Геология океана: загадки, гипотезы, открытия - Конюхов Александр Иванович

Становится очевидным, что, несмотря на хрупкость и неустойчивость во времени океанической коры, ее фрагменты удается обнаружить в пределах древних континентальных окраин, ныне впаянных в материковые мегаблоки. Следами существования океана являются реликты его древнего ложа, а также парагенезы пород, выделяемые в качестве геологических формаций. Среди них лучше сохраняются осадочные формации древних окраин континентов. Изучая их, можно узнать об этапах развития океанов, давно исчезнувших с лица Земли.

Вдоль многих побережий видны выровненные площадки, которые, как показывают палеогеографические исследования, сложены морскими рыхлыми осадками с возрастом от нескольких тысяч до нескольких сот тысяч лет. Это так называемые морские террасы — неразмытые участки древней литорали и сублиторали. Они остались от эпох более высокого в сравнении с современным уровня стояния океанских вод. Наиболее широко распространены площадки, сформировавшиеся во время последней, фландрской трансгрессии моря, начавшейся 6—7 тыс. лет и завершившейся около 3 тыс. лет назад. Уровень океана в это время был на 3—6 м выше нынешнего.

Соответственно при исследованиях дна в прибрежной части шельфа нередко обнаруживаются подводные террасы или уступы, сложенные выходами коренных пород. И те и другие обозначают положение древней береговой линии в эпохи понижений уровня океана. При бурении в мелководной части Атлантического шельфа США на глубинах 50—60 м под слоем голоценовых осадков были выявлены пласты торфа и бурых углей, а в диапазоне глубин 60—100 м в районе мыса Хаттерас зафиксированы остатки древних бичроков и пляжей, которые возникли в этой части шельфа в различные эпохи плейстоцена.

Чем же были вызваны в плейстоцене столь значительные колебания уровня океана? Ответ на этот вопрос знают, пожалуй, сейчас даже школьники старших классов. Резкое падение уровня океана было связано с широким развитием материкового оледенения, когда огромные массы воды оказались изъятыми из океана и сконцентрировались в виде льда в высоких широтах планеты. Отсюда ледники медленно расползались в направлении средних широт в северном полушарии по суше, в южном — по морю в форме ледовых полей, перекрывавших шельф Антарктиды.

Известно, что в плейстоцене, продолжительность которого исчисляется в 1 млн лет, выделяются три фазы оледенения, называемые в Европе миндельской, рисской и вюрмской. Каждая из них длилась от 40—50 тыс. до 100—200 тыс. лет. Они были разделены межледниковыми эпохами, когда климат на Земле заметно теплел, приближаясь к современному. В отдельные эпизоды он становился даже на 2—3° теплее, что приводило к быстрому таянию льдов и освобождению от них огромных пространств на суше и в океане. Подобные резкие изменения климата сопровождались не менее резкими колебаниями уровня океана. В эпохи максимального оледенения он понижался, как уже говорилось, на 90—110 м, а в межледниковья повышался до отметки +10...+20 м к нынешнему.

Осознание чисто геологических последствий этого стало возможным лишь тогда, когда началось активное изучение дна океанов и континентальных окраин. Выяснилось, например, что выдвижение берега к кромке шельфа при снижении уровня круто меняло характер осадконакопления не только на самом шельфе, но и в прилегающих глубоководных районах, прежде всего за счет оживления гравитационных процессов на континентальном и островных склонах. Действительно, дельты и эстуарии рек оказывались в непосредственной близости от края шельфа. Нефелоидные потоки эродировали дно в направлении склона и в его верхней половине, создавая систему подводных русел и ложбин. Значительная часть терригенного материала, который в настоящее время аккумулируется в речных дельтах или разносится течениями и волнами вдоль берегов, при низком уровне океана сгружалась непосредственно на континентальный склон или накапливалась близ кромки шельфа. Огромные скорости седиментации в этой части окраин порождали гравитационную нестабильность: оползание огромных масс неуплотненных осадков, течение полужидких илов, но главное — сход мощных подводных лавин, переносивших на континентальное подножие избыточные массы материала. Эти лавины, двигавшиеся по естественным углублениям дна, эродировали его, прорывая подводные каньоны. В высоких широтах по некоторым из них спускались подводные языки ледников, которые выпахивали широкие троги. Вершины каньонов быстро приближались к устьям рек или проток, связывавших береговые лагуны и приливно-отливные равнины с морем. Осадочный материал теперь уже вообще не задерживался на шельфе и сбрасывался по каньонам вниз, где быстро разрастались подводные конусы выноса.

