История изучения Мирового океана, несмотря на ее непродолжительность, должна быть предметом специальной многотомной монографии и, поэтому нижеприведенные сведения, надо рассматривать только как штрих становления знаний о строении дна океана и его геофизических полей.
Атлантический океан, в силу своего географического положения, представлял наибольший практический (экономический и военный) интерес для жителей Старого и Нового Света. Именно он и был первым объектом систематических исследований Мирового океана. Для геологов Атлантика и ее обрамление, должны рассматриваться как "колыбель", а также как <испытательный стенд> для теоретической геологии Земли. Именно поэтому Атлантическому океану и будет уделено в дальнейшем основное внимание. История геологических исследований дна океана тесно связана с развитием технических средств и методов изучения рельефа дна и океанской литосферы и поэтому основное место в учебном пособии будет отведено истории исследований Атлантического океана с первой половины XIX века до 70-х годов XX в. (времени становления основ новой глобальной тектоники).
История изучения океана с середины XIX века до 50-х гг. XX в. В 1855 г. министр Военно-Морского флота США получил рапорт лейтенанта М.Ф. Мори (M.F.Maury) о результатах прокладки телеграфного кабеля в Атлантическом океане. В документе сообщалось, что между Ирландией и Ньюфаундлендом обнаружена подводная возвышенность. В том же году она была показана на первой батиметрической карте Северной Атлантики (рис. 2.1). Именно с этого момента стало известно о существовании северного фрагмента Срединно-Атлантического хребта.
В 1872 г. началась кругосветная экспедиция на судне "Челленджер" (1872-1876 гг.) (рис. 2.2). На его борту работал, помимо других специалистов, английский океанограф Д. Меррей. Данные рейса, дополненные некоторыми иными материалами, послужили основой для создания им в 1885 г. батиметрической карты Мирового океана, на которой в Атлантическом океане просматриваются контуры подводного поднятия, протягивающегося примерно по его середине. Это является первым изображением Срединно-Атлантического хребта. Во время рейса, помимо важных гидрографических наблюдений, измерений глубин дна, была отобрана коллекция горных пород с океанических островов.
Одной из первых работ по тектонике Атлантического океана можно считать дневник Ч. Дарвина, в котором описывались события во время путешествия на барке "Бигль" (1831-1836 гг.) (рис. 2.3). Автор отметил различие в происхождении островов в пределах Атлантики и подчеркивал, что скалы Святого Павла (около экватора) (рис. 2.4) имеют не вулканическое происхождение, что и было подтверждено многочисленными последующими работами. На основании наблюдений в бухте Прая на юге о. Сантьягу в архипелаге Островов Зеленого Мыса (рис. 2.5) Ч. Дарвин высказал мысль об огромной роли вертикальных движений в геологической истории региона, что не вызывает сомнений до настоящего времени.
Во второй половине ХIХ века началось изучение состава коренных пород и осадков дна Атлантического океана. Эти сведения собирались попутно с различными океанографическими исследованиями. В 1839 г. при Британской ассоциации развития науки был основан Драгировочный комитет, которым было предписано участникам экспедиций проводить сборы не только организмов, но и коллекций грунтов.
Рассуждения о природе рельефа Атлантического океана стали появляться только в начале ХХ века. Профессор Парижского Университета Э. Ог предполагал, что впадина Атлантики, дискордантная по отношению к складчатым системам Старого и Нового Света, является геосинклиналью, вдоль оси которой, стала формироваться инверсионная складка (Срединно-Атлантический хребет). Иную точку зрения высказывали сторонники дрейфа материковых глыб. Основоположник мобилизма А. Вегенер полагал, что <Средне-Атлантический вал> сложен остаточным материалом после разделения континентов.
Во время выдающейся германской экспедиции на научно-исследовательском судне "Метеор" (1925 - 1927) (рис. 2.6) был впервые применен эхолот. Это привело к созданию новой батиметрической карты Атлантического океана (1:20 000 000) в 1934 г. На ее основе была создана новая классификация форм подводного рельефа и был составлен обширный список новых географических названий, которые составляют основу современной топонимики (наука о происхождении географических названий) Атлантического океана.
Недостаток геологической информации о коренных породах океана, а точнее - ее отсутствие, вынуждало геологов использовать косвенные данные - сопоставлять простирания горных сооружений на континентах, делать общие соображения в рамках геосинклинальной теории или привлекать данные о составе пород с океанических островов.
