вулканические извержения,
то есть представить себе с максимальной основатель-
ностью всю историю океана за 160 миллионов.
Александр Гордон. Но имея такие данные, ведь
можно экстраполировать их и вперёд, то есть предста-
вить себе Землю, скажем, через 200 миллионов лет…
Александр Лисицын. Совершенно правильно. И это привело к не-
скольким, я бы сказал, довольно трудным решениям,
о которых я дальше хотел бы сказать.
Александр Гордон. Пожалуйста.
Александр Лисицын. Теперь ещё об одной технической новинке. Глу-
боководное бурение – было, конечно, явлением инже-
нерной мысли, потому что всё это сделать было очень
сложно, мы создавали лабораторию новых методов,
так сказать.
Представьте себе – эту громадину в 10 тысяч тонн
с сорокаметровой вышкой, при сильном ветре нужно
удержать на одном месте. Как это сделать? На дне
устанавливаются гидрофоны, и с помощью акустиче-
ских систем, с помощью компьютерной автоматики всё
это удерживается.
Я не могу не вспомнить одного совершенно потряса-
ющего эпизода моей жизни, когда, несмотря на заме-
чательные достижения связи и коммуникации, мы по-
пали в тайфун. В этих местах тайфуны бывают очень
сильные. А в это время за бортом была вся эта буро-
вая система. Чтобы её поднять, нужно было часов 8, по
крайней мере, работы. И тайфун налетел как-то вне-
запно, со спутников потом он уже был замечен. В чём
это проявилось? Это сильнейший ветер с дождём, при-
чём, как говорят, дождь как из ведра. Ведро – это всё
ерунда по сравнению с тем, что было, потому что не-
возможно понять, где море, а где небо – всё одна взды-
бленная вода. Так вот, я в это время был на мостике
вместе с капитаном. И, вы знаете, совершенно удиви-
тельная вещь. На этом корабле 10 двигателей. И они
набирают мощность через компьютер в зависимости
от силы ветра и всё время автоматически удерживают
всю систему. На схеме это видно.
Так вот при сильнейшем ветре ураганной силы эти
автоматы включают 6, 8, 10 двигателей, корабль весь
содрогается, вышка крениться… И всё это действует
без участия человека. Капитан, бледный, стоит рядом,
смотрит – там есть визирное устройство, можно всё ви-
деть. И всё работало совершенно безотказно.
Александр Гордон. Даже в тайфун корабль не сдвинулся?
Александр Лисицын. Да, не сдвинулся. Потому что иначе все эти ты-
сячи тонн, которые висят, оборвутся, и это будет колос-
сальная катастрофа. Но мало того, сейчас, вы видите,
на дне – воронка, диаметром около 5 метров. После
того как корабль отбурился и ушёл, нужно повторно по-
пасть в эту скважину. Скважина диаметром порядка 9
сантиметров, и на расстоянии 6-ти километров, через
толщу вод, где разные течения, ничего не видя, нуж-
но попасть в такое отверстие. В игольное ушко гораздо
легче попасть. И это сейчас работает, и повторно по-
падают – до 5, до 7 раз…
Александр Гордон. Просто космические системы стыковки.
Александр Лисицын. Я это говорю к тому, что такие инженерные ре-
шения сродни космическим. И правильные, прогрес-
сивные инженерные решения приводят к тому, что мы
можем сделать то, что нашим предкам даже и не сни-
лось. Это что касается глубоководного бурения.
Теперь ещё одно, тоже очень важное, инженерное
решение – это глубоководные подводные аппараты.
Наверное, у вас в передачах уже были и «Миры», и
«Пайсисы».
Мне посчастливилось с самого начала работать с
«Пайсисами». Это автономные подводные аппараты,
никакой связи с судном у них нет. Такой аппарат похож
на подводный вертолёт, у него 3 двигателя, которые
могут поворачиваться в любых направлениях, и сфера
– диаметром 2 метра. Нечто похожее было у Гагарина,
но там не один, а три человека помещаются – наблю-
датель, пилот и бортмеханик. Так вот, пилот между ни-
ми стоит на коленях, потому что места нет, всё заня-
то приборами и системами жизнеобеспечения – и есть
ещё два компьютера. А погружение продолжается до
18-20 часов, и он всё время должен стоять на коленях
и управлять аппаратом, глядя через иллюминатор.
С помощью этих аппаратов удавалось погружаться
в срединные хребты, именно в те ущелья, о которых я
вам говорил, в кратеры подводных вулканов, видеть ги-
дротермы, которые извергаются. Над подводными ги-
дротермами возвышаются, как мы их называем, гидро-
термальные факелы – на высоту 500, иногда 700, ты-
сячу метров. Так же как при извержении на суше извер-
гается пепловый факел, так здесь – гидротермальный.
Факел этот чёрный – как изображают обычно дети
дым из трубы парохода. Чёрный дым, состоящий из
мельчайших кристалликов рудных минералов. В про-
жекторах подводного аппарата эти чёрные кристалли-
ки, которые возникают у вас на глазах, они дают такие
блески, которые бывают иногда при салютах.
Вот сейчас мы видим как раз такую гидротерму, чёр-
ный дым поднимается, это гидротермальный факел. И
он поднимается, как я вам говорил, на высоту несколь-
ко сот метров. Это рудное вещество, распылённое в
водной толще.
А внизу – концентрированная рудная постройка, она
состоит из полиметаллов, из тех же самых рудных ми-
нералов, которые мы имеем в месторождениях, ска-
жем, Урала, Алтая, из которых добываются промы-
шленные полиметаллы. Эта рудная постройка имеет
очень солидную высоту. Максимально мы наблюдали
порядка 70, иногда 80 метров высотой, то есть 20-25-
этажный дом. И вот представьте себе, такая построй-
ка, и рядом этот маленький подводный аппарат, сфера
– 2 метра всего, и он в полной темноте, в лучах про-
жекторов, постепенно выбирается наверх. А наверху
потом изучает гидротермальный факел, отбирает про-
бы и так далее.
Так вот – мы научились с помощью этих подвод-
ных аппаратов не только фотографировать, но и от-
бирать образцы. В подводном аппарате есть две ме-
таллических руки, которые называются манипулятора-
ми, и можно прицельно отбирать пробы, есть огромный
контейнер, куда всё это складывается. Короче, можно
вести геологическую съёмку и поиски на глубине до 6
тысяч метров, а это 98 процентов дна океана. То есть,
появились совершенно другие возможности по срав-
нению с тем, что было раньше.
Теперь, естественно, возникает вопрос: а что это
даёт? Это даёт исключительно много, потому что, пре-
жде всего, это изучение фундаментальных процессов,
а кроме того, мы совершенно по-другому стали пони-
мать те месторождения, которые давно уже разраба-
тывались на Урале, и даже организовали несколько па-
леоокеанологических экспедиций на Урал и Северный
Кавказ.
Это представляется совершенно диким, но оказа-
лось очень плодотворно, потому что если геологи не
понимают какие-то явления, то мы вместе с ними и с
применением подводных фото– и киносъёмок, опреде-
ляем, что это, как, в каких условиях происходило. Мож-
но таким образом изменить методы поисков, разведки
и так далее. То есть это имеет очень большое значе-
ние для практики, для рудного дела.
