Возраст и происхождение океанов

В настоящее время благодаря глубоководному бурению и картированию линейных магнитных аномалий возраст современных океанских бассейнов может считаться уже довольно надежно установленным. В Атлантическом и Тихом океанах наиболее древняя кора имеет бат-келловейский (165 млн лет) доказанный возраст, возможно несколько древнее, в Индийском океане — оксфордский (158 млн лет), в Арктическом океане — среднемеловой (около 100 млн лет). Для всех океанов, кроме Тихого, этот возраст означает время начала взламывания коры суперконтинента Пангея и начала спрединга.

Как известно, к выводу о существовании в позднем палеозое и раннем мезозое такого суперконтинента пришел еще А. Вегенер, обосновав его рядом геологических доказательств. Одним из них являлось соответствие очертаний материков по обе стороны Атлантического океана, другим — сходство наземных фаун и флор этого времени на материках, ныне разделенных Атлантическим и Индийским океанами (для южной части Пангеи, для Гондваны оно было установлено еще Э. Зюссом), третьим — одновременный охват гондванских материков позднепалеозойским покровным оледенением, невозможный при их стационарном положении, так как в этом случае значительная часть площади, покрытой льдами, оказалась бы в тропиках. Все эти аргументы Вегенера получили подтверждение в последующих исследованиях. В середине 60-х годов английский геофизик Э. Булард с сотрудниками проверил на ЭВМ совмещение материков, ныне разделенных Атлантикой, и получил вполне удовлетворительные результаты (рис. 10.9); аналогичные данные были получены затем для совмещения Индии и Австралии с Антарктидой. Позднепалеозойские — раннемезозойские наземные фауны и флоры Антарктиды, еще не известные Вегенеру в период создания его гипотезы, хорошо вписались в реконструкцию Пангеи; то же касается следов позднепалеозойского оледенения на этом материке.

Рис. 10.9. Совмещение континентальных единиц, разобщенных при раскрытии Атлантического океана в позднем мезозое — кайнозое По Э. Буларду и др. (1965)

Но решающее подтверждение справедливости постоений Вегенера принесли, конечно, данные палеомагнетизма, начавшие накапливаться с 50-х годов. Они убедили подавляющее большинство геологов в молодости современных океанов. Впрочем, в отношении Тихого океана этот тезис может быть принят лишь с серьезными оговорками. Неоспоримо, конечно, что современная кора Тихого океана, не древнее юры, но данные геологического изучения обрамления этого океана приводят к выводу, что он должен быть намного более древним. К этим данным относится прежде всего распространение офиолитов, т.е. древней коры океанского типа, почти по всей периферии океана, причем возраст этих офиолитов возрастает в направлении от океана в глубь континентов, а наиболее древние офиолиты принадлежат рифею (Юго-Восточный Китай), кембрию (о. Тасмания, Австралия, Новая Зеландия) и ордовику (Корякия, Калифорния, Южные Анды). Можно думать таким образом, что это и есть исчезнувшая доюрская кора Тихого океана или по крайней мере его окраинных морей.

Далее, палеогеографические реконструкции тихоокеанского обрамления показывают, что трансгрессии на континентальные окраины неизменно приходили со стороны современной акватории Тихого океана. Наиболее древняя пассивная окраина пра-Тихого океана, относящаяся к среднему-позднему рифею, сохранилась в Северо-Американских Кордильерах, позднерифейская — раннекембрийская — в Австралии (складчатая система Аделаида), а элементы (более гипотетические) еще более древних — раннепротерозойских — активных окраин с краевыми вулканоплутоническими поясами обнаруживаются на крайнем северо-западе Канадского щита, в районе Большого Медвежьего озера, и на северо-востоке Австралии, в Квинсленде. Данные палеомагнетизма показывают, что океанское пространство должно было существовать на месте современного Тихого океана по крайней мере с начала палеозоя. И наконец, невозможность образования всей водной массы Мирового океана за счет ее поступления из мантии в течение юрско-четвертичного времени уже сама по себе заставляет допустить существование древних, доюрских, океанов, особенно Тихого в позднем палеозое — раннем мезозое, когда почти вся площадь материков представляла сушу.

Итак, в отношении Тихого океана приходится прийти к заключению, что его современная молодая кора является лишь обновленной и что начало формирования этого океана относится, вероятно, к протерозою, если не к более раннему времени (см. гл. 17), хотя с того времени его конфигурация и площадь могли претерпевать значительные изменения.

