Строение океанической и континентальной земной коры.
Попрошу минуточку внимания...
Земная кора в масштабе всей планеты представляет собой тончайшую пленку и по сравнению с радиусом Земли ничтожна. Мощность (толщина) ее измеряется расстоянием от границы Мохоровичича до дневной поверхности Земли. Она изменяется от 0 в пределах некоторых участков срединно-океанических хребтов до 75 километров под горными массивами Памира, Тибета, Гималаев. Однако именно земная кора, и особенно верхняя ее часть, содержит все полезные ископаемые, на ней обитают люди, животные, растения. Несмотря на маленькую мощность, земная кора имеет сложное строение.
Верхние ее горизонты довольно хорошо изучены при помощи бурения скважин. Во время извержений вулканов лава выносит на поверхность десятки кубических километров обломков горных пород, не успевших переплавиться и раствориться в кипящей магме. По этим обломкам, ксенолитам (от греческого "ксенос" - "чужой" и "литос" - "камень"), можно судить о составе горных пород, слагающих глубокие горизонты земной коры.
Однако самый главный метод, позволяющий заглянуть в недра планеты и узнать об их строении, - сейсмический. Любое землетрясение, а также подземный ядерный или обычный промышленный взрыв вызывают деформацию горных пород, и она распространяется на различные расстояния в зависимости от силы землетрясения или мощности взрыва. Это и есть сейсмические волны, которые, подобно рентгеновским лучам, "просвечивают" не только земную кору, но и мантию, и ядро. По меткому замечанию известного немецкого геофизика Бено Гутенберга, после кадого землетрясения Земля еще долго гудит как колокол. Распространяясь во все стороны от места возникновения, сейсмические волны проникают через различные слои и оболочки, отражаются от их границ или преломляются. Ели в разных точках Земли поставить сейсмографы (приборы, регистрирующие эти волны), можно проследить их путь. Расшифровывая сейсмограмму, опытный
геофизик сразу скажет, какие слои пересекли волны и с какой скоростью, каковы были плотность слоев и их состав. Каждая горная порода характеризуется только ей присущими скоростями прохождения продольных и поперечных сейсмических волн: чем больше плотность вещества, тем выше скорость.
Строение и состав земной коры под океанами и на континентах очень сильно различаются. Поэтому и принято выделять два основных типа земной коры - океаническую и континентальную.
Для бурения скважин на суше ставят буровую вышку и специальными бурами начинают высверливать отверстие диаметром 10-12 сантиметров. Когда высверленный на 2-3 метра столбик горной породы - керн - поднимут на поверхность, в скважину опустят металлические трубы, чтобы стенки ее не обвалились. Затем в отверстие, или, как говорят специалисты, устье скважины, снова погрузят буровой инструмент, и работа продолжится.
В океанах все намного сложнее. Существуют специальные корабли, с которых бурят скважины в океанском дне. Задача эта неимоверно трудная. Во-первых, бурение ведется через толщу воды в 5-6 километров, а иногда и более. Попробуйте попасть буром в 20-сантиметровое отверстие с такой высоты! Для этого разработаны особые устройства.
Во-вторых, надо заставить корабль находиться точно в заданном месте, а ведь его сносит ветром, течениями, волнами. Здесь используется спутниковая навигационная система, которая через компьютеры управляет несколькими винтами корабля: они включаются автоматически, как только судно смещается с заданной системы координат.
Сейчас пробурено уже более 1000 скважин, углубившихся в океаническое дно на сотни метров. Наиболее глубокие скважины прошли почти 1,5 километра. И результаты исследования добытых пород позволяют утверждать, что ни в одном из слоев океанической земной коры не встречаются отложения древнее 180 миллионов лет.
Земная кора океанов занимает примерно 56% поверхности планеты, и главной ее чертой является небольшая толщина - в среднем около 5-7 километров. Но даже такая тонкая кора подразделяется на 2 слоя.
Первый слой - различные осадки мощностью от 1 километра в глубоководных котловинах океанов до 15 и более около континентов. Обычно глубоководные осадки представлены глинами, кремнистыми или известковыми илами. Скорость прохождения продольных сейсмических волн через осадочный слой океанов меняется от 2 до 5 км/с. Возраст самых древних осадков в океанских просторах не превышает 180 миллионов лет. Может сложиться впечатление, что раньше, до середины мезозойской эры, океанов на Земле вообще не существовало. Однако это совсем не так (об этом расскажу немного позже).
