Походження океанів

Питання про походження океанів і материків устав перед людством ще в епоху античної цивілізації. Найбільш природним здавалося подання, що сучасні океани є реліктами первинного океану, що покривав вся поверхня Землі. Це подання втримувалося до останньої чверті XIX в. і навіть пізніше, аж до наших днів воно зберегло своїх прихильників. Але при цьому мінялися погляди на походження води Світового океану й на причини утворення материків. З появою першої наукової космогонії Канта – Лапласа утворення Світового океану стали зв'язувати з конденсацією пар води, що спочатку огортала нашу планету. Лише в середині XX в. це подання змінилося іншим – вода Світового океану накопичувалася поступово за рахунок дегазації мантії Землі в процесі вулканічної діяльності (Г. Юри, А. П. Виноградов). Що стосується осушення континентів, то протягом довгого часу думали, що воно відбулося в результаті відходу води в підземні порожнечі. Лише М. В. Ломоносов і Дж. Хаттон прийшли до висновку про активні підняття суши, викликаних «підземним жаром» (М. В. Ломоносов) і, точніше, підйомом розплавленої магми (Дж. Хаттон і його послідовники – «плутонисты»). Пізніше, уже в середині XX в., були розроблені подання про утворення континентальної кори з океанської й про послідовне розростання материків за рахунок океанів. Так чи інакше, у рамках всіх цих подань океани вважалися первинними, тобто більше древніми, а материки – вторинними й, виходить, більше молодими.

Серйозний удар по цих поданнях був уперше нанесений наприкінці XIX – початку XX в. австрійським геологом Э. Зюс-Сом. Працюючи над своїм знаменитим твором «Лик Землі» – першим оглядом геологічної будови всієї нашої планети, Э. Зюсс звернув увагу на разючу подібність геологічної будови й, зокрема, послідовності верхнепалеозойских – нижнемезозойских відкладень і фауни, що втримується в них, і флори Африки, Мадагаскару й Индостана, нині розділених Індійським океаном; надалі до таких ділянок суши минулого віднесені Південна Америка й Австралія, а потім і Антарктида. Э. Зюсс дійшов висновку, що всі вони становили аж до середини мезозою єдиний, як тепер говорять, суперконтинент, названий їм Гондваной (від древнього князівства гондов у Центральному Индостане). Це означало, що океани, що розділили Гондвану на окремі материки, утворилися лише порівняно недавно. Э. Зюсс уважав, що це відбулося внаслідок обвалення й занурення їхньої кори, що складала. При цьому він не знав, що кора океанів різко відрізняється від кори материків.

Трохи пізніше, у другому десятилітті XX в., на послід-

її, дуже важливу обставину звернув увагу німецький геофізик А. Вегенер; до нього до аналогічного висновку прийшов росіянин учений-революціонер І. Д. Лукашевич. Вони ґрунтувалися на тім, що за законом изостазии ложі океану повинне бути складене більше щільними, важкими породами – базальтами, у той час як материки підстилаються в основному гранітами. Одночасно із цим американський петрограф Дж. Маршалл намітив по периферії Тихого океану «андезитову лінію», за якої андезити й більше кислі породи переміняються базальтами, що складають острова в центральній частині Тихого океану..Але якщо кора океанів принципово відмінна від кори материків, те яким образом відбулося перетворення континенталь- ний кори в океанську при її зануренні й чим викликане саме це занурення?