Вообще о подводных аппаратах можно рассказы-
вать очень много, это увлекательнейшее дело.
При каждом погружении на дно открывается своя
жизнь, которую не увидишь на суше, животные совер-
шенно другие. И процессы, которые здесь связаны с
живыми организмами, тоже другие. Мы живём в ми-
ре фотосинтеза, в нашем мире всё, в конечном счёте,
происходит от солнечной энергии и от трех биогенных
элементов. На дне же – полная темнота, никакого солн-
ца, и тем не менее, в лучах прожектора вы вдруг ви-
дите какие-то неземные картины, яркие окраски. И всё
это живое, всё насыщено жизнью. Причём, жизнь здесь
идёт на хемосинтезе. То есть здесь сероводород, ме-
тан и другие газы, которые поступают из глубин зе-
мли, превращаются хемосинтезирующими бактериями
в органическое вещество, а дальше по пищевой цепи
оно потребляется, и возникает богатейшая жизнь, про-
сто богатейшая. Об этом тоже можно говорить очень
много.
Александр Гордон. У нас целая передача была посвящена как раз
биологии чёрных курильщиков.
Александр Лисицын. Да, это замечательные совершенно вещи. И
там многие организмы были впервые открыты.
Но я хотел о другом сказать. На примере изучения
гидротерм и коренных пород, базальтовых лав, кото-
рые там выходят, мы пришли к выводу, что огромное
количество вещества подаётся не только из глубин
земли – об этом никогда раньше не было известно.
Да, извергаются вулканы на суше. Это грандиозно, это
явление может быть и уровня глобальной катастрофы.
Но оказалось, что масштабы вулканизма, связанного с
срединными хребтами, приблизительно в 10 раз боль-
ше вулканизма на суше. А следовательно совершен-
но по-другому нужно оценить вклад эндогенного веще-
ства. Мы всегда знали, что вещество сносится реками,
что-то приносится по воздуху, небольшие количества
из космоса. Но оказалось, что многие элементы при-
носятся в основном из глубин земной коры. В частно-
сти, такой элемент как марганец. Удалось определить,
что около 90 процентов марганца происходит из этих
глубин.
Почему это интересно – потому что одним из источ-
ников полезных ископаемых в океане являются желе-
зо-марганцевые конкреции. И у нас эти работы велись
в своё время. И даже удалось получить первый металл
из этих конкреций. Вот я из кармана достаю медаль,
которая сделана из первого металла, полученного из
конкреций со дна океана. Таких медалей было сдела-
но около десятка. Потом оказалось, что это пока эко-
номически не очень целесообразно. Но, во всяком слу-
чае, в центральной части Тихого океана наша страна
имеет участок, который в будущем, когда для этого бу-
дут подходящие экономические условия, предполага-
ется разрабатывать.
Стало очевидно, что мы неправильно раньше оце-
нивали вклад различных геосфер в формирование
морской воды. Потому что морская вода – это тоже ис-
копаемое. Морская вода существует, по крайней мере,
миллиард лет приблизительно в том же составе, что и
сейчас.
Но нельзя себе представить, что её состав всегда
был одинаков, она всё время меняется. И одно из круп-
нейших открытий состоит в следующем. Мы сейчас
историю морской воды, так же как историю всей твер-
ди, и океанской коры, и связанную с ней историю кон-
тинентальных океанских плит, всё это мы изучаем в
динамике – сколько поступает и сколько уходит. Там
циркуляционная система – холодная вода входит, по-
том нагревается до высоких температур на контакте с
лавами и дальше поднимается вверх в виде гидротер-
мальных источников. Так вот, когда морская вода вхо-
дит, то она отдаёт несколько элементов соединений,
которые забираются практически целиком – это маг-
ний и ион SО4. Таким образом, получается, что средин-
ные хребты – это как бы совершенно гигантский при-
родный химический реактор, который работает при вы-
соких температурах и давлении, где перерабатывает-
ся морская вода. Это сопровождается и образованием
рудных построек, и особым миром животных, и всем
прочим, что мы сейчас знаем. Во всяком случае, этого
раньше не знали и даже не предполагали. Но дальше
– больше.
Итак, эндогенное вещество воздействует, причём
обратимо, с морской водой. Но дальше мы стали из-
учать саму морскую воду совершенно с другой точки
зрения – не как жидкость или как раствор, а как веще-
ство во взвешенном состоянии. Потому что это источ-
ник донных осадков. О донных осадках мы знаем не-
мало, пробурили их, можно сказать, до основания до
базальтов, но каким образом они произошли? До сих
пор это было неизвестно. А почему это важно? Потому
что без этого нельзя понять, как происходят процессы
осадкообразования, рудные процессы и прочие.
С применением методов нанотехнологий, которые
сейчас стали внедряться, мы стали изучать эти мель-
чайшие частицы в ничтожных количествах. Достаточно
сказать, что в среднем в одном литре океанской воды
содержится одна десятитысячная грамма взвешенно-
го вещества. Не буду рассказывать, как мы умудрились
это сделать (в нашей стране впервые тоже это удалось
сделать), но мы изучили эти осадочные вещества в
толще вод. И оказалось, что здесь масса открытий, что
все основные представления об осадочном процессе,
которые были раньше, приходится оставить, к сожале-
нию. И это интересно не только с точки зрения фунда-
ментальной науки осадочного процесса, но это касает-
ся и загрязнений. Каким образом они распространяют-
ся, каким образом они удаляются? То есть теперь мож-
но понять эти процессы. Это, конечно, очень большие
и очень сложные работы, но, в конце концов, удалось
установить, что распределение донных осадков и оса-
дочного вещества идёт совсем не так, как считалось
раньше.
В частности, только один пример приведу. Челове-
чество живёт с древних времён на материках и всё в
большей и большей мере своей деятельностью загряз-
няет реки и воздушные массы. Сейчас считается, что
громадные масштабы этого загрязнения просто долж-
ны привести к большим бедам – прежде всего это вы-
бросы углекислоты, а отсюда парниковый эффект, по-
тепление климата, дальше тает вечная мерзлота, под-
нимается уровень океана – и катастрофа. Так вот, что-
бы это выяснить, необходимо было изучение этих про-
блем, в том числе и с учётом океана.
Потребовалось изучение этого тонкого осадочного
вещества не только в морской воде, но также в морских
льдах, в воздухе над океаном, понадобилось понять,
каким образом биосфера реагирует в целом. То есть
потребовалось провести изучение всех систем, кото-
рые образуют единую систему Земли. Когда говорят
про потепление климата и катастрофы, то исходят из
того, что этим должны заниматься метеорологи. И дей-
ствительно, вроде бы температура, атмосфера – это
то, чем прежде всего они занимаются. Но новый под-
ход, который даёт современное изучение океана, гово-
рит, что мы должны изучить, хотим мы этого не хотим,
взаимодействие всех внутренних и внешних сфер.
О внутренних сферах я уже говорил, о внешних сей-
час не хватает времени рассказать, но в целом Земля
уже сейчас представляется не как стабильная и фик-
сированная система, а как система очень подвижная,
в которой происходит взаимодействие всех сфер – и
внутренних и внешних. И когда мы говорим, скажем,
о потеплениях, связанных с углекислотой, то выясня-
ется (это опять-таки данные океанологии), что в океа-
не углекислоты в 50-60 раз больше, чем в атмосфере.
