Взгляд со стороны геологии и геофизики

  Изучение морской геологии началось совсем недавно, но эта «молодая» наука имеет дело с вещами весьма древними. Ге­ологи всегда интуитивно понимали, что океаническое дно и материки в геологическом смысле как-то связаны между со­бой. Но, имея очень мало надежных данных о ложе океана и находясь перед необходимостью получить объяснение очень многих континентальных структур и процессов, они сосредоточивали свои усилия на геологии суши. Большие ус­пехи были достигнуты в XIX в. благодаря Ч. Лайелю, ко­торый систематизировал геологию, превратив ее в совре­менную науку, и Ч. Дарвину, который объединил новые знания о «геологическом» времени со своей теорией процес­са естественного отбора как основы происхождения видов. Однако глобальные геологические обобщения никак не приходили. В океанографических экспедициях «Челленджера» геологи не участвовали, и хотя некоторое число образцов материала океанического дна было собрано, геология его оставалась в общем неизученной. Наука о Земле ожидала своего часа с нетерпением, подогреваемым новыми перспек­тивами в зоологии, открывшимися благодаря сбору коллек­ций дотоле неизвестных морских видов. Не интересовались геологи и топографическим изучением морского дна, став­шим возможным после первых промеров. Первые данные о подводных каньонах были получены уже в 1903 г., но геологическая общественность в целом не вос­принимала их как важные открытия вплоть до того момен­та — уже после первой мировой войны, — когда были изо­бретены эхолоты, бесспорно доказавшие существование каньонов. Значительным шагом в этой области стала публи­кация Б.К. Хейзеном и его коллегами физио­графических карт Атлантического океана и других океаниче­ских бассейнов (см. рисунок 4.1).

  Морская геология в силу самой своей природы основыва­ется на сборе образцов горных пород и осадков. В отличие от наземной геологии, где все изучаемое пространство мож­но охватить одним взглядом, сбор данных на ранних этапах морской геологии производился почти вслепую. Системати­ческие рейсы, посвященные сбору образцов со дна океаниче­ских бассейнов, начались только в 1930-х годах. По резуль­татам первых таких работ были составлены карты типов осадков морского дна (см. рисунок 5.11) и началось составление морфологических карт отдельных участков дна.

  Сегодня морская геология стала менее изолированной дисциплиной и все больше взаимодействует с геохимией и геофизикой. Главная причина развития такого взаимодейст­вия состоит в разработке за последние два десятилетия тео­рий разрастания («спрединга») морского дна и тектоники плит; обе эти теории выросли из более ранних гипотез о дрейфе материков. На схеме рисунка 3.10 перечислены крупные проблемы морской геологии и геофизики, успешно решае­мые сегодня.

Области исследований

  Морфология океанических бассейнов. Изучение проводится в традиционном стиле описания «формы» бассейнов. Чита­тель должен иметь в виду, что огромные площади океани­ческого дна все ещё не затронуты никаким видом наблюде­ний. То малое, что мы знаем о форме океанических бассей­нов, нам дали записи прецизионных эхолотов, собранные в различных научных экспедициях. И вот теперь многие из крупнейших форм рельефа — протяженные желоба, обшир­ные абиссальные равнины и такие необычные структуры, как срединно-океанические хребты, — нанесены на карту.

  Плитотектоническая революция. Несомненно, одним из сильнейших потрясений современной науки было утвержде­ние, что кора нашей планеты движется по ее поверхности в виде серии жестких «плит». Эти плиты ударяются друг о друга, скользят относительно соседних, проскальзывают одна под другой или одна над другой — и весь этот непре­рывный процесс мы теперь называем «тектоникой плит». Анализируя эти процессы, мы узнали, что материал океани­ческого дна отличается от материала, слагающего матери­ки: «океаническая» кора тяжелее, поэтому она глубже по­гружается в пластичную мантию Земли и образует депрес­сии, которые опоясаны континентальным материалом и за­няты сейчас океанами.

  Таким образом, многие темы, обозначенные на рисунке 3.10 как крупные проблемы современного изучения океанов, свя­заны с этой революцией в глобальной геологии. Предмет изучения громаден; литература уже весьма объемна. Новые знания, добываемые почти ежедневно, расширяют влияние морской геологии на другие науки. Никакой вопрос океано­логии сегодня нельзя изучать, не затрагивая в той или иной мере тектонику плит.

Океаны с точки зрения геологии

Рисунок 3.10. Океаны с точки зрения геологии.