Для пояснення перетворення континентальної кори в оці­
анскую А. Д. Архангельський, а потім В. В. Белоусов висунули
ідею про «океанизации» або «базификации» континентальну
кору. На думку В. В. Белоусова, підйом з астеносфери ог­
ромных мас базальтового розплаву викликає його впровадження
в континентальну кору, її розпад на окремі брили й,
в остаточному підсумку, їх «розчинення» у базальті. Початкову ста­
дию подібного процесу можна вбачати в утворенні «пе­
реходной» кори, що підстилає континентальні схили й під­
ножия в смузі не більше 100—120 км. Але застосуванню цієї гі-
лотезы для пояснення утворення всіх океанів суперечить
петрографічний і хімічний склад магматичних (і позначка­
морфических) порід ложа океану, нині добре вивчений —
він не несе слідів асиміляції сиалических порід континен­
тальной кори. '

Принципово інша гіпотеза була запропонована раніше А. Вегенером. Відштовхуючись від зюссовского подання про Гондване, він припустив, однак, що Гондвана займала лише площу, рівну сумарної площі материків, раніше її що становили, разом з їхніми підводними окраїнами. На цю думку його навело подібність обрисів материків нині розділених Атлантичним океаном (Південна Америка й Африка). Розпад Гондваны, вірніше Пангеи, що включала й північні материки, супроводжувався раздвигом цих материків, що обнажили, по А. Вегенеру, базальтовий шар кори, що склав їхній ложі. Причиною розпаду Гондваны були, на його думку, сили обертання Землі (див. главу 10). Тим часом німецький дослідник О. Хильгенберг в 1933 р. висловив припущення -про те, що спочатку, аж до мезозою, Земля мала менші розміри й вся була покрита континентальною корою, а потім випробувала розширення, наслідком чого й були раздвиг материків і утворення океанів. Ні гіпотеза переміщення материків Вегенера, ні гіпотеза Земли, що розширюється, Хиль-Генберга, незважаючи на первісний успіх, не завоювали загального визнання, і в 40- 50-е роки нашого століття серед євро-пейских геологів переважали ідеї Зюсса – Архангельського – Белоусова, а серед американських – сталості океанів*.

Положення змінилося наприкінці 50-х років, з відкриття палеомагнетизму й серединних хребтів і осложняющих їх рифтов в океанах. Дані палеомагнетизму підтвердили ідею А. Везі-Нера про Пангее і її розпад, а рифтовые зони серединних хребтів стало логічним розглядати як осі раздвига, від яких ішло розростання або спрединг, як його стали називати, ложа океанів. Гіпотеза спрединга була запропонована в 1961 – 1962 р. американськими вченими – геологом Г. Г. Хессом і геофізиком Р. С. Дитцем, але передбачена в 1928 р. англійським геологом А. Холмсом. Незабаром, уже в 1963 р., вона одержала своє перше серйозне підтвердження. Англійці Ф. Вайн і Дж. Мэ-Тьюз на її основі, а також відкритого в 50-е ж роки явища періодичної інверсії магнітного поля протягом останніх 4 млн. років запропонували оригінальне пояснення походження осей симетричних лінійних магнітних аномалій океанів.

Основна ідея гіпотези Вайна – Мэтьюза полягає в наступному (мал. 41). У процесі раздвига в рифтовой зоні серединного хребта утвориться зяяння, заповнюване базальтовим розплавом, що піднялися з астеносфери. Цей розплав потім застигає в магнітному полі відповідної епохи. Раздвиг триває, і дана пластина базальту виявляється розірваної надвоє. Виникле зяяння знову заповнюється базальтом,

який, якщо за цей час відбулася інверсія магнітного поля, намагнічується тепер у зворотному напрямку. Потім і ця пластина базальту випробовує розривши й раздвиг і процес багаторазово повторюється, створюючи целую серію лінійних магнітних аномалій по обох сторони осі серединного хребта. Вони лягають як мітки на конвеєр океанської кори, що віддаляється від цієї осі.