И что эти процессы изменения углекислотного балан-
са связаны, прежде всего, с биогеохимическими про-
цессами в океане. И поэтому все прогнозы потепления,
разговоры о квотах и так далее, с точки зрения совре-
менных данных океанологии – мягко говоря, неоснова-
тельны. С моей точки зрения, они не отвечают действи-
тельности, потому что масштабы тех процессов, о ко-
торых я мельком говорил, намного превышают то, что
творит человек.
И ещё бы хотелось сказать (я об этом уже начинал
говорить), о загрязнениях, которые с материков сте-
кают в океаны и моря, например, в Балтийское море.
Там живут 160 миллионов человек, кроме того, про-
мышленность – всё это сбрасывается постепенно ре-
ками в море, и Балтийское море вообще часто, – мо-
жет быть, сгоряча – называют «помойкой Европы». Но
если вы поработаете в Балтийском море, то увидите,
что дай Бог, чтобы таких помоек было побольше. А по-
чему это происходит? Это тоже одно из открытий по-
следних лет, названо оно мною явлением биофильтра
на границе река-море. Объясню в нескольких словах,
что здесь происходит.
Итак, все эти взвешенные и растворённые загрязне-
ния поступают в море, и здесь происходит взаимодей-
ствие, с одной стороны, очень тонких, в значительной
мере коллоидных, растворов и взвесей, с электроли-
том морской водой.
И в результате вначале происходит осаждение круп-
ных частиц, в том числе и крупных частиц загрязне-
ний. Затем коллоидные частицы начинают коагулиро-
вать и захватывают растворённые формы элементов,
переводят их в донные осадки. Таким образом вода
просветляется, и возникают условия для развития фи-
топланктона. Те растворённые остатки, которые про-
шли, забирает фитопланктон, это диатомовые водоро-
сли, многие другие микроскопические организмы. А по-
сле этого фитопланктон является пищей для зоопланк-
тона. Зоопланктон всё это дело отфильтровывает (это
система биофильтра) и переводит в донные осадки в
виде крупных частиц, пиллетов.
Таким образом, получаются – не очень научно выра-
жаясь – как бы противогаз с тремя ступенями очистки,
который надет на устье каждой крупной реки. Мы таким
образом изучили великие реки Сибири – это Лена, Обь,
Енисей. И сейчас работаем уже на Северной Двине.
Оказалось, что 90 процентов взвешенных загрязнений,
а точнее – 93, осаждаются здесь. Таким образом, при-
рода сделала так, что человек, как он ни старается, но
океан ему далеко ещё не удалось загрязнить. И я ду-
маю, что и нашим потомкам это не удастся.
Александр Гордон. А чем объясняется всё-таки такое незначитель-
ное, если сравнивать с материковыми отложениями,
количество осадков на дне? всё-таки 300 метров – это
не так много, как можно было бы себе представить.
Александр Лисицын. Это мало, конечно, это очень мало. Мы сумели
определить не только распределение количеств этого
взвешенного материала, но и потоки. Есть такие но-
вые приборы, они внедрены всего около десяти лет
тому назад, называются «седиментационная ловуш-
ка». Это, попросту говоря, большая воронка диаме-
тром около метра, которая устанавливается на тро-
се, на определённых глубинах. И частицы, которые
опускаются сверху вниз, там накапливаются. А снизу –
приёмные флаконы, там за определённое время, – ме-
сяц, несколько месяцев, год – этот материал улавли-
вается. И мы теперь можем знать, где, что, как, какие
потоки существуют, это уже совершенно новая область
количественной литологии и геохимии.
И совершенно чётко можно сказать, какой материал,
где и как распространяется. И оказалось, что главная
часть осадочного материала, 93%, как я говорил, са-
дится в устьях рек. Но тогда, казалось бы, там должны
быть какие-то тысячеметровые громадины. Действи-
тельно, геофизика показывает, что это так. Но не со-
всем это и так, если смотреть во времени. Глубоко-
водное бурение показало, что главная часть осадочно-
го вещества накапливается не в середине океанов, а
по краям материкового склона. Континенты имеют под-
водную окраину, которая называется «шельф». Потом
бровка шельфа, обычно это глубина от 100 до 200 ме-
тров. Дальше идёт крутой склон до глубин в 3-4 тыся-
чи метров, и здесь как раз, у основания склона идёт
граница двух типов коры, континентальной и океани-
ческой. И эта граница прикрыта сверху громадной тол-
щей донных осадков. Что значит громадной? Это по-
рядка 10-16, 20-ти километров.
Александр Гордон. Ничего себе разброс.
Александр Лисицын. А какой же механизм? Раньше мы совершенно
не представляли, каким образом это может произой-
ти. А механизм очень интересный – теми же работами
по тектонике литосферных плит в сочетании с други-
ми методами удалось установить, что в истории океана
были многократные моменты понижения уровня на не-
сколько сот метров. А что при этом произойдёт? Ска-
жем, это у нас шельф, он сейчас под водой, здесь глу-
бина 100-200 метров. Когда уровень воды понижает-
ся, скажем, на 300 метров, с шельфа рыхлый матери-
ал сбрасывается течениями, волнами. Получается, что
сначала всё это накапливается в устьях рек и в пред-
лежащих частях шельфа, а потом сбрасывается, как
бы бульдозером сметается к основанию склона.
Это явление я назвал лавинной седиментацией. Она
имеет два уровня. Верхний уровень – в устьях рек, и
нижний уровень – уровень постоянного хранения оса-
дочного вещества, он отделён двумя-тремя тысячами
метров от верхнего. Так вот, может быть, самое суще-
ственное то, что оказалось, что именно в маргиналь-
ных фильтрах накапливается значительная часть неф-
ти и газа. И многие наши месторождения Сибири имен-
но таким образом сейчас объясняются.
Но возникает сразу мысль: хорошо, если там нака-
пливается, а здесь бульдозером сбросило, то, может
быть, и там есть нефть? И долгое время считали, что
ничего там нет, пока не начали бурить и почувствова-
ли, уже во время работы «Гломар Челленджера», что
там тоже есть признаки газов. У меня на глазах пена-
лы, в которых хранились керны, разрывало, а это зна-
чит, что это газ в твёрдой форме и в форме газогидра-
тов. А следовательно, может быть и нефть.
Но дело в том, что эти месторождения можно так не-
удачно разбурить, что потом эти выходы нефти не за-
кроешь. Поэтому в районе склонов до сих пор бурение
не производится – именно из боязни загрязнения оке-
ана.
Александр Гордон. И в принципе, там могут быть определённые за-
пасы.
Александр Лисицын. Да. Но сейчас провели геофизические иссле-
дования, которые подтвердили потом бурением, пока
только опытным, с применением всяких предохраняю-
щих мер. И оказалось, что именно у основания скло-
на находятся гигантские месторождения. Такие место-
рождения обнаружены у берегов Западной Африки и у
атлантических берегов Южной Америки, это Бразилия
и страны Африки. Запасы, которые там обнаружены,
относятся к категории гигантских и супергигантских.
