Рождение океанической литосферы
В июне 1783 г. на острове Исландия, в северной части Атлантического океана, земля разверзлась и из трещины Лаки длиной 24 км хлынула базальтовая лава. В то время никто не мог себе представить в полной мере геологического значения происходящего. Жидкая лава (её общий объём составил около 12 км3) заливала всё на своём пути, покрыв площадь 565 км2. Для жителей Исландии извержение Лаки, сопровождавшееся выбросом вулканического пепла и ядовитых газов, — самая страшная катастрофа за всю тысячелетнюю историю их обитания на острове. А между тем, как стало ясно теперь, это одно из бесконечно повторяющихся, обыкновенных проявлений геологической активности на оси Срединно-Атлантического хребта, приподнятый участок которого и представляет собой Исландия. Как мы уже знаем, там проходит граница раздвигающихся в разные стороны литосферных плит, и за счёт магмы идёт разрастание (спрединг) океанической коры.
Механизм этого разрастания изучали и в Исландии, и на дне океанов. Восходящий мантийный поток поднимает горячее вещество астеносферы в область меньших давлений, где его легкоплавкая часть превращается в жидкую базальтовую магму. Она, как вода из губки, отжимается от более тугоплавких кристаллов и образует скопления (магматические очаги) у подошвы литосферы. Магма находится под постоянным давлением «крыши» вышележащих пород. Поэтому, когда расходящиеся мантийные течения растягивают литосферу, магма внедряется и раздвигает её в направлении растяжения. Жидкий расплавленный базальт образует плоский клин («гидравлический клин») шириной 1— 3 м, который поднимается к поверхности, а после застывания превращается в вертикальное тело горных пород, так называемую дайку, что на старом шотландском наречии означает «стена». Растяжение литосферы в сре-динно-океанических хребтах всё время подновляется глубинными течениями, что вновь и вновь создаёт условия для подъёма магмы и образования множества параллельных друг другу даек. Так, шаг за шагом, под напором магмы раздвигаются литосфер-ные плиты.
Большинство магматических клиньев, поднимаясь со скоростью до 100 м в час, добирается до поверхности дна. На дне океана происходят излияния из трещин, очень похожие на извержение Лаки в Исландии. При одном из них в Восточно-Тихоокеанском поднятии на дно вышло около 15 км3 магмы, и базальтовые покровы разлились под водой на площади 220 км2. Толщина таких базальтовых покровов — от одного до нескольких десятков метров. По мере напластования земная кора проседает под тяжестью базальтов. Поэтому при спрединге раздвиг сопровождается опусканием земной коры, и базальтовые покровы всё больше наклоняются к оси хребта.
Благодаря подводным наблюдениям известно, что большие покровы базальтов образуются на дне океана только при быстром удалении литосферных плит друг от друга. Чем медленнее они расходятся, тем труднее подняться магме. При малых скоростях, например в рифтах Срединно-Атлантического хребта или в Красном море, к поверхности дна подходит уже потерявшая часть тепла и поэтому вязкая магма. Соприкасаясь с морской водой, она не растекается в стороны, а застывает в виде округлых тел, напоминающих подушки или ветвящиеся хоботы. Такие «подушечные» лавы нагромождаются, подобно насыпи, прямо над трещиной, по которой поднимается магма.
В прогретых рифтовых зонах на дне океана, где изливаются базальты, обнаружено множество горячих (до 330° С) источников минерализованной воды, богатых медью, цинком, марганцем, — так называемых гидротерм. Соединения этих и других элементов, выделяясь из раствора, образуют на дне наросты, столбы и трубы высотой до 27 м, т.е. с 10-этажный дом! По трубам продолжает подниматься горячий раствор, на выходе из него выделяются мелкие частицы минералов, и труба как бы дымится. Это и есть знаменитые чёрные курильщики, вокруг которых образуются отложения, богатые металлами, и железомарганцевые шары — конкреции. Даже на самых больших глубинах вокруг них кипит подводная жизнь: тут и бактерии, и черви, и моллюски, и даже крабы.