Но существовали ли в доюрское время и другие палеоокеаны? Этот вопрос решается неоднозначно в русской литературе: есть ученые (П.П. Тимофеев, И.В. Хворова и др.), отвечающие на него отрицательно, хотя вся совкупность геологических и геофизических данных говорит об обратном.

К числу геологических свидетельств относится, как и в случае Тихого океана, распространение офиолитов. Среди протерозойских образований они еще сравнительно редки, но начиная с кембрия становятся достаточно широко распространенными. Эти офиолиты далеко не обязательно представляют кору открытого океана, они могут принадлежать коре окраинных морей, но последние сами должны были быть частью океана. То же относится и к глубоководным осадкам — турбидитам, кремням (радиоляриты и др.). пелагическим известнякам, широко развитым в палеозое и известным в протерозое. Распрямление складок и восстановление донадвиговой структуры складчатых поясов, в которых участвуют офиолиты и глубоководные отложения, приводят к выводу, что их первичная ширина была намного больше современной и сравнимой с шириной молодых океанов. Но решающее слово в вопросе о ширине древних глубоководных бассейнов с корой океанского типа принадлежит палеомагнетизму, а палеомагнитные данные однозначно свидетельствуют о существовании палеоокеанов шириной в тысячи километров, подобно современным океанам. Конечно, это не были сплошные пространства с большими глубинами и океанского типа корой; среди них, как и в современных и молодых океанах, могли существовать микроконтиненты, островные дуги и окраинные моря. Более того, кора последних имела больше шансов сохраниться и войти в состав коры современных континентов в процессе субдукции и особенно обдукции, чем кора открытого океана и особенно срединно-океанских хребтов, которая могла полностью или почти полностью субдуцироваться под континенты или островные дуги.

Серьезным дополнительным аргументом в пользу существования доюрских океанов является широкое распространение не только палеозойских, но и докембрийских комплексов отложений, характерных для современных континентальных окраин (А.И. Конюхов). Кроме турбидитов, которые образуются на глубинах не менее 1200—1800 м, особенно показательно присутствие осадков приливно-отливного происхождения, так называемых тайдалитов, так как приливы наблюдаются лишь в крупных открытых бассейнах и не свойственны окраинным и внутренним морям. Приливно-отливное происхождение могут иметь строматолиты, получившие массовое распространение уже в протерозое. Показательно также развитие осадков, характерных для зон апвеллинга, т.е. подъема вдоль континентальных окраин глубинных вод, обогащенных соединениями фосфора, органическим углеродом, биогенным кремнеземом, некоторыми редкими и рассеянными элементами (U, V, Cu).

Противники существования палеоокеанов приводят два главных аргумента: 1) в разрезе древних подвижных поясов не наблюдается столь маломощных осадков, какие характеризуют абиссальные равнины молодых океанов, 2) состав осадков этих поясов отличается от состава осадков молодых океанов, в особенности в отношении кремнистых толщ, якобы не имеющих аналогов в чехле молодых океанов. По поводу первого аргумента надо заметить, что он не вполне соответствует действительности, — можно привести примеры маломощных, конденсированных разрезов начиная с нижнепалеозойских граптолитовых сланцев Южных нагорий Шотландии и продолжая кремнистыми, радиоляриевыми сериями верхнего пазеозоя — нижнего мезозоя нашего Дальнего Востока (Корякия, Сихотэ-Алинь). Но нет ничего удивительного и в существовании достаточно мощных толщ, ибо осадки океанского чехла в процессе развития палеокеана надстраиваются отложениями островных дуг, сопровождавших их прогибов и окраинных морей.

Второй аргумент также несостоятелен, ибо и в молодых океанах и окраинных морях накапливались кремнистые осадки, в общем сходные с палеозойскими, а некоторые отличия объясняются разной степенью диагенетических изменений и состава породообразующих организмов.

Палеогеографические и палеотектонические реконструкции показывают, что в палеозое и позднем протерозое существовал кроме пра-Тихого океана ряд других океанских бассейнов. Одним из них был океан Япетус (термин английского геолога У.Б. Харланда), существовавший до девона и занимавший положение, близкое к положению современной Северной Атлантики. Это дало основание Дж.Т. Вилсону говорить о повторном раскрытии Атлантики в юре. Другой, значительно более крупный, океан — Палеоазиатский (Урало-Охотский) — отделил Восточно-Европейский материк от Сибирского, а последний — от Китайско-Корейского; он существовал до позднего палеозоя, а на крайнем востоке и до раннего мезозоя включительно. Третий океан простирался в широтном направлении между северными и южными материками; он давно получил название Тетиса; развитие этого океана продолжалось до кайнозоя, а частично продолжается и в современную эпоху (Средиземное море). Наконец, в Арктической области Земли намечается существование в палеозое и мезозое еще одного океана — Арктического.