Таким образом, всякие мрачные прогнозы о том, что
нефти нам хватит на 20-30 лет, не имеют силы. Сейчас
все прогнозы отодвигается на большие сроки. И, по-
видимому, первой, кто начнёт добывать, будет Брази-
лия…


Обзор темы


Океан — непрерывная водная оболочка Земли.
Занимает площадь 361,10 млн. км2,
что составляет 70,8 % земной поверхности.
(Из Энциклопедического словаря)

По мере того, как я погружался в глубину,
я понимал, что сталкиваюсь с миром, жизнь которого
почти также неизвестна, как жизнь на Марсе.
(Вильям Биб, один из создателей батисферы, 1930 г.)

Дно океана — это тоже часть земной коры, но если наземная область имела длительную историю изучения, океаническое дно и его геологические особенности долгое время составляли загадку. Серьезное изучение дна океана насчитывает очень недолгую историю и началось лишь во второй половине 19 в., когда целый ряд исследований и фундаментальных открытий в изучении глубоководных процессов двигался еще вслед за геологией наземной части земной коры, и отчасти был еще ее продолжением. Первым, кто начал систематический сбор материалов по матиметрии мирового океана, был американский исследователь А. Ф. Мори (1806–1873), использовавший для этой цели механический лот. Первые данные по строению океанического дна были получены в кругосветном плавании английского парусно-парового военного корвета «Челленджер». До сих пор днем рождения океанологии как науки считается 30 декабря 1872 г., когда «Челленджер» начал сбор проб дна в Бискайском заливе. Но понадобилось более 80 лет, чтобы нанести на карту систему срединно-океанических хребтов, намного превосходящих по масштабам Альпы и Гималаи или найти так называемый Марианский желоб (впадину, длиной 1340 км и глубиной — 11022 м в западной части Тихого океана). Следующим этапом было открытие особых гидротермальных зон, сделанное Альфредом Вегенером в 1925 году. Его основная идея состояла в предположении о дрейфе материков.
История океанической геологии связана с существованием двух парадигм, двух важнейших теорий — геосинклинальной теории и теории тектоники литосферных плит. В основе первой лежит понятие геосинклиналя, который представляет собой длинный (десятки и сотни километров) относительно узкий прогиб земной коры, возникающий на дне морского бассейна, обычно ограниченный разломами и заполненный мощными толщами осадочных и вулканических пород. В результате длительных и интенсивных тектонических деформаций он превращается в сложную складчатую структуру, представляющую собой часть горного сооружения. Расположены они обычно или в зоне перехода от океана к континенту, или между континентами. Эта теория основывалась на изучении геологии континентов (которой уподоблялась геология океанического дна). Значительным вкладом в эту теорию было расширение данных по так называемой седиментизации (осадконакоплении) океанического дна, которая происходит совершенно иначе, чем в наземных зонах. В целом, эта теория, безусловно, способствовала развитию наук о Земле, но не могла вместить в себя новые данные о геологии собственно Океана, полученные уже в середине 20 века. Вторая теория, появившаяся уже в 60-е годы, связала воедино данные по крупнейшим тектоническим, геодинамическим и магматическим процессам, и получила название «Вегенеровской революции» или «Новой глобальной тектоники». Суть ее сводится к тому, что литосфера Земли разбита на крупные плиты, которые перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении. Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны (спрединг), а в глубоководных желобах одна плита пододвигается под другую и поглощается мантией (субдукция). Особое значение в теории «глобальной тектоники» придается температурным перепадам на больших глубинах, что приводит к появлению совершенно поразительных феноменов как геологического, так и биологического характера.
Сегодня представляется очевидным, что исследование дна океана должно опираться на обе названные теории. Развитие техники (создание новых глубоководных аппаратов погружения, улучшение качества съемки, совершенствование химического анализа и проч.) — все это служит накоплению данных об особенностях океанического дна как особой геологической и биологической живой системы, помогает проследить ее эволюцию. Ответить на вопрос — что здесь важнее — осадконакопление и их преобразование в геосинклинали или перемещения тектонических плит — скорее всего просто невозможно. Видимо, в такой форме он даже и не может быть поставлен, поскольку для разных участков дна более актуальными оказываются одни процессы, тогда как в других районах — преобладают другие.
По составу и строению земной коры вся поверхность Земли может быть разделена на крупнейшие регионы, отвечающие коре континентального, переходного и океанического типов. Различия в строении коры приводят к существенной разнице в геофизических параметрах, составе, истории развития, тектонике и рельефе.
В этих регионах специфичны не только экзогенные, но и эндогенные процессы. Все это приводит не только к различиям в составе горных пород, минералогии и геохимии, но и к коренным отличиям в работе самого механизма подготовки и транспортировки осадочного материала .
Главнейшие питающие провинции (мегапровинции) Земли следующие:
1) мегапровинция континентов (континентальной коры);
2) мегапровинция современных геосинклиналей (коры переходного типа, апдезитовой ионы);
3) мегапровинция океанских платформ (океанической коры).
Такое выделение питающих мегапровинций соответствует главнейшим структурным элементам литосферы: континентам, современным геосинклинальным поясам, для которых типична кора переходного типа (субокеаническая и субконтинентальная), и океанам. Структурная гетерогенность земной коры влечет за собой гетерогенность режимов седиментации, а также гетерогенность состава осадочного материала и его количества.
Особенно четкими эти категории становятся, если сопоставлять не географические, а геофизические границы материков и океанов, т. е. проводить их не по береговой линии материков, а по границе океанической и континентальной коры.
В пределах мегапровинций могут выделяться более мелкие категории — макро-, мезо- и микропровинции. В процессе океанской седиментации осадочный материал из разных провинции смешивается, при этом возникает все разнообразие осадков, наблюдаемое в океанах.
Главная граница между областями океанической и континентальной коры отчетливо проводится по внешней (океанской) части глубоководных океанских желобов, а там, где желоба отсутствуют, — по основанию континентального склона. Материковые шельфы, а также материковые склоны относятся к континентам. Труднее провести границы сложно устроенных и подвижных современных геосинклинальных поясов. При выделении поясов учитывают не только геофизические данные, но также и историю развития регионов.
Мощность осадочных отложений на суше, ее состав и строение находятся в тесной зависимости от тектонических движений, в связи с чем для континентов выделяют отложения, свойственные континентальным платформам и континентальным геосинклиналям.
В свою очередь обширная область, скрытая океанскими водами, четко разделяется по режиму седиментации, составу, мощности и условиям залегания и дальнейшего преобразования осадков на океанские геосинклинали и океанские платформы.
Плиты континентов толстые (мощность коры 30–60 км), состав фундамента преимущественно кислый, для осадочного чехла типичны значительные мощности — в среднем для континентов 4,2 км, а в области континентальных геосинклиналей около 10 км. На континентальных блоках вулканизм имеет свои особенности и отличен от океанского, например континентальные андезиты и базальты по составу существенно отличаются от океанических.