В довоенный период были сделаны крупные шаги в области картографирования дна Атлантического океана - очерчены контуры срединно-океанического хребта, всех котловин и отдельных поднятий. Вполне определенно сложились два подхода в представлениях о тектонике Атлантики: взгляд на дно как на нечто особенное (выходы симы), не имеющего аналогов на континентах и выводы о полной идентичности структур континентов и океана. Эти представления получили развитие в двух геодинамических концепциях - мобилизме и фиксизме, которые объединялись только в одном - дно Атлантического океана, с тектонической точки зрения, весьма гетерогенно.
До Второй Мировой войны начали бурно разрабатываться, а после нее и внедряться, новые технические средства и методы исследования, позволившие резко расширить изучение геологии дна океана и повысить их надежность. Тросовый способ измерения глубин был заменен акустическими методами на базе приборов фирм Англии, США и Германии. Стали появляться и внедряться подводные фотоустановки, морские геофизические приборы для измерения магнитного и гравитационного полей. Значительно улучшились навигационные привязки. В Атлантическом океане начали разворачивать научную работу океанологические центры США - Ламонтская геологическая обсерватория, Океанографический институт в Вудсхоле, а также различные подразделения военно-морского флота США. В восточной и северной частях Атлантики проводили работы океанологи Англии, в меньшей степени Германии и Франции.
В 1959 г. вышла в свет книга "Дно Атлантического океана", обобщающая полученные данные, авторами которой были Б.Хейзен, М.Тарп, М.Юинг, которая сопровождалась физиогеографической картой (рис. 2.7). Этот капитальный труд обобщил огромный фактический материал. В книге рассматривались все основные геоморфологические элементы дна океана и делались попытки объяснить их происхождение.
В СССР исследования дна Мирового океана начали проводиться с 1920 г. с организации Плавучего морского научно-исследовательского института. В конце 40-х-начале 50-х гг. были созданы такие организации как НИИГА (Научный институт исследования геологии Арктики), а затем и Институт океанологии Академии Наук (ИОАН). В это время в советской геологической литературе появилось только несколько работ, которые в той или иной степени затрагивали вопросы строения океана. Однако все они основывались на устаревших литературных материалах. Одной из первых была монография М.В.Кленовой <Геология моря> (1948 г.).
 |
 |
 |
| рис.2.2. Британский корвет "Челленджер", по: http://europa.soc.soton.ac.uk:8080/BOSCOR/history.htm |
рис.2.3. Барк "Бигль", на котором плавал Ч. Дарвин, по: (Дарвин, 1908) |
рис.2.4. Скалы Святого Петра и Павла (экваториальная Атлантика) Фото - Соколова С.Ю. |
|
 |
 |
| рис.2.5. Остров Сантьягу, бухта Прая. В центре - остров Санта-Мария (Острова Зеленого Мыса, Атлантический океан) Фото - Мазаровича А.О. |
рис.2.6. Научно-исследовательское судно "Метеор" (Германия), по: http://www.marum.de/deutsch/meteoralt.html |
рис.2.7. Физиографическая карта севера Атлантического океана, по (Хейзен и др. 1962) |
Возникновение теории конвекции и спрединга. В 1961 г. Р. Диц (США) пришел к принципиально новым представлениям о развитии океанической литосферы. "Концепция, выдвигаемая нами, - ее можно назвать теорией раздвигания океанического дна, или теорией спрединга - является в значительной мере интуитивной; она возникла при попытках интерпретировать данные батиметрии океанического дна" (Диц, 1974, с.26). В целом, в этой революционной работе были разработаны основы современной геодинамики. Было введено понятие о плитах, сделана попытка интерпретации магнитных аномалий как отражение напряжений перпендикулярных движению конвекционного потока, высказана идея о трехслойном строении коры под океанами, рекомендованы к широкому употреблению такие термины как "астеносфера" и "литосфера", введены такие понятия как атлантический и тихоокеанский типы окраин и некоторые другие идеи. Практически все эти направления интенсивно разрабатываются и в настоящее время.