Рис. 10.10. Последовательный распад позднепалеозойской Пангеи, по К. Скотизу и др., (1988), с изменениями:
1 - континентальная литосфера Пангеи, обозначено положение современной градусной сетки (с частотой 10°); 2 — океанская литосфера, новообразованная при распаде Пангеи; 3 — активные оси спрединга; 4 — зоны субдукции

Приведенные выше датировки возраста отдельных из современных океанов относятся к их наиболее древним сегментам. Между тем раскрытие океанов происходило не сразу на всем их протяжении, а по отдельным сегментам, разграниченным магистральными трансформными разломами, как бы с остановками на каждом из таких разломов и последующим их взламыванием и прорастанием рифта (рис. 10.10). Это особенно наглядно видно на примере Атлантического и частично Северного Ледовитого океанов. В конце средней юры и в течение поздней юры раскрылся лишь центральный сегмент Атлантики между Азоро-Гибралтарским разломом на севере и Экваториальной зоной разломов на юге. В течение раннего и среднего мела процесс распространился к северу от Азоро-Гибралтарского разлома на сегмент между Ньюфаундлендом и Иберийским полуостровом и достиг разлома Чарли—Гиббса. В начале сенона спрединг преодолел этот барьер и достиг следующего — Гренландско-Фарерского порога, проходящего через Исландию. На этом этапе возникла другая, побочная (первоначально главная), ось спрединга — Лабрадорская, полностью отделившая к концу эоцена Гренландию от Северной Америки. В конце палеоцена — начале эоцена спрединг распространился из Северной Атлантики в Норвежско-Гренландский бассейн Арктики и вскоре, преодолев Шпицбергенский разлом, в Евразийскую котловину Северного Ледовитого океана, создав хр. Гаккеля.

Сходным образом процесс продольного разрастания океана протекал в Южной Атлантике, также распространяясь с юга на север. Еще в поздней юре на крайнем юге произошло отделение Африки от Южной Америки и Антарктиды и к началу мела раскрытие остановилось на линии Фолклендско-Агульясского разлома. В неокоме оно продвинулось на север до разлома Риу-Гранди; севернее в узком бассейне типа Красного моря шла садка солей. В конце апта—альбе там раскрылся следующий, Анголо-Бразильский, сегмент, а на границе альба и сеномана был взломан последний барьер существовавших до этого в Экваториальной зоне разломов и произошло объединение Южной и Северной Атлантики в единый океан.

Таким же, в принципе, но несколько более сложным путем шло развитие Индийского и Тихого океанов. В Индийском океане спрединг сначала, в поздней юре, распространялся на юго-запад, отделяя Африку от Индии, Мадагаскара и Антарктиды, затем с севера на юг и юго-восток, отделив в конце юры — начале мела Индию от Австралии и в начале сенона — Австралию от Антарктиды. На севере в палеогене спрединг надолго остановился у разлома Оуэн и лишь в позднем миоцене, вспоров этот разлом, проник в Аденский залив и Красное море. Еще сложнее шло развитие Тихого океана, где происходила перестройка плана расположения осей спрединга, и современное их расположение стало складываться лишь в конце мела.

Выше мы изложили основные сведения о молодых и древних океанах. Теперь перейдем к вопросу о механизме океанообразования, а сначала немного истории.

Происхождение океанов интересовало ученых еще в античной древности и в средние века. Тогда господствовала точка зрения, что океан первоначально одевал всю Землю, а затем вода стала уходить в подземные пустоты и начала обнажаться суша. Поводом для таких воззрений явно служит тот факт, что даже на довольно высоких горах находят раковины морских животных, а также наблюдения над карстовыми процессами, широко распространенными в Средиземноморье. С появлением научной геологии, когда ведущая роль стала признаваться за поднятиями, идея об уходе воды в подземные пустоты была, естественно, оставлена и возобладало мнение о разрастании суши за счет океана в результате поднятий. С появлением учения о геосинклиналях и орогенезе оно трансформировалось в представление о разрастании континентальной коры и сокращении площади океанов, которые, однако, оставались на том месте, которое занимали раньше, но в уменьшенных размерах. Это представление дольше всего удерживалось в Северной Америке, палеогеографические реконструкции которой вплоть до 50-х годов нашего века показывали этот материк со всех сторон окруженным океанами.