Океанские платформы характеризуются исключительно толеитовым составом фундамента, на котором залегает осадочный чехол небольшой мощности — обычно несколько сотен метров, а в аридных зонах даже менее 100 м. Максимальная мощность осадочного чехла в пределах океанских платформ достигает 1–2 км, при этом среднее значение мощности принимается около 300 м (при мощности коры 5–10 км). Вулканизм в пределах всех обширных океанских платформ исключительно базальтовый как для современных океанов, так и для всего их геологического прошлого (по данным бурения). Здесь выделяются зоны высокой проницаемости и подвижности коры — активные срединные хребты, из которых на дно поступает эндогенный материал.
Океанские геосинклинали — также зоны высокой подвижности и проницаемости, но в пределах земной коры переходного типа. С этим связаны вулканическая активность, сейсмичность, высокие значения теплового потока, аномалий гравитационного и магнитного полей. Типична также линейность, проявляющаяся не только в общем простирании поясов (обычно по периферии океанских платформ на границе со складчатыми поясами континентов), но и в контурах отдельных поднятий (геоантиклиналей) и опусканий (синклиналей), в распределении разломов и складчато-надвиговых дислокаций. Специфична разнонаправленность движений для узких близко расположенных глыб, резкая контрастность рельефа — перепад высот до 14–15 км в пределах пояса шириной всего 100–150 км. Исключительная интенсивность вулканизма и поставки осадочного материала в современные геосинклинали, особый его состав, очень высокие значения мощностей осадочной толщи, своеобразие их распределения, особенности фаций и формаций — все это заставляет выделить их в особую категорию. В пределах крупнейших современных геосинклинальных подвижных поясов могут быть выявлены различные по стадиям развития системы, области, районы.
Среди современных геосинклиналей удается выделить по крайней мере две четко различные группы — эвгеосинклинали и миогеосинклинали. Первые выражены особенно ярко в областях активного вулканизма островных дуг, включают антиклинали (острова) и синклинали (глубоководные желоба и бассейны, прилежащие к дугам). Если вулканизм отсутствует, а условия седиментации и стадийность развития соответствуют геосинклиналям, выделяют вторую группу — миогеосинклинали (близ островных дуг, без действующих вулканов).
Особыми образованиями, отнесение которых к современным геосинклиналям рядом авторов оспаривается, являются мощные накопления осадков, не свойственные океанской платформе и образующиеся на границе океанов и материков. Например, близ атлантических берегов США мощность осадочной толщи повышается до 10–12 км, с образованием узких, заполненных осадками прогибов, характеризующихся линейным простиранием. Материал андезитового вулканизма в таких отложениях отсутствует.
В развитии типичных современных геосинклиналей может быть прослежено несколько стадий:
1) начальная (погружение с большой скоростью, накопление мощных толщ осадков, вулканизм — преобладание морских условий);
2) зрелая (образование внутренних поднятий, расчленение единой геосинклинали, складчатость, андезитовый вулканизм, гранитные интрузии);
3) орогенная (ранняя, главная и посторогенная — преобладание континентальных условий).
Какие же особенности характерны для крупнейших из питающих провинций Земли?
Для мегапровинции континентов характерно максимальное разнообразие изверженных, метаморфических и осадочных пород, но главной ее чертой является доминирование в ней гранитных пород (более 70 %) с высоким содержанием калия и лейкократовых минералов. Для мегапровинции современных геосинклиналей характерно преобладание пород андезитового состава, им уступают по площади развития базальты, дациты и риолиты, т. е. набор пород здесь резко сокращается. Это область господства двух минералов: плагиоклазов и вулканических стекол. В области океанической коры господствует лишь одна порода — толеитовый базальт, а также продукты дифференциации базитов. По мере продвижения от континентов к океанам все более сужается и специализируется состав исходных изверженных пород, тип вулканизма, состав эндогенного материала.
Минералогически эта провинция отличается резким преобладанием темноцветных минералов над лейкократовыми. В породах океанической коры присутствуют только бескалиевые разновидности минералов.
Процесс седиментации в океане весьма сложен. Существенное значение для осадкообразования имеет тектоника. Для каждой из основных мегапровинций типичен и особый набор исходных для выветривания горных пород, специфичны подготовка, транспортировка и отложение осадочного материала. Породы континентальной мегапровинции, которые характеризуются высоким содержанием кремнезема, а также калия и ряда других элементов и соответствующих им минералов, подготавливаются выветриванием, а перенос материала физического и химического выветривания осуществляется в зависимости от зональности — льдами, реками или ветром.
Для переходной мегапровинции характерны как исходный состав пород (преобладание андезитов), так и своеобразные процессы подготовки материала (эксплозии). Материал этой провинции поставляется в осадки главным образом в виде пеплов андезитриолитового состава, а также в виде продуктов выветривания андезитовых вулканов.
Мегапровинция океанов — царство базальтов и в меньшей степени ультраосновных пород. Раньше эта питающая провинция вообще не учитывалась литологами, океаны рассматривались лишь как конечные водоемы стока. Подготовка осадочного материала выветриванием, определяющая его судьбы на континентах, в субаквальной среде играет небольшую роль. Главное значение имеет генерация на дне океанов горячих базальтов, вступающих в контакт с придонной водой. Этот процесс идет в активных срединных хребтах, где начинается формирование океанической коры, и имеет глобальные масштабы. Важную роль играют субаэральное выветривание базальтовых островов-вулканов океанской платформы, а также поступление базальтовой пирокластики, возникновение своеобразных эдафогенных осадков в местах обнажений коренных пород ложа.
Для каждой из мегапровинций характерна своя обстановка седиментации, определяющая накопление осадков особого состава и свойств; специфика эта связана в своих главных чертах с геодинамическими обстановками. В пространстве и времени эти геодинамические обстановки направленно сменяются: от формирования океанической коры в активных хребтах, далее к возникновению коры переходного типа (в областях современных геосинклиналей) по границам литосферных плит и в заключительной стадии — к формированию континентальной коры.
На контактах между отдельными мобильными плитами возрастает роль эндогенного вещества, которое поступает в эти ослабленные зоны. Удается выделить для континентальных и океанских плит две группы контактов, соответствующих двум крупным геодинамическим обстановкам, а также магматическим комплексам и типам металлогении.
Первый тип — расхождения плит — отвечает условиям растяжения; он отмечается в срединных хребтах в океанах и в областях рифтов — на континентах. Для этого типа контактов характерны разуплотнение вещества мантии, высокие значения теплового потока, господство пород базальтового комплекса, из которых формируется новообразующаяся океаническая кора и возникает оруденение со значительной ролью кремния, меди, свинца, цинка и других металлов. Этот тип контакта и связанных с ним особенностей океанской седиментации довольно однообразен и сходен на суше и в океанах.
Много разнообразнее второй тип контакта плит, который возникает при их схождении. Наиболее распространен островодужный тип активного контакта с поддвиганием (субдукцией) океанской плиты под континентальную по сейсмофокальной зоне. Именно этот тип активного контакта понимается большинством авторов как современный аналог геосинклинальных зон. Выделяют еще пять типов схождения плит (андийский, невадийский, монголо-охотский, обдукции, столкновения одной или двух континентальных плит с дугой). Для каждого из них установлены свои особенности состава материала, геодинамической обстановки (вулканизма, металлогении, роли эндогенного вещества, тектонических движений и др.).
