Основные гипотезы образования океана

Первые научные гипотезы образования Земли в истории ее раз­вития пришли на смену легендам и мифам после эпохи Великих гео­графических открытий.

В XV веке Декартом была высказана наибо­лее ранняя космогоническая гипотеза о происхождении Земли и не­бесных тел. По его представлению Земля образовалась в результа­те вихреобразных движений мельчайших частиц и первоначально была раскаленной. Постепенно Земля остывала, на ее поверхности образо­валась твердая земная кора, под которой находились вода и воздух. Кора по мере дальнейшего охлаждения раскалывалась и погружалась, в результате чего образовались океаны.

В конце XVIII века немецкий философ Кант и французский аст­роном Лаплас выдвинули гипотезы происхождения планет в результа­те сжатия раскаленной и разреженной газовой туманности. На основе этих гипотез удалось обоснованно для того времени объяснить внут­реннее строение земного шара. Использовав эту гипотезу, Зюсс раз­работал гипотезу образования океанов и материков, получившую название " печеного яблока" или контрактационной. Формирование гор и морских впадин он объяснял сжатием земной коры под влиянием ох­лаждения внутренних областей Земли. Зюсс также показал, что материки и океаны в геологическом прошлом имели другие размеры и оче­ртания и что на месте южной части Атлантического и Индийского океанов находилась обширная древняя суша Гондвана.

Из наиболее существенных гипотез образования океанов и ма­териков следует отметить гипотезу равновесия земной коры или гипотезу изостадии. Английские ученые Пратт и Эри полагали, что земная кора может быть разделена на глыбы различной высоты и плотности, которые плавают на более плотном подкорковом слое. В зависимости от массы отдельных глыб земной коры создаются разли­чия в рельефе земной поверхности, образуются приподнятые поверх­ности - материки, а также погруженные участки - моря и океаны.

Современные гипотезы происхождения океанов могут быть разделены на две основные группы: первичности океанических впадин и их вторичности.

Первая концепция - первичности океанов - предполагает, что все океаны, т.е. впадины с океаническим типом земной коры воз­никли в самом начале геологической истории Земли и что современ­ные океаны - реликты первичного океана, покрывавшего всю поверх­ность планеты.

Согласно другой концепции - вторичности океанических впадин - океаны делятся на древние и молодые. К древним относится Тихий, к молодым остальные. Более молодые океаны (например, Атлантический) возникли в результате " обрушения" части континента, существовавшего между Америкой и Европой. Основные породы настолько сильно проплавляют земную кору, что она теряет свойства, присущие ей под материками, и превращается в кору океанического типа. Таким образом, была обоснована гипотеза " базификации" океанической коры, т.е. превращения мате­риковой коры в океаническую. Наиболее последовательно эта гипо­теза развита в трудах советского ученого В.В.Белоусова. Она основана на представле­нии о горизонтальной неподвижности материков, так называемом фиксизме. Согласно гипотезе, первичной является материковая кора, а все океаны являются молодыми образованиями, возникшими около 250 млн. лет назад. Мощная материковая кора опускается в расплав­ленные очаги мантии и превращается в тонкую базальтовую океани­ческую кору - происходит базальтизация или океанизация материко­вой коры. В.В.Белоусов полагает, что происходит периодическое прогревание астеносферы, которое сменяется остыванием. В период прогревания плотность астеносферы уменьшается, а подвижность воз­растает. Возникает неустойчивость, способствующая интенсивным вертикальным движениям земной коры. Одни глыбы опускаются, дру­гие поднимаются. Опускающиеся части литосферы расплавляются в магме и образуются океанические впадины. Океаны при этом рассмат­риваются как области проплавления материковой коры.

Своей гипотезой Белоусов объясняет совпадение в очертаниях берегов Атлантического океана, подобие в геологическом строении материков, сходство животного мира на материках и островах, раз­деленных океаном. Срединно-океанические хребты трактуются как зоны, где процесс базификации продолжается до настоящего времени.

В Атлантическом и Индийском океанах опускание началось на восточ­ной и западной окраинах, и лишь потом начала прогибаться их осе­вая зона. В Тихом океане прогибание началось в центральной части, где процесс базификации уже завершился. Но в отличие от других океанов, на Тихоокеанской периферии происходит два встречных про­цесса - утолщение материковой коры и ее разрушение под действием базификации. Этим Белоусов объясняет исключительную сейсмическую активность всей периферии Тихого океана.

Таким образом, океанообразование, согласно этой гипотезе, является новым этапом эволюции земной коры. Происходившее в тече­ние нескольких миллиардов лет нарастание ее гранитного слоя сме­нилось в последние сотни миллионов лет его разрушением. Эта смена глобальных, процессов трудно объяснима. Требует также объяснения сам механизм океанизации, т.е. погружения более легкой материковой коры в океаническую. Нет также уверенности в возможности перера­ботки гранитного слоя в базальтовый. Не ясны причины, вызывающие периодические тепловые импульсы, приводящие к расплавлению астеносферы. Все положения гипотезы океанизации исходят из допущения о невозможности горизонтальных движений земной коры. Но доказано, что земная кора испытывает горизонтальные перемещения со скорос­тью 10 см в год.