Знаючи вік перших аномалій і відстань від цих аномалій до осі хребта (Среднеатлантического), можна було визначити середню швидкість раздвига Атлантики, оказавшуюся порядку 1 див/рік. Екстраполюючи ж цю швидкість на всі 32 аномалії, спочатку встановлені в Атлантиці, і далі на простір щодо спокійного магнітного поля, що відокремлює крайню з аномалій від підводного підніжжя континенту, виявилося можливим, по-перше, приблизно датувати кожну з аномалій і тим самим смугу океанської кори, у межах якої вона відзначена й, по-друге, визначити час початку раздвига (спрединга), що створив центральна частина Атлантичного океану. Вік аномалії 32 був установлений як раннесенонский, а час початку спрединга в цій частині Атлантики як раннеюрское; останнє збіглося із пророкуванням А. Вегенера, заснованим на визначенні часу появи істотних розходжень у наземних фаунах і флорах по обох сторони Атлантики. Надалі область спокійного магнітного поля скоротилася за рахунок виявлення спочатку в Тихому, потім в інших океанах серії аномалій, віднесених до неокому й пізньої юри, до келловея включно. Вікова шкала магнітних аномалій, або магнитостра-тиграфическая шкала, недавно пройшла перевірку на континентальній земній корі на добре фаунистически охарактеризованих відкладеннях Північних Апеннін в Італії. Збіжність виявилася майже стовідсоткової для кайнозою, а в мезозойську шкалу довелося внести лише невеликі виправлення.

Гіпотеза Вайна – Мэтьюза, а з нею й гіпотеза спрединга в цілому одержали потім переконливе підтвердження в процесі глибоководного буравлення, що показало,що вік другого шару океанської кори зростає в обидва боки з видаленням від осі серединних хребтів, а в кожній окремій крапці, загалом,, відповідає передвіщеному по магнитостратиграфической шкалі. У сполученні з даними геофізичних досліджень буравлення дозволило встановити, що цілий ряд властивостей океанської кори закономірно змінюється в напрямку від осі серединних хребтів до континентів: 1) тепловий потік знижується, 2) глибина дна зростає, поверхня іноді знижується, 3) потужність осадового чохла також зростає за рахунок появи усе більше древніх шарів, 4) відповідно збільшується вік покрівлі (і всього) другого шару, 5) збільшуються швидкості сейсмічних хвиль у другому шарі, що вказує на збільшення його щільності внаслідок заповнення пор і тріщин минераль-

ным речовиною, 6) знижується інтенсивність магнітних аномалій внаслідок окислювання феромагнітних мінералів, 7) вік вулканічних островів підвищується, а висота й число підводних вулканів убувають, 8) зростають потужність літосфери за рахунок верхів астеносфери й глибина вогнищ землетрусів. Крім того, знизу нагору по розрізі шпар глибоководного буравлення спостерігається не менш закономірна зміна опадів менших глибин (але пелагических) більше глибоководними опадами, а в підставі осадового шару нерідко відзначаються металоносні утворення. Все це підтверджує, що початок відкладення опадів мало місце в умовах рифтовой долини серединного хребта з її гідротермами, а потім у міру видалення від осі хребта йшло занурення дна, пояснюва_ логічно остиганням, ущільненням і збільшенням потужності літосфери. Дж. Слейтер і О. Г. Сорохтин показали, що глибина дна зростає пропорційно кореню квадратному з віку кори або відстані від осі серединного хребта, приблизно до віку порядку 80 млн. років, після чого поглиблення вповільнюється (мал. 42). Ця закономірність пояснює той факт, що найбільш глибокими є найбільш древні улоговини, а в трансформных розламів піднятими є крила, складені більше молодою корою. Вік найбільш древніх опадів Світового океану також збігся з передвіщеним по магнітних аномаліях, за палеомагнітним даними, а раніше А. Вегенером по даним палеобиогеографии часом початку розкриття океанів.