От срединных хребтов, где начинается формирование земной коры, в латеральном направлении, т. е. к периферии океана, может быть выделена конкретная смена формаций — возникает формационный ряд расширяющегося океана. В зоне активных хребтов с поступлением больших количеств эндогенного вещества идет формирование особых по составу и свойствам осадков — базальной формации. Здесь особенно большое значение имеют металлоносные и эдафогенные осадки. Далее в латеральном направлении, по обе стороны от активного хребта, они сменяются группой формаций пелагиали, а еще дальше, в области влияния пирокластики андезитовых зон — группой формаций периферии океана.
Наконец, заключительная (верхняя в разрезе) группа формаций расширяющегося океана — формации областей погружения океанской плиты в области островных дуг, которые выявляются по резкому преобладанию туфового материала. Эти группы образуют единый формационный ряд расширяющегося океана, они четко выявляются не только в латеральном направлении, но и по вертикали, в разрезе океанских отложений (в кернах бурения от базальных внизу до формаций погружения вверху). Направленная смена формаций океанов продолжается далее также направленной сменой формаций второй (промежуточной) стадии развития коры и завершается группой формаций континентальной стадии развития коры.
В ходе тектонического развития каждый участок океанского дна попадает в особые условия подготовки, транспортировки и отложения осадочного материала, связанные в основном эндогенными факторами, что и предопределяет тектоническую зональность океанской седиментации.
Выяснение всех разнообразных связей вещества осадка и эндогенных факторов и геодинамических обстановок еще только начинается, но уже сейчас можно сказать, что океаны не есть пассивные «конечные водоемы стока», где идет лишь механическая дифференциация вещества, поставляемого реками.
Влияние эндогенных факторов океанской седиментации сочетается с влиянием факторов экзогенных, чем и объясняются столь сложные распределение и состав океанских осадков.
Влияние экзогенных факторов может быть сведено к установлению в океанах и морях трех видов зональности — климатической, циркумконтинентальной и вертикальной. Они по-разному проявляются в накоплении веществ, принесенных с суши (терригенных) и образованных в пелагиали океанов (биогенных, а также вулканогенных).
Специфика океанского осадкообразования, в отличие от морского, состоит в очень большой роли биоса (совокупность водорослей, моллюсков и проч., в организме которых в значительной степени присутствует неорганический элемент — панцирь). Прямые подсчеты абсолютных масс терригенного и биогенного материала для пелагиали Мирового океана показали, что пелагических областей (глубже 3 тыс. м) достигает только 7,8% от исходного терригенного материала, а 92,2% осаждается в краевых морях и близ устьев рек, и в формировании пелагических осадков этот материал участия не принимает. В соответствии с трансформацией терригенного материала и его почти полным осаждением по периферии океана в пелагических областях резко возрастает роль биогенного материала: в виде карбонатных и кремнистых осадков в пелагиали осаждается 42% от общего количества осадочного материала.
Приведенные цифры подсчета абсолютных масс подтверждаются независимыми методами: изучением соотношения взвешенных и растворенных форм элементов в океане, изучением состава океанских осадков и площадей распространения разных их типов. Лишь часть биогенного материала находит прямое отражение в виде осадков, состоящих из панцирей карбонатных и кремнистых организмов. Другая часть биоседиментации проявляется косвенно: в биоассимиляции, биофильтрации, биологическом транспорте, влияющем и на терригенный материал. О мощи биогенного процесса говорит то, что ежегодно на поверхности океанов и морей продуцируется около 110 млрд. т. сухого вещества планктона, что в 4 раза больше, чем поступает с суши и из вулканов. Если сопоставить последнюю цифру с количеством терригенного и вулканогенного материала, проникающего в пелагиаль (1,73 млрд. т. в год), то преобладание биогенного материала в водах океана над терригенным становится еще больше — в 50- 60 раз.
Важнейший для седиментации вид деятельности биоса — ассимиляция, т. е. повышение концентрации и изменение форм большинства элементов, находящихся в воде в виде растворов. Часть из элементов идет на постройку панцирей, другая — переводится в органические соединения в плазме. Обычно после гибели организмов их панцири отделяются от плазмы и опускаются на дно; плазма в верхних слоях воды довольно быстро распадается (1,5 суток при температуре 30° С и до 150 суток при температуре 1–2° С). При этом происходят в глобальных масштабах процессы возникновения коллоидов в толще вод путем замены растворителя — плазмы на морскую воду. Проведенные подсчеты показывают, что количество коллоидов железа, образующихся таким образом, составляет до 2 млрд. т. в год, что больше, чем откладывается в пелагиали терригенного материала. Дна достигает только незначительная часть железа, основная же его часть вновь захватывается планктоном, однако действие этого механизма приводит к постепенному захвату и опусканию на глубины растворенных элементов из океанской воды, поскольку вместе с железом при образовании оксигидратов идет связывание в хлопья и многих растворенных в воде малых элементов.
Важное значение имеет биогенный материал, возникающий в центральных частях океана близ поверхности. На его поверхности избирательно, в зависимости от состава сорбента (карбонатный, кремнистый, плазменный), идет захват многих элементов, растворенных в воде. Количественное распределение организмов в океане подчиняется, в соответствии с учением о биологической структуре, широтной и вертикальной, а также циркумконтинентальной зональностям. Зонально также распределение карбонатных, кремнистых и других организмов. Таким образом, не только масштабы поступления панцирей в осадки и их состав, но и масштабы и специфика действия механизмов биоассимиляции и сорбции зависят от зональности. В частности, можно говорить о зональности процессов биоассимиляции и сорбции как на биосорбентах, так и на веществах, связанных с биосом косвенно. Эти процессы в конечном счете приводят к переводу из растворов во взвесь и поставке на дно дополнительного количества веществ и повышают значение биогенного процесса для седиментации.
Колоссальное значение имеет механизм биофильтрации — основного вида питания для зоопланктона. Исходя из биомассы зоопланктона и его потребности в пище, а также содержания взвеси в воде, был подсчитан объем воды, которая очищается планктоном от взвеси ежесуточно — около 50 тыс. км3. Планктонные организмы не имеют механизмов избирательной фильтрации и потому захватывают из воды всю взвесь, включая и терригенную, и связывают ее в пищевые комки алевритово-песчаной размерности (иногда до 1–2 мм). В итоге терригенные и биогенные частицы осаждаются не как отдельные частицы (с механическим фракционированием), а как крупные комки со средней скоростью осаждения в сутки от 50 до 950 м. С помощью специальных ловушек, устанавливаемых на дне на глубинах до 2 тыс. м и более, удается определить и темпы поступления пищевых комков — например, около 650 шт/м2 в сутки (около Багамских островов).
Другая часть терригенной и биогенной взвеси совершает значительные вертикальные перемещения в океане в организмах зоопланктона: под каждым квадратным метром поверхности воды организмы планктона в поисках пищи проходят до 10–20 тыс. км, перенося при этом захваченную ими пищу — взвесь! Биофильтрация продолжается также и на дне океана (организмами бентоса — совокупность всех видов придонной фауны). В конечном счете, под влиянием биоса находится весь осадочный материал. Биосом в значительной мере предопределяется также и терригенная седиментация: в частности, высокие абсолютные массы тонкодисперсного терригенного материала в областях высокой продуктивности планктона это отфильтрованный и осажденный материал, т, е. одно из косвенных проявлений биогенного процесса. Принципиальная сущность работы механизма биогенной седиментации состоит в очистке поверхностных вод океана не только от растворенных, но и от взвешенных веществ, в их трансформации и транспортировке на глубины.