Второй слой океанической коры в целом сложен базальтами - продуктами извержений подводных вулканов. Особенно характерны для него так называемые подушечные базальты. Они состоят из отдельных округлых лавовых лепешек (или подушек), залегающих одна над другой. Эта лава выдавливалась из вулканических каналов, словно паста из тюбика, ведь в океанских глубинах столб воды создает на дне очень большое давление, и оно не позволяет лаве свободно изливаться, тем более извергаться со взрывами, как это происходит на суше или мелководье.
Ниже толщи базальтовых подушек обычно залегают многочисленные дайки - интрузивные тела, обладающие небольшой толщиной, но значительной протяженностью, располагающиеся параллельно друг другу. Именно они являются теми вулканическими подводящими каналами, по которым поднималась базальтовая магма.
Мощность базальтового слоя океанической коры не превышает 2 километров. Он имеет большую плотность, чем осадочный слой, поэтому скорость сейсмических волн здесь увеличивается до 6,5 км/с.
А ниже располагается поверхность Мохоровичича, за которой скорость волн возрастает скачком до 8,1-8,4 км/с. Это уже верхняя мантия Земли.
Еще в 40-х годах XX века геологи представляли себе океанские впадины как огромные блюдцеобразные понижения с ровным дном, над которым кое-где вздымаются вулканы. Их конусы, возвышающиеся над поверхностью воды, хорошо видны, например, на Гавайских островах в Тихом океане и на острове Святой Елены в Атлантике.
Изобретение эхолота - прибора, фиксирующего глубину дна при движении корабля, - позволило в начале 60-х годов составить первую карту океанского дна. Она повергла всех в изумление. Дно оказалось совсем не плоским, а сильно расчлененным. В Атлантическом, Индийском, Северном Ледовитом и Тихом океанах одной из главных форм рельефа являются огромные горные хребты, общая длина которых превосходит 80000 километров. Такой хребет возвышается над окружающими котловинами на 2-3 километра, а вдоль его вершины прослеживается узкое и глубокое ущелье - рифт. Хребты рассечены множеством еще более узких поперечных разломов, как бы смещающих рифтовое ущелье в разных направлениях. Поэтому их называют трансформными разломами.
Эти хребты получили название срединно-океанических. Именно они помогли понять, как же формируется океаническая кора.
Все дело в том, что под осевой зоной хребтов в мантии Земли медленно поднимаются струи относительно более нагретого материала. В самых верхних слоях мантии, непосредственно под поверхностью Мохоровичича, на всем протяжении хребтов периодически возникают участки, где вещество мантии плавится и образуются магматические очаги. А происходит это потому, что трещины в хребтах вызывают падение давления в породах, которое прежде сдерживало процесс плавления. Из магматических очагов в днищах рифтовых долин по каналам, которые со временем превратятся в комплекс параллельных даек, начинает поступать базальтовая магма. Она изливается на дно в виде лавовых подушек. Все новые и новые порции магмы, внедряющиеся в ранее сформировавшуюся океаническую кору, как бы раздвигают ее по обе стороны от рифтового ущелья. Такое наращивание океанической коры получило название спрединг (от англ. spreading
- "распространение", "расстилание"). Его скорость в разных хребтах различна. Например, в Атлантическом и Индийском срединно-океанических хребтах она составляет 3-7 сантиметров в год, и в них хорошо выражена глубокая рифтовая долина. А в Восточно-Тихоокеанском хребте скорость спрединга достигает 16-18 сантиметров в год, и рифтовая долина выражена хуже. Поскольку рифты вдоль осей срединно-океанических хребтов являются активными структурами, в них постоянно происходят землетрясения не очень большой силы.
Когда были созданы подводные аппараты, способные самостоятельно передвигаться на глубине 3-4 километра и более (по существу, специальные научно-исследовательские мини-подлодки), ученым удалось погрузиться в рифтовые ущелья срединно-океанических хребтов и в ущелья поперечных им трансформных трещин-разломов.
Перед глазами исследователей предстала удивительная картина. Дно узких рифтов с почти вертикальными стенками покрывают нагромождения подушек свежих базальтовых лав, будто вчера излившихся. Со дна рифтов на несколько десятков метров поднимаются конусообразные постройки, вершины которых напоминают печные трубы, а из них выходит черный "дым" - взвесь каких-то веществ, разогретых до 300-350 градусов Цельсия. Эти постройки назвали черными курильщиками.
Состав взвеси оказался рудным раствором. А нем в большом количестве содержатся железо, свинец, медь, цинк, мышьяк и сера. Сульфиды - соединения серы с металлами, формирующие постройки, - придают раствору черный цвет. Рудная взвесь, вырвавшаяся из труб, разносится течением на сотни километров, образуя после выпадения на дно металлоносные осадки. Так геологи впервые смогли увидеть природную "фабрику" колчеданных руд. Рудные постройки возвышаются над дном рифтовой долины максимум на несколько десятков метров, а их основное тело погребено под осадками и лавами и может достигать 0,5 километра. Черный курильщик представляет собой очень крупное рудное месторождение.