Одна из примечательных особенностей земной коры под океаном — многочисленные линейные магнитные аномалии, которые тянутся линиями, или полосами, вдоль срединно-океанических хребтов. Аномалии располагаются симметрично относительно оси хребта: по обе стороны размещаются сходные аномалии и в одинаковом порядке. Важно ещё и то, что во всех океанах удалось установить одни и те же аномалии; им присвоили порядковые номера. Всего их больше 70.
Всё это убедительно и просто объяснили Фред Вайн и Друм Мэтьюз, геофизики из Кембриджского университета (Великобритания). Когда вдоль оси срединно-океанического хребта внедряется и застывает базальтовая магма, она «записывает» состояние магнитного поля Земли. Затем застывшие базальтовые породы раскалываются посередине и начинают расходиться в разные стороны. Получаются как бы две магнитные ленты с двумя дублирующими друг друга записями всех изменений магнитного поля Земли. При быстром раздвигании океанского дна (спрединге) получается длинная «лента», аномалии располагаются далеко одна от другой. При медленном спрединге те же аномалии располагаются ближе, запись получается более сжатой. Благодаря этому удаётся вычислить скорость спрединга по любой линии, пересекающей срединно-океанический хребет. Давно уже разработана общая (глобальная) шкала магнитных аномалий, где геологический возраст каждой датирован в миллионах лет. Измерив расстояние от линейной аномалии до оси спрединга или расстояние между двумя аномалиями и разделив его на время, полученное по возрасту аномалии, мы узнаем скорость спрединга.
Когда ещё тонкая, только что образовавшаяся базальтовая земная кора начинает отодвигаться от оси спрединга, под ней застывает и содержимое магматического очага. В нижней части океанической коры образуются кристаллические горные породы, в результате чего её толщина увеличивается и достигает 5—7 км.
В дальнейшем эта кора составляет основу всё более зрелой океанической литосферы. Снизу на подошву коры нарастают самые тугоплавкие минералы астеносферы, оставшиеся после выделения базальтовой магмы. Это напоминает утолщение льда в замерзающих водоёмах. Чем древнее океаническая литосфера, тем больше тяжёлых, богатых железом мантийных пород успевает нарасти к ней снизу. Под самыми древними (юрскими) участками дна толщина этих пород достигает 70—80 км, что в 10 раз больше толщины земной коры. В результате средняя плотность литосферы со временем увеличивается, и по закону Архимеда она всё больше погружается в вязкий подстилающий слоц — астеносферу. Океан в этом месте становится всё глубже и глубже. Таким образом, глубина океана зависит от возраста дна и, если возраст известен, может быть рассчитана по формуле. По мере удаления от оси срединно-океанического хребта дно становится древнее. Поэтому склоны хребта делаются более пологими и происходит их плавный, постепенный переход к окружающим подводным равнинам, где дальнейшее увеличение глубин незначительно.
В это же время сверху на базальтовой коре отлагаются морские осадки. Чем дальше от оси срединно-океанического хребта, тем больше их успевает накопиться и тем больше глубина отложения современных осадков. В самых древних частях океана толщина осадочного слоя около 1 км, но у окраин континентов она бывает и во много раз больше.
Так зреет океаническая литосфера, становясь толще и тяжелее. Ей всё труднее удерживаться на плаву поверх астеносферы, и при горизонтальном сжатии она легче пододвигается под встречную литосферную плиту и уходит на глубину. Поэтому чем древнее дно океана, тем меньше его сохранилось. К тому же океаны не безграничны, и при существующих скоростях движения океаническая литосфера «добирается» даже до самых отдалённых их окраин не дольше чем за 180 млн лет. Океаническую литосферу, более древнюю, чем юрская, на дне нигде не находили, она известна только по небольшим «клиньям», включённым в складчатые горные пояса на краю континентов. По сравнению со всей Землёй (её возраст — около 4,6 млрд лет) дно океана очень молодо. В результате каменная летопись почти всей геологической истории нашей планеты (более 95%) сохранилась только на континентах, и лишь последние несколько процентов представлены также и в океане. Но зато для этого, ближайшего к нам времени геология океанов даёт неоценимые знания, которые служат ключом к расшифровке и более ранней истории Земли.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1001
Случайная статья