В 1962 г. Г. Хесс (США) подробно рассмотрел возможность существования конвекционных ячеек и геодинамические следствия из этого. Он считал, что под срединно-океаническими хребтами существуют восходящие ветви, под желобами - нисходящие, в следствии чего дно океана обновляется каждые 300 - 400 млн. лет.
 |
| рис.2.8. Магнитные аномалии запада Баренцева моря и востока Атлантического океана. В левой части рисунка отчетливо виден рисунок полосовых аномалий |
Открытие полосовых магнитных аномалий. В 1963 г. сопоставление профилей дна северной части Атлантического океана и аномалий магнитного поля Земли привели Ф.Вайна и Д.Метьюза из Кембриджского университета к созданию оригинальной модели, в основе которой было два допущения. Во-первых, при раздвигании океанического дна, перемещающиеся блоки нормально и обратно намагниченного материала должны двигаться в стороны от океанического хребта и вытягиваться параллельно его гребню (рис. 2.8). Во-вторых, полагалось, что во времени происходит периодическое обращение магнитного поля Земли. Подчеркивалось, что авторы допускают, что магнитные контрасты океанической коры могут быть объяснены и без учета инверсий магнитного поля Земли (например тем, что океаническая кора состоит из чередующихся блоков очень сильно и очень слабо намагниченного в одном и том же направлении материала).
Основные идеи Ф.Вайна и Д.Метьюза нашли самое широкое применение для объяснения строения Мирового океана и истории Земли, а также для составления разнообразных палинспастических карт. В настоящий момент принято считать, что океанской литосфере присущи контрастные полосчатые магнитные аномалии (см. рис. 2.8), расположенные параллельно гребням срединно-океанических хребтов. Их происхождение связано со способностью базальтов океанского дна намагничиваться магнитным полем Земли при остывании и <запоминанать> его направление, которое многократно меняло свою полярность, что и позволяет датировать возраст отдельных аномалий. Это позволяет считать палеомагнитный метод определения возраста океанского дна как основной для проведения палеотектонических реконструкций.
Открытие трансформных разломов. В 1939 г. Г. Меррей из Береговой и геофизической службы США в нескольких сотнях милей к западу от мыса Мендосино (Тихоокеанское побережье Северной Америки) описал на дне океана протяженный уступ субширотного простирания. Его изучение было прервано Второй Мировой войной. В 1949 и 1957 гг. И. Толстой и М. Юинг описали поперечные долины, которые пересекали Срединно-Атлантический хребет. В 1955 г. Г. Менард описал восемь субпараллельных уступов южнее Мендосино, которые были интерпретированы как разломные зоны.
В 1961 г. в Приэкваториальной области Атлантического океана, после работ 17-го рейса НИС "Чейн" и обобщения батиметрических и сейсмических данных собранных в экваториальной Атлантике с 1956 по 1960 гг., между 10 и 5° с.ш. были открыты сложно построенные участки дна. Они были описаны Б.Хизеном с соавторами в 1964 г. как разломные зоны (на первой схеме было показано 11 зон).
 |
| рис.2.9. Схема формирования трансформного разлома, по: (Уильсон, 1974) |
Открытие необычного природного явления повлекло необходимость создания теоретического объяснения, которое появилось в 1965 году. Дж.Уильсон, изучив размещение горных систем, срединно-океанических хребтов и крупных разломов Земли, отметил факт резкого обрыва этих структур. Он предположил, что все мобильные пояса связаны в единую цепь, обрамляющую несколько крупных жестких плит. При этом "любая из вышеупомянутых структур в своем окончании может переходить или трансформироваться в структуры одного из двух типов... . Область сочленения, в которой один структурный элемент преобразуется в другой, предлагается назвать трансформой (transform), или областью трансформации" (Уильсон, 1974, с. 58, 59). Автор предположил, что существует особый класс разломов-сдвигов, которые резко обрываются с обоих концов, но по которым могут фиксироваться значительные смещения. Для этих образований был предложен термин "трансформный разлом" (рис. 2.9) и указывалось, что они должны называться "в соответствии с теми структурными формами, которые они соединяют (например, правосторонний трансформный разлом типа хребет-выпуклая дуга" (там же, с.60).
Становление тектоники плит. Используя идеи Р.Дица, Дж. Уильсон предполагал, что Срединно-Атлантический хребет расширяется с образованием новой океанической коры, оставляя в рельефе дна неактивные следы своего бывшего положения. Он приходит к выводам, что видимое смещение срединно-океанического хребта "является лишь отражением формы первоначального раскалывания двух континентальных блоков" (там же, с. 62) и что места пересечения трансформных разломов с противоположными берегами "представляют собой сопряженные точки, которым следовало бы быть совмещенными перед началом рифтинга" (там же, с.63).
В последующие пять лет продолжалось бурное развитие вышеупомянутых идей многими авторами, которые создали принципиально новую картину тектоники Земли, которая охватывала как континенты, так и океаны.