Откуда же берется рудная взвесь? Все дело в морской воде, которая по трещинам в срединно-океаническом хребте просачивается в глубокие горизонты базальтовой коры. Там она нагревается за счет тепла магматических очагов и поднимается вверх, попутно извлекая из базальтов ряд элементов и взамен отдавая свои.
Вокруг курильщиков и на них самих было открыто ранее неизвестное сообщество организмов. Отдельные выступы рудных конусов покрыты желтыми, белыми и зеленоватыми пленками бактерий. Они образуют бактериальные маты, по виду напоминающие наросты на березе. Эти бактерии существуют благодаря процессам хемосинтеза (при хемосинтезе органические вещества образуются за счет энергии, выделяемой при окислении неорганических соединений). Кроме того, здесь имеются целые колонии странных животных - вестиментифер, близких к кольчатым червям. Их белые, фиолетовые, зеленые, красные тела длиной до 1,5 метров колышутся под действием течений.
Аналогичное сообщество организмов, но уже в окаменелом, ископаемом состоянии ученые находили и раньше в некоторых медно-колчеданных месторождениях, например, на Урале (в районе города Сибай), на островах Кипр и Ньюфаундленд. Однако тогда их происхождение не удалось объяснить. И только теперь стало ясно, что эти медно-колчеданные руды образовались в результате активности черных курильщиков в рифтовых зонах древних океанов.
Кроме срединно-океанических хребтов обширные области океанической коры заняты глубоководными котловинами. Их сравнительно ровное дно покрыто тонким слоем красных глин и огромным количеством желваков железомарганцевых конкреций (от лат. concretio - "срастание", "сгущение") размером 3-10 сантиметров, имеющих концентрическое строение и не перекрытых осадками. Поскольку такие конкреции растут очень медленно (1-2 миллиметра за миллион лет), можно сделать вывод, что осадки в глубоководные котловины почти не поступают.
Над океанским дном местами поднимаются одиночные горы с плоскими вершинами. Это гайоты - древние вулканы. Их конусы некогда возвышались над водой, но впоследствии были срезаны волнами или опустились ниже поверхности воды из-за погружения океанической коры по сторонам от срединных хребтов. Таких гор и целых горных хребтов, состоящих из слившихся вулканов, особенно много в западной части Тихого океана. В центральной его части располагаются знаменитые Гавайские острова, представляющие собой крупные действующие базальтовые вулканы - Килауэа, Мауна-Лоа, Халемаумау и другие. К северо-западу от островов под водой прослеживается Гавайский хребет, образованный потухшими вулканами, которые тем старше, чем больше удалены от действующих вулканов Гавайских островов. Севернее этот хребет сменяется Императорским хребтом с еще более древними подводными вулканами - возрастом до 70 миллионов
лет.
Поскольку рифтовые зоны срединно-океанических хребтов - то место, где рождается океаническая кора, в привершинной части хребтов осадочных отложений нет. Они появляются по обе стороны от хребтов, и возраст их увеличивается по мере удаления.
В Атлантическом океане самые древние осадки расположены в окраинных частях, где их мощность достигает 15-18 километров. Никаких вулканов или землетрясений здесь не наблюдается, поэтому окраины атлантического типа получили название пассивных.
Характер рельефа на большей части окраин Тихого океана совсем другой. У краев континентов, омываемых океаном, находятся узкие, но очень протяженные желоба, их глубина в среднем 7-9 километров. За глубоководными желобами располагаются либо континенты, например Южная Америка, либо островные дуги такие, как Алеутская, Курильская, Японская, а уже за ними следуют окраинные моря: Берингово, Охотское, Японское. Именно эти районы известны своими мощными и частыми землетрясениями, активными вулканами, сильно расчлененным рельефом. Вот почему окраины тихоокеанского типа называются активными.
Чем же объясняется столь явная разница в рельефе и характере земной коры в разных частях Мирового океана? Оказывается, активные континентальные окраины - зоны, в которых океаническая кора, как более тяжелая и холодная, погружается под легкую континентальную кору. В тех местах, где океаническая кора резко изгибается и опускается до глубины 600-700 километров и более, возникают глубоководные океанические желоба, действуют вулканы, происходят землетрясения.
Спасибо за внимание! В следующем выпуске - продолжение. Т.е. буду рассказывать о континентальной коре. Прошу прощения за долгое отсутствие...