Несостоятельность гипотезы океанизации материковой коры в ряде вопросов привела к возрождению гипотезы немецкого ученого А.Вегенера о гори­зонтальных перемещениях материков (дрейфа материков). Идея в том, что материки мо­гут перемещаться относительно друг друга, зародилась давно, но наиболее полно разработал ее А.Вегенер в 1925 г. Породил эту идею факт совпадения очертаний западно­го и восточного побережий Атлантического океана. Гипотеза А.Вегенера о сравнительно недавнем отделении Американского континента от Евразии и Африки была поддержана зоологами и ботаниками, ко­торые нуждались в геологическом обосновании единства фауны и флоры различных материков. В то же время многие геологические факты легко объяснялись этой гипотезой, как, например, существо­вание и раскол Гондваны, совпадение простирания каледонских структур Северной Америки и Европы и т.д. А.Вегенер предусмат­ривал возможность образования огромных разломов, опусканий края континентов, перерождения материковой коры в океаническую. Но за неудовлетворительное объяснение механизма горизонтального пе­ремещения материков она была в 30-е годы забыта.

Возрождение гипотезы горизонтального дрейфа отдельных участ­ков земной коры на новом уровне стало возможным в 60-е годы, бла­годаря открытию системы срединно-океанических хребтов. Новая ги­потеза получила название " новая глобальная тектоника" или " тек­тоника литосферных плит". Впервые концепция была сформулирована американскими учеными Г.Хессом и Р.Дицем в 1960-62 гг. Г.Хесс предположил, что в мантии Земли существуют конвективные течения, разбивающиеся на отдельные замкнутые ячейки размером 3-6 тыс.км на 10-20 тыс.км. Сре­динно-океанические хребты приурочены к местам восходящих ветвей конвекционных ячеек, а переходные зоны вокруг Тихого океана представляют нисходящие ветви. Материки пассивно перемещаются на мантийном материале. Конвекционная ячейка существует 200-300 млн. лет. За это время мантийный материал, поднявшись в осевых частях срединных океанических хребтов и двигаясь от хребтов к перифе­рии, проходит путь до зон, где он по нисходящей ветви конвекции " всасывается" обратно в мантию. Таким образом, дно океана об­новляется каждые 300-400 млн.лет. Это обусловливает наличие отно­сительно малой толщины осадков на дне океана и отсутствие в океа­нах пород древнее юры.

Поднимающийся в зонах срединных хребтов мантийный материал раздвигает по обе стороны от оси хребтов ранее сформированную океаническую литосферу, поэтому Р.Диц назвал это процессом раздвигания океанического дна, или процессом спрединга. Зоны восходящих потоков мантии могут возникать и под континентами, и в этом случае начинает проявляться тенденция к рифтообразованию. Так, ось Тихооке­анского срединного хребта продолжается в Северной Америке, в районе Калифорнийского залива. В Индийском океане срединно-океа­ническое поднятие переходит в африканские рифты, стремящиеся рас­колоть континент на отдельные глыбы.

Изучение характера распределения магнитных аномалий на дне океанов показало увеличение возраста ложа от срединно-океаничес­ких хребтов в сторону материков. И это, в свою очередь, позволи­ло оценить и скорость разрастания океанического дна. Оказалось, что она меняется от 19 см/год в ряде районов Тихого океана до 0, 5 см/год в Северном Ледовитом. От скорости раздвижения зависит рельеф дна океана: при больших скоростях разрас­тания склоны срединно-океанических хребтов более пологи, чем при медленном движении дна.

Вместе с поступлением материала мантии в зонах нисходящих ветвей конвекции происходит обратный уход океанической коры в нед­ра Земли. Такими зонами (зонами Беньофа) являются переходные зо­ны или, точнее, глубоководные желоба. Здесь происходит поддвиг океанической коры под материковую и постепенное ее засасывание (субдукция). Этот процесс сопровождается соскабливанием верхней осадочной толщи, перерождением океанической коры в результате воздействия больших температур и давлений. Сложные процессы поддвигания океанического дна под материки приводят к созданию гор­ных поясов типа Кордильер.

Таким образом, дно океана за счет процессов спрединга и субдукции постоянно омолаживается.

Естественными границами отдельных участков земной коры слу­жат рифты срединно-океанических хребтов, зоны субдукции и трансформные разломы. Эти участки представляют собой литосферные плиты. Литосферные плиты могут включать как материковые, так и океанические участ­ки коры. Английский ученый Э.Буллард первоначально выделил шесть крупнейших плит: Тихоокеанскую, Американскую, Африканскую, Евразийскую, Австралийскую и Антарктическую. В идеальном случае плиты ограничены с одной стороны зоной спрединга, где поднимается мантий­ный материал и образуется новая литосфера, а другой - границей служит зона поглощения литосферы - зона субдукции. Трансформные разломы являются пассивными границами, по ним плиты лишь сколь­зят относительно друг друга.

Таким образом, гипотеза тектоники литосферных плит привела к дополнению высказанных ранее положений, переосмыслению многих ранее известных факторов из истории развития Земли, она логично объясняет многие процессы, происходящие на дне океана.