Между тем первый удар по концепции постоянства океанов был нанесен уже Э. Зюссом на рубеже XIX и XX вв., когда он выдвинул идею о существовании суперконтинента Гондвана и ричности океанов, разделяющих ее обломки. Однако, Зюсс, а вслед за ним и другие европейские геологи, в том числе А.Д. Архангельский, видели причину распада Гондваны и образования молодых океанов в погружении промежуточных блоков континентальной коры. Такое мнение могло удерживаться лишь до середины 50-х годов, когда было окончательно доказано предположение Вегенера и Лукашевича о резком отличии океанской коры от континентальной, а данные палеомагнетизма показали, что Гондвана и Пангея в целом были образованы компактным расположением современных материков. Это побудило большинство геологов перейти на позиции мобилизма и в конце концов привело к теории спредингового происхождения океанов.

Между тем сторонники фиксизма в лице В.В. Белоусова у нас и голландского ученого Р.ван Беммелена за рубежом не сразу сложили оружие и выдвинули гипотезу о том, что превращение континентальной коры в океанокую происходит путем ее базификации, или океанизации, которая выражается в подъеме огромных масс разогретого базальта, перекрытии и насыщении им континентальной коры и погружении ее остатков в мантию вплоть до подошвы астеносферы. Надо признать, что эта гипотеза частично оправдывается на переходе от континентального рифтогенеза к океанскому, к спредингу, и полосы такой коры переходного типа или субокеанской подстилают, как уже отмечалось, зоны континентальных склонов и подножий шириной до 100—150 км и, возможно, несколько больше. Не исключено, что подобная кора подстилает и подстилала в геологическом прошлом относительно глубоководные бассейны окраинных и внутренних морей шириной до 300 км.

Однако распространять данный механизм на все ложе океана или хотя бы на все абиссальные равнины, как это делают до настоящего времени некоторые российские ученые (Г.Б. Удинцев, Ю.Е. Погребицкий и др.), нет сколько-нибудь серьезных оснований. Кора абиссальных равнин по своим сейсмическим характеристикам, по строению, мощности и составу, установленному бурением и драгированием, вполне тождественна коре срединных хребтов. Ее петро- и геохимические особенности никак не свидетельствуют о контаминации, т.е. растворении в ней континентальной коры. Ксенолиты в лавах вулканических островов представлены мантийными перидотитами; континентальные породы — гнейсы, граниты среди них не встречены. Линейные магнитные аномалии здесь наблюдаются, хотя на значительных площадях, образовавшихся в апт-туронский период спокойного магнитного поля, они отсутствуют. Кроме того, они выражены слабее, чем в срединных хребтах, вследствие окисления ферромагнитных минералов и перекрытия осадками. Признание спредингового происхождения лишь срединных хребтов, противоречит, наконец, данным палеомагнетизма, доказывающим, что континенты раздвигались на всю ширину океанского ложа и что это расширение началось еще в мезозое, а не в олигоцене.

Таким образом, лишь теория спрединга и вообще тектоники плит дает удовлетворительное объяснение происхождению океанов. Действительно, только спрединг может объяснить совпадение следующих данных:

1. систематическое увеличение возраста базальтов 2-го слоя и перекрывающих их осадков от осей срединных океанов в направлении континентов;
2. увеличение мощности и стратиграфического диапазона осадочного слоя от нулевых значений на оси спрединга в том же направлении;
3. увеличение глубины океана с увеличением возраста коры и переход от более мелководных, хотя и пелагических осадков к более глубоководным вверх по разрезу осадочного чехла;
4. присутствие в основании осадочного слоя металлоносных осадков, отложенных гидротермами на осях спрединга;
5. увеличение мощности и плотности литосферы от срединного хребта к континенту;
6. уменьшение интенсивности магнитных аномалий в том же направлении;
7. снижение величины теплового потока в том же направлении.

ГЛАВА 11
ОБЛАСТИ ПЕРЕХОДА КОНТИНЕНТ/ОКЕАН

Переходные между континентами и океанами области имеют особое значение в «тектонической жизни» земной коры и литосферы. Здесь накапливается основная масса осадков и вулканитов, здесь они подвергаются, сразу или через некоторое время, наиболее интенсивным деформациям, здесь континентальная кора замещается субокеанской или океанской, а океанская преобразуется в континентальную. С практической точки зрения важно то, что эти области — основные зоны нефтегазонакопления.

Переходные области обычно именуют континентальными окраинами, хотя они в такой же или даже большей мере являются окраинами океанов, занимая около 20% их площади. С позиций тектоники плит их подразделяют на два типа: пассивные (внутриплитные) и активные (субдукционные и трансформные). Трансформные пользуются наименьшим распространением.