Спостереження з підводних човнів підтвердили раздвиговую природу рифтовых зон, а перевірка на ЕОМ – збіжність обрисів материків по обох сторони Атлантичного океану, а також Південної Австралії й протилежної частини Антарктиди (мал. 43). Вся сукупність цих різноманітних даних настільки переконливо свідчить на користь гіпотези спре-динга, що вона стала практично загальноприйнятої. Більше того, пройшовши експериментальну перевірку буравленням і спостереженнями з підводних човнів і успішно пророчивши вік базальтового ложа океанів по магнітних аномаліях і по глибині, вона може бути віднесена вже до розряду теорій, а не гіпотез. На основі теорії спрединга в цей час приступлено до рекон-струкциям ширини й глибини древніх (починаючи з юры) океанів. Реконструкції полягають у графічному сполученні: лінійних аномалій відповідного віку по різні сторони серединного хребта, виходячи з допущення, що ці аномалії ніколи були єдиними й відповідали осі хребта, а потім; у визначенні глибини океану за допомогою формули Слейтера – Сорохтина. Характер опадів може бути визначений по глибині

с перевіркою за даними буравлення. У такий спосіб народилася нова наука – п а л еоо ке а але л о г и я. З тих же позицій раздви-говой теорії утворення океанів добре пояснюються особливості будови пасивних окраїн континентів. Нижній осадовий комплекс цих окраїн, що заповнює грабены й полуграбены фундаменту, відповідає стадії раздвига, що протекали ще в континентальних умовах, з наступним проникненням морських вод. Цьому раздвигу й зобов'язані «клавішна» структура поверхні фундаменту, утонение континентальної кори, а надалі й початок її розриву із проникненням морських вод і нерідко соленакоплением і виливами базальтів. Це так звана стадія рифтинга (мал. 44, А). Потім наступає повний розрив континентальної кори й підйом базальту з утворенням океанської кори спочатку у вузькій смузі, як у сучасних Червоному морі й Каліфорнійській затоці. Це вже початок стадії спрединга (мал. 44, Г), у яку на континентальних окраїнах, що приобретли одноманітний нахил убік океану, накопичується плащ морських опадів. При цьому окраїна, судячи зі зміни складу опадів, випробовує занурення, що випереджає їхнє нагромадження. Це занурення зв'язане, як і в океані, з остиганням літосфери, тому що в стадію рифтинга тепловий потік повинен був бути високим, а також із всі зростаючим навантаженням опадів.

Для останніх 155 млн. років ми не мали досить вихідних даних для кількісних палеоокеанологических побудов. Загальні міркування й непрямі дані показують, що океани повинні були існувати принаймні із середини докембрия, тому що весь обсяг води Світового океану не міг утворитися протягом пізнього мезозою й кайнозою; він, імовірно, з кінця докембрия ненабагато став більше. Офиолитовая асоціація порід складчастих систем ко'нтинентов фанерозой-ского й позднедокембрийского віку, досить подібна з породами океанської кори, указує на місце розташування древніх, доюрских океанів (точніше басейнів з корою океанського типу). Походження окраїнних морів в основному подібно з походженням океанів, оскільки вони мають кору океанського типу й виявляють симетричні магнітні аномалії, але вік їх, як правило, моложе, в основному позднемело-виття – кайнозойский. У випадку відсутності лінійних магнітних аномалій і наявності блоків з континентальною корою, як у Японському морі, можна припускати, що спрединг носив не строго локалізований, а розосереджений (дифузійний) характер. Крім того, деякі із цих морів можуть мати інше походження – відгороджені більше молодими дугами ділянки океану (наприклад, Берингове море), що також установлюється по магнітних аномаліях. Внутрішні моря средиземноморского типу мають рифтогенное походження, аналогічне походженню окраїнних морів першого типу, але існують моря, у яких не відбулося повного розриву континентальної кори, а виникла кора «перехідного» типу.

Отже, із трьох основних точок зору на походження океанів: 1) сучасні океани – древні, релікти первинного океану, 2) сучасні океани-продукт недавнього обвалення й базификации континентальної кори, 3) сучасні океани – результат раздвига континентальної кори, починаючи з юрського періоду. Найбільш правдоподібної виявилася остання гіпотеза, доведена до рангу теорії.