В 1968 г. В. Морганом (Принстонский университет, Океанографический институт в Вудс Холле, США) была предложена модель, согласно которой поверхность Земли можно разделить на 12 блоков - плит. Основные особенности блоков сводились к ряду особенностей. "Мы должны сделать допущение", - писал автор, - "которое может придать предложенной модели математическую строгость, а именно мы допускаем, что каждый блок коры обладает абсолютной жесткостью" (Морган, 1974, с.69). "В пределах же Тихоокеанского или любого другого блока коры.... отсутствуют растягивающие усилия, инъекции крупных даек, утолщения коры или какие-либо иные нарушения, которые вызвали бы изменения расстояний между отдельными точками (там же, с.70). Предполагалось, что для восстановления траекторий движений блоков предлагается довольно простой способ: "по направлению даже одного трансформного разлома уже можно судить о направлении перемещения этих блоков... . При этом не следует учитывать разломы,... которые не согласуются с другими." (там же, с.70).
В том же, 1968 г., Б.Айзекс, Дж.Оливер и Л.Сайкс, специалисты из Ламонтской геофизической обсерватории, Колумбийского университета (США) опубликовали крупное обобщение в котором была выдвинута концепция "новой глобальной тектоники", которая объединила гипотезу А.Вегенера, теорий спрединга и трансформных разломов.
В СССР к концу 60-х гг. XX века были определены такие основные направления фундаментальных океанологических исследований в области геотектоники как происхождение рельефа океанических впадин и хребтов, рифтовых систем, неоднородность мантии, проверка и развитие гипотез конвекции, расширения океанического дна и движения материков.
Существенную роль в становлении новой глобальной тектоники сыграло удачное совпадение несколько обстоятельств. Во-первых, была осуществлена разработка и внедрение новых образцов техники, позволивших исследовать рельеф и геофизические поля ложа океана. Во-вторых, было сделано открытие Мировой рифтовой системы и глубоководных желобов. В-третьих, произошло теоретическое объяснение природы полосовых магнитных аномалий, океанских разломов и глобальных поясов сейсмичности и некоторых других фундаментальных явлений. К этому необходимо добавить создание многоцелевого мирового научного флота, проведение ряда организационных мероприятий, включая разработку международных научных программ. Кроме того, проводилась большая научно-популярная работа, которая была завершена к концу 60-х годов.
В заключение отметим, что крупные открытия в области теоретической тектоники океанов (и, соотвественно, геологии вообще) во многом зависят от развития технических средств и внедрения новой аппаратуры, которые предназначены для получения новых данных и методов обработки. Нельзя ожидать видимого прогресса в понимании процессов, происходящих в океане без вложения огромных финансовых средств в новые технологии исследования дна океанов и экспедиции. Приведем только один пример. В 1855 г. была создана первая карта М. Мори, на которой было отмечено Телеграфное плато, в 1885 г. на карте Д. Меррея был изображен Средне-Атлантический вал, который становится объектом пристального внимания тектонистов (Э.Ог, А.Вегенер, Р.Штауб и др.). В 1934 г. создается карта Т. Стокса и Г. Вюста, на которой изображаются основные особенности рельефа Атлантики. Это привело к созданию новых тектонических моделей. Наконец, многолетние работы с применением новейших, для того времени, приборов привело в 1959 г. к созданию физиографической карты Б.Хейзена и М.Тарп. Она стала толчком для появления идей конвекции, спрединга, а в конечном итоге - к новой глобальной тектонике. Все эти процессы шли на фоне смены техники измерения глубины: веревка - трос - эхолот - эхолот-самописец. В настоящий момент активно развивается новый тип аппаратуры - многолучевые эхолоты.
Контрольные вопросы:
1. История открытия срединно-океанических хребтов (работы М. Ф. Мори, Д. Меррея, Б.Хейзена, М.Тарп, Р.Дица и др.)
2. История изучения геологии Мирового океана
3. Германская экспедиция на научно-исследовательском судне "Метеор"
4. Довоенный период изучения геологии Атлантического океана
5. Возникновение теории конвекции и спрединга
6. Открытие полосовых магнитных аномалий и их значение, принципы формирования
7. Открытие океанских разломов
8. Трансформные разломы - определение термина. Показ на карте не менее 10 разломов в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах
9. Становление тектоники плит
10. Значение техники для получения геологических выводов в океане
11. Значение рельефа для понимания геологического развития Мирового океана
|