  Прибрежные процессы осадконакопления и эрозии. В целом осадки континентальных окраин в настоящее время изуча­ются наиболее интенсивно по нескольким причинам. По­требность разрабатывать нефтяные и газовые ресурсы этих районов диктует необходимость обширного исследования процессов прибрежного осадконакопления, скоростей этих процессов и, что не менее важно, стратиграфии консолиди­рованных осадков. Геофизики стремятся изучить строение толщи захороненных под морским дном осадочных пород, используя для этого мощные точечные источники звуковых волн, располагаемые у поверхности, и регистрируя с по­мощью чувствительных приемников волны, приходящие от различных слоев геологического разреза морского дна. Рас­пространены методы отраженных и преломленных сейсми­ческих волн. Морские геологи анализируют образцы керна скважин, пробуренных через слоистые отложения, чтобы детально изучить строение разреза по ископаемым органи­ческим остаткам и классифицировать слои по возрасту, по­ристости пород и другим признакам, полезным для опреде­ления запасов углеводородов.

  Вторая причина изучения морскими геологами континен­тальных окраин — деятельность людей, плотно населяю­щих побережье. Портовые сооружения постоянно испыты­вают воздействие песков, перемещающихся вдоль береговой линии, и во многих портах и морских каналах песок, непо­средственно поступающий из рек или движущийся вдоль ли­торали, регулярно вычерпывается. Волновая энергия, вы­свобождающаяся в результате диссипации у берегов, размы­вает пляжи и создает новые отмели и песчаные косы. Ис­следования по береговой геологии включают также описа­ние реликтовых пляжей, указывающих, где проходила древ­няя береговая линия. Прибрежная зона океанов — удобное для изучения место скопления обломочного материала. Ис­следование размеров частиц осадочного материала помогает проанализировать «сортирующую» работу волн и течений. Прибрежные течения обязательно надо учитывать, прини­мая решение о том, где производить захоронение мусора и промышленных отходов.

  Осадки океанических бассейнов. Расположение осадков раз­ного типа в глубинах океанов показано на картах (см. рисунок 5.11). Значительную часть морского дна покрывают терригенные осадки, образующиеся в результате размыва суши. Как правило, эти глубоководные илы занимают са­мые глубокие части океанических бассейнов. Механизмами переноса осадков здесь служат мутьевые (турбидные) пото­ки, описываемые в главе Континентальные окраины и осадки океанических бассейнов, и преобладающие западные ветры, уносящие терригенную пыль далеко в море. Ледники, спол­зающие в море, часто несут на себе солидный груз терригенного материала. Айсберги, откалываясь от ледников и уходя в морское плавание, рассеивают этот материал по об­ширным пространствам.

  Большая часть океанического дна покрыта осадками, об­разованными из раковин растений, и животных. Эти осадки называются биогенными. «Диатомовые» осадки образова­лись из кремнеземных панцирей диатомовых водорослей и простейших, называемых радиоляриями (см. Растения и животные эвфотической зоны открытого океана). Нам известно, что диатомеи, как правило, являются доминирую­щими типами растений в более холодных и богатых пита­тельными веществами водах; соответственно диатомовые осадки преобладают в высоких широтах Антарктики и в се­верной части Тихого океана. В океанах более умеренных ши­рот доминируют биогенные осадки, состоящие из окаменелостей отряда фораминифер. Эти животные строят раковины из карбоната кальция. Вспомним, однако, что СаС03 растворяется в очень глубоких частях океанов (глуб­же 4500 м), и это объясняет, почему большая часть дна бас­сейнов покрыта глубоководными илами даже в умеренных широтах, где в менее глубоких водах образуется большое количество раковин фораминифер.

  В последние годы геологи разработали методы извлече­ния длинных кернов из осадков морского дна. В результате исследований по программе JOIDES были получены образ­цы осадков из всех океанических бассейнов — примерно в тех же местах, где геохимики уже исследовали столб воды над дном. Но если геохимия воды очень мало говорит об истории океана, то данные бурения приносят важные исто­рические сведения. Мы можем читать «книгу» слоистых осадков как исторический атлас. Как показано на рисунке 3.10, исследования происхождения и расслоения морских осадков дают материал, позволяющий делать выводы о палеоклиматах, характере поведения древних морских организмов и даже о таких событиях, как древние вулканические изверже­ния. Например, геологи обнаружили, что одни виды живот­ных, в частности Globigerina pachiderma, строят спиральные раковины, «закрученные влево» в теплых поверхностных во­дах, но в более холодных водах они закручены в обратную сторону. Подсчитывая относительное содержание окаменелостей обеих форм в последовательности осадочных слоев, обнаруженных в поднятом с морского дна керне, геологи могут реконструировать температуры поверхностных вод океана в прошедшие геологические эпохи.