Анализ данных по распределению и составу осадочного материала над океанами (аэрозоль), на поверхности океанов во льдах (криозоль) и в толще вод (гидрозоль), в сопоставлении с материалом донных осадков, приводят к важным заключениям о структуре терригенного материала в океанах. Обычно считают, на основе балансных подсчетов, что более 85% его приходится на речную взвесь, а на поставку эоловым путем и льдами приходится в сумме всего около 14%. Анализ методом абсолютных масс приводит к иным выводам: вклад эолового материала и вклад ледового материала в пелагическую седиментацию в океанах сопоставим с вкладом материала рек, поскольку последний не достигает пелагиали (более чем на 90% осаждается близ устьев рек и на шельфе).
В ледовых зонах океана со сплошным (покровным) оледенением их поверхности единственным видом осадочного материала является терригенный ледовый. Других видов осадочного материала здесь не существует (речной материал сюда не проникает, а биогенного из-за недостатка света .мало). В этой климатической зоне своеобразные условия подготовки осадочного материала на суше сочетаются со спецификой его транспортировки ледниками на суше и айсбергами в океане, а также со специфичными условиями аккумуляции материала на дне. В конечном счете это и приводит к образованию особых по составу и свойствам осадков — айсберговых, которые встречаются только в ледовых зонах и отвечают соответствующему этим зонам типу океанского литогенеза — ледовому. Главная причина возникновения этого типа литогенеза в океанах — климатическая, и никакие системы циркуляции не в состоянии изменить четкой климатической принадлежности данных отложений.
В гумидных зонах, где поставка материала осуществляется реками, целесообразно выделять две зоны океанского литогенеза, отличающиеся особенностями механизма подготовки и переноса материала, а также составом и свойствами отложений: умеренные гумидные и экваториальную гумидную.
Наконец, специфические условия складываются в аридных зонах океана, где, как и для континента, характерна очень высокая сухость воздуха в сочетании с ветрами исключительной силы и постоянства по направлению (пассатные ветры нижних слоев атмосферы и струйные течения верхних слоев). Высокая сухость воздуха на континенте имеет важные следствия для подготовки и транспортировки терригенного материала, поставляемого в океан. Перенос взвеси реками здесь практически отсутствует и сменяется подготовкой и транспортировкой ветром. Сухость воздуха обеспечивает дальнее распространение эолового материала над океанами, поскольку не идет его отложения путем вымывания атмосферными осадками. Материал локальный выпадает по периферии океана, а в пелагиаль проникает материал тропосферного и стратосферного переноса, который прослежен и изучен количественно и качественно на расстоянии до 5–6 тыс. км от суши. Оказалось, что по составу и свойствам вещество аэрозолей аналогично терригенному материалу донных осадков, а также терригенному материалу почв коралловых островов, т. е. аэрозоль аридных зон — главный вид терригенного материала. Основным фактором подготовки, переноса и отложения терригенного материала в аридных зонах океанов становится ветер, здесь идет накопление специфических осадков, что приводит к необходимости выделять особый аридный тип океанского литогенеза. Ясно, что возникновение этого типа также связано не с механическим разносом материала, поступившего из рек, а с иными факторами, оно определяется климатической зональностью планеты.
Таким образом, для терригенной седиментации в океанах удается выделить по крайней мере три типа океанского литогенеза, тесно связанных с соответствующими типами литогенеза на континентальном блоке, но обладающих своей спецификой: ледовый (главный агент подготовки, транспортировки и отложения — лед), аридный (главный фактор — ветер) и гумидный (главный фактор- вода). Эти типы седиментогенеза закономерно сменяют друг друга в пространстве, для них характерна биполярность, их особенности четко выдерживаются внутри зон, по их простиранию.
Могут ли быть выявлены черты зональности для процесса биогенной седиментации?
В зависимости от климата биогенный процесс может почти полностью затухать (в ледовых зонах) или получает слабое развитие с исключительно карбонатным осадконакоплением и изобилием хитинового вещества (в аридных зонах), или достигает расцвета (в гумидных зонах, где сочетаются карбонато- и кремненакопление).
Практически весь карбонатный и кремнистый материал океанских осадков связан с биосом. Не только количество осадочного материала, но и его состав (панцири), а также масштабы и специфика части биогенного процесса, не находящего прямого отражения в виде скоплений панцирей (поставка биосорбентов, фильтрация и связывание в комки, биотранспорт, биоассимиляция), связаны и определяются биологической структурой океана. Главные особенности биологической структуры, как и для терригенного материала, определяются климатической, циркумконтинентальной и вертикальной зональностями. Для биогенного материала, как и для терригенного, существуют свои этапы подготовки, транспортировки и отложения осадочного материала: каждый этап характеризуется своей спецификой, определяемой в основном климатом. Это заставляет и для биогенной части осадка выделять типы литогенеза, соответствующие типам литогенеза, свойственным терригенной части осадка. Реакция живых организмов на изменения природной среды иная, чем обломочного и глинистого материала, приносимого с суши, но причины изменений едины.
Распределение и состав материала вулканогенно-осадочного литогенеза определяются главным образом эндогенными факторами, тектонической зональностью. Приведенные данные показывают, что выделяются по составу и механизму измерений два типа вулканизма, связанных со строением коры: океанский (базальтовый) и переходных зон (андезитовый).
Вулканическая активность океанского дна поражает своей непрерывностью (в зоне Тихого океана, например, толчки наблюдаются практически непрерывно). Иногда на большой глубине происходит извержение масс лавы (так образовались в свое время целые архипелаги малых островов), а над поверхностью появляется характерный выброс пепла. Для океанского вулканизма главное значение имеет поступление основной массы разогретых базальтов в срединных хребтах, где идет новообразование океанической коры. Горячий контакт базальт — морская вода находит геохимическое отражение на дне в виде областей развития металлоносных осадков, а также рядом малых элементов.
Для андезитового вулканизма главный вид подготовки и поставки осадочного материала — эксплозивные извержения. Дальность переноса материала этих вулканов, сосредоточенных по периферии океана, определяется в значительной мере климатической зональностью. В гумидных зонах материал, попадающий в тропосферу, быстро вымывается. Самая большая дальность разноса пеплов достигается в аридных зонах, где сильные пассатные и струйные ветры сочетаются с высокой сухостью воздуха, а также с глобальными опусканиями воздушных масс. Это приводит к тому, что в аридных зонах пелагиали очень широким распространением пользуется тонкодисперсный пирокластический материал (главным образом кислые и средние стекла); здесь идет аккумуляция тонкой пирокластики из всех климатических зон планеты, значительная ее часть преобразуется в специфические аутигенные минералы (филлипсит, палагонит и др.). Только в этих зонах возникают своеобразные цеолитовые осадки. Зональностью определяется интенсивность и состав продуктов выветривания надводных вулканических сооружений: максимальные скорость и глубина выветривания достигаются в экваториальной гумидной зоне, минимальные — в ледовых и аридных зонах, промежуточные — в умеренных гумидных. В местах преобладания вулканического материала (эндогенного) возникают отложения вулканогенного-осадочного типа.