Как показали исследования донных осадков на континентальных окраинах и в абиссальных котловинах, с длительными понижениями уровня океана было связано оживление придонной и поверхностной циркуляции, а значит, и таких процессов, как подъем глубинных вод и эрозия дна на обширных участках. Плейстоцен оказался временем обширных перерывов в осадконакоплении, причем эрозия на одних участках дна сочеталась с аккумуляцией осадочного материала на других. Помимо глубоководных конусов, формировались другие насыпные образования, например валы, сложенные контуритами.

Значительные перемещения границ климатических зон в плейстоцене нашли отражение в широкой фациальной изменчивости осадков. Действительно, в разрезах континентальных окраин терригенные отложения часто сменяются карбонатными и кремнистыми, а во внутренних морях — сапропелями и даже солями. В открытых областях океана менялись скорости роста железомарганцевых конкреций.

Плейстоцен — не единственный период, на протяжении которого происходили значительные колебания уровня океана. По существу, ими отмечены почти все геологические эпохи в истории Земли. Уровень океана был одним из самых нестабильных геологических факторов. Причем об этом было известно довольно давно. Ведь представления о трансгрессиях и регрессиях моря разработаны еще в XIX в. Да и как могло быть иначе, если во многих разрезах осадочных пород на платформах и в горно-складчатых областях явно континентальные осадки сменяются морскими и наоборот. О трансгрессии моря судили по появлению остатков морских организмов в породах, а о регрессии — по их исчезновению или появлению углей, солей или красноцветов. Изучая состав фаунистических и флористических комплексов, определяли (и определяют до сих пор), откуда приходило море. Обилие теплолюбивых форм указывало на вторжение вод из низких широт, преобладание бореальных организмов говорило о трансгрессии из высоких широт.

В истории каждого конкретного региона выделялся свой ряд трансгрессий и регрессий моря, так как считалось, что они обусловлены местными тектоническими событиями: вторжение морских вод связывали с опусканиями земной коры, их уход — с ее воздыманием. В применении к платформенным областям континентов на этом основании была даже создана теория колебательных движений: кратоны то опускались, то воздымались в соответствии с каким-то таинственным внутренним механизмом. Причем каждый кратон подчинялся собственному ритму колебательных движений.

Постепенно выяснилось, что трансгрессии и регрессии во многих случаях проявлялись практически одновременно в разных геологических регионах Земли. Однако неточности в палеонтологических датировках тех или иных групп слоев не позволяли ученым прийти к выводу о глобальном характере большинства этих явлений. Это неожиданное для многих геологов заключение было сделано американскими геофизиками П. Вейлом, Р. Митчемом и С. Томпсоном [1982], изучавшими сейсмические разрезы осадочного чехла в пределах континентальных окраин. Сопоставление разрезов из разных регионов, зачастую весьма удаленных один от другого, помогло выявить приуроченность многих несогласий, перерывов, аккумулятивных или эрозионных форм к нескольким временным диапазонам в мезозое и кайнозое. По мысли этих исследователей, они отражали глобальный характер колебаний уровня океана. Кривая таких изменений, построенная П. Вейлом и др., позволяет не только выделить эпохи высокого или низкого его стояния, но и оценить, конечно в первом приближении, их масштабы (рис. 17). Собственно говоря, в этой кривой обобщен опыт работы геологов многих поколений. Действительно, о позднеюрской и позднемеловой трансгрессиях моря или о его отступании на рубеже юры и мела, в олигоцене, позднем миоцене можно узнать из любого учебника по исторической геологии. Новым явилось, пожалуй, то, что теперь эти явления связывались с изменениями уровня океанских вод.