В формировании единого вещества океанских осадков в пределах зон океанского литогенеза сочетаются терригенный и биогенный материал, а в ряде случаев и вулканогенный (пирокластика, продукты размыва, вещество, возникающее на горячих контактах вода — лава). В ряде случаев границы между зонами литогенеза отличаются от границ климатических зон, что чаще всего связано с течениями не только поверхностного слоя, но и со всей многоэтажной системой течений и противоречий. Эти отклонения несколько усложняют положение границ, но отнюдь не меняют главного — четкой связи зон океанского литогенеза с климатическими зонами.
Самые крупные климатические зоны Земли — гумидные, аридные и ледовые — протягиваются широтно в соответствии с закономерной сменой природных условий.
Ледовому седиментогенезу континентальных блоков отвечает ледовый тип седиментогенеза океанов, поскольку зональная причина одна — ледовый климат, который и определяет главенствующую роль льда на всех этапах седиментации. Гумидному литогенезу на континентах соответствует гумидный литогенез в океанах. Аридный литогенез суши продолжается в океанах, основную роль на всех этапах седиментационного процесса этого типа литогенеза играет ветер. Для каждого типа литогенеза и соответствующей ему зоны условия и отражающие их осадочные отложения выдерживаются, хотя континентальные и океанские их части имеют свою специфику.
Зональны и широко распространенные в пелагиали красные глубоководные глины: в ледовых и умеренных гумидных зонах они не обнаружены. Этот тип отложений свойствен только аридным и экваториальным гумидным зонам. Красные глины аридных зон отличаются отсутствием остатков кремнистых организмов, их пелитовая часть состоит из обломочных минералов (кварц-полевопшатово-слюдистая) и почти не содержит глинистых минералов, характерны высокие содержания тонкодисперсного стекла и филлипсита, отмечаются рудные концентрации железо-марганцевых конкреций, особая их морфология и состав, минимальные скорости седиментации. Это эвпелагическая (аридная) красная глина.
Красные глины экваториальной зоны иные. Они всегда обогащены остатками кремнистых организмов (радиолярии, диатомовые) экваториального комплекса, в них ничтожно содержание обломочных и стекла, главную роль играют каолинит и монтмориллонит, филлипсит редок или исчезает, также редки зубы акул, ушные косточки китов. Конкреции здесь значительно реже, особой морфологии и состава, в глинах нередко отмечается пятнистый диагенез (мраморовидные осадки). Это миопелагические красные глины.
Границы зон, таким образом, не «секут по живому осадок», а являются естественными. Они отвечают смене разных осадков, т. е. реальному ходу седиментогенеза в океанах.
Соотношения между площадями континентального и океанского литогенеза меняются по широтным поясам, меняются и площади шельфа и материкового склона, находящихся в разных зонах седиментогенеза, изменяется роль антропогенных факторов в зависимости от размещения населения и промышленности в разных климатических зонах. Какими закономерностями диктуется размещение осадков в пределах выделенных зон литогенеза.? Удается установить два главных направления таких изменений: связанное с приближенном к суше (континентам или крупным островам), т. е. с циркумконтинентальной зональностью, и связанное с изменениями глубин (вертикальная поясность). Закономерные изменения внутри зон в латеральном направлении, по мере приближения к суше, удобно выразить через литолого-фациальные зоны, на которые делится данная зона литогенеза. Эти зоны отвечают направленной смене осадков, они билатеральны, т. е. повторяются у обоих берегов океана. В пределах литолого-фациальных зон происходят и изменения осадков, связанные главным образом с вертикальной поясностью.
Учение о климатической, вертикальной и циркумконтинентальной, а также тектонической зональностях дает возможность установить логику, внутренние связи осадочного процесса. Оно позволяет понять, почему в данных условиях возможно и почему невозможно накопление осадков того или иного типа, как при сочетании разных факторов живой и неживой природы возникают отложения со специфическими свойствами. Появляется возможность более точного картирования осадков с использованием приемов прогнозирования их свойств, а также возможность решения обратной задачи — на основе изучения осадочных образований устанавливать среду геологического прошлого океанского ложа.
Свою, совершенно особую специфику имеют так называемые «гидротермальные поля» — зоны спрединга, т. е. зоны, где литосферные плиты раздвигаются со значительной скоростью (например — в восточной части Тихого океана — 18 см. в год). При этом морская вода по образующимся трещинам устремляется в глубинные слои океанической коры и разогревается там до высокой температуры. Это катализирует ее взаимодействие с окружающими породами и насыщение минеральными веществами. Затем разогретая взвесь, содержащая металлы и минералы, изливается в холодное придонное пространство и постепенно сама охлаждается. Анализ придонной фауны в этих районах показал существование в океане хемосинтеза: образование органического вещества при полном отсутствии солнечного света, которое осуществляется некоторыми видами бактерий из двуокиси углерода за счет энергии, получаемой при окислении восстановленных неорганических соединений, которые выносятся гидротермальным флюидом из глубинных слоев океанической коры.
Особым, совершенно удивительным феноменом данных районов можно назвать также — «дым в океане». Впервые это явление было открыто в 1978 г. в Тихом океане, когда из иллюминаторов погруженного на глубину 2500 м. аппарата наблюдатели увидели черный дым, струящийся из «труб». Температура возле такого жерла была более 300° С. Эти «трубы» оказались продуктами осаждения сульфидов металлов, которые постоянно выносились гидротермальным флюидом из глубины коры в виде черного облака взвешенных частиц, обильно насыщенных сероводородом. Наиболее активным спредингом отличается Тихий океан, но позднее аналогичные явления были открыты и в Индийской, и Атлантической зонах. Самая глубоководная гидротермаль в настоящее время открыта к югу от Гавайских островов, возле подводного вулкана Лонхи — более 5000 м. глубины.

Библиография


Алекин О. А. Химия океана. Л., 1966
Белоусов В. В. Земная кора и верхняя мантия океанов. М., 1968
Богданов Ю. А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М., 1997
Вегенер А. Происхождение материков и океанов. М.; Л., 1925 (1984)
Верещака А. Л. Глубоководная бентопелагиаль: жизнь у дна. М., 2000
Зоненшайн Л. П., Кузьмин М. И. и др. Глобальная тектоника, магматизм и металлогения. М., 1976
Зоненшайн Л. П., Кузьмин М. И. Палеогеодинамика. М., 1992
Ларина Н. И. Горы Тихого Океана//Океанология. 1975. № 1
Лисицын А. П. Осадкообразование в океанах. М., 1974
Лисицын А. П. Процессы океанской седиментации. М., 1978
Лисицын А. П. Рудообразование за дугами островов//Природа. 1991. № 7
Лисицын А. П., Крук К. и др. Гидротермальное поле рифтовой зоны бассейна Манус//Известия РАН. Серия геологическая. 1992. № 10
Менард Г. У. Геология дна Тихого Океана. М., 1966
Сагалевич А. М. Глубина. М., 2002
Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. М., 1960–1962. Т. 1–3
Щербаков А. В. Геохимия термальных вод. М., 1968

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X