Книга: Мир океана. Рассказы о морской стихии и освоении ее человеком.

Глава 3. Геология океана

Глава 3. Геология океана

Строение планеты, на которой мы живем, издавна занимало умы ученых. Было высказано множество наивных суждений и гениальных догадок, однако доказать правоту или ошибочность любой гипотезы убедительными фактами до самого последнего времени никто не мог. Да и в наши дни, несмотря на колоссальные успехи науки о Земле, в первую очередь благодаря развитию геофизических методов исследования ее недр, не существует единого и окончательного мнения о строении внутренних частей земного шара. Правда, в одном все специалисты сходятся между собой: Земля состоит из нескольких концентрических слоев, или оболочек, внутри которых расположено шаровидное ядро. Новейшие методы позволили с большой точностью измерить толщину каждой из этих вложенных друг в друга сфер, но что они собой представляют и из чего состоят, пока до конца еще не установлено.

Некоторые свойства внутренних частей Земли известны доподлинно, о других можно пока только догадываться. Так, с помощью сейсмического метода удалось установить скорость прохождения сквозь планету упругих колебаний (сейсмических волн), вызванных землетрясением или взрывом. Величина этой скорости, в общем, очень велика (несколько километров в секунду), но в более плотной среде она возрастает, в рыхлой — резко снижается, а в жидкой среде такие колебания быстро гаснут.

Сейсмические волны могут пройти сквозь Землю менее чем за полчаса. Однако, достигнув границы раздела слоев с различной плотностью, они частично отражаются и возвращаются к поверхности, где время их прибытия можно зарегистрировать чувствительными приборами.

О том, что под верхней твердой оболочкой нашей планеты расположен другой слой, догадывались еще в глубокой древности. Первым об этом сказал древнегреческий философ Эмпедокл, живший в V веке до нашей эры. Наблюдая за извержением знаменитого вулкана Этна, он увидел расплавленную лаву и пришел к выводу, что под твердой холодной оболочкой земной поверхности находится слой расплавленной магмы. Смелый ученый погиб при попытке проникнуть в жерло вулкана, чтобы получше узнать его устройство.

Идея об огненно-жидком строении глубоких земных недр получила наиболее яркое развитие в середине XVIII века в теории немецкого философа И. Канта и французского астронома П. Лапласа. Эта теория просуществовала до конца XIX века, хотя никому не удавалось измерить, на какой глубине кончается холодная твердая кора и начинается жидкая магма. В 1910 году югославский геофизик А. Мохоровичич сделал это, применив сейсмический метод. Изучая землетрясение в Хорватии, он обнаружил, что на глубине 60–70 километров скорость сейсмических волн резко меняется. Выше этого раздела, который был позднее назван границей Мохоровичича (или просто «Мохо»), скорость волн не превышает 6,5–7 километров в секунду, тогда как ниже она скачкообразно возрастает до 8 километров в секунду.

Таким образом, оказалось, что непосредственно под литосферой (корой) находится вовсе не расплавленная магма, а, напротив, стокилометровый слой, еще более плотный, чем кора. Его подстилает астеносфера (ослабленный слой), вещество которой находится в размягченном состоянии.

Некоторые исследователи считают, что астеносфера представляет собой смесь твердых гранул с жидким расплавом.

Если судить по скорости распространения сейсмических волн, то под астеносферой, вплоть до глубины 2900 километров, находятся сверхплотные слои.

Что представляет собой эта многослойная внутренняя оболочка (мантия), находящаяся между поверхностью «Мохо» и ядром, сказать трудно. С одной стороны, она имеет признаки твердого тела (в ней быстро распространяются сейсмические волны), с другой — мантия обладает несомненной текучестью.

Следует учесть, что физические условия в этой части недр нашей планеты совершенно необычны. Там господствуют высокая температура и колоссальное давление порядка сотен тысяч атмосфер. Известный советский ученый, академик Д. Щербаков считает, что вещество мантии хотя и твердое, но обладает пластичностью. Может быть, его можно сравнить с сапожным варом, который под ударами молотка разбивается на осколки с острыми краями. Однако со временем даже на морозе начинает растекаться подобно жидкости и течь под небольшой уклон, а достигнув края поверхности, капать вниз.

Центральная часть Земли, ее ядро, таит в себе еще больше загадок. Какое оно, жидкое или твердое? Из каких веществ состоит? Сейсмическими методами установлено, что ядро неоднородно и разделяется на два главных слоя — внешний и внутренний. Согласно одним теориям оно состоит из железа и никеля, согласно другим — из сверхуплотненного кремния. В последнее время выдвинута идея, будто центральная часть ядра железоникелевая, а наружная — кремниевая.

Понятно, что наиболее хорошо из всех геосфер известны те, которые доступны непосредственному наблюдению и исследованию: атмосфера, гидросфера и кора. Мантия, хотя она и близко подходит к земной поверхности, по-видимому, нигде не обнажается. Поэтому даже о ее химическом составе нет единого мнения. Правда, академик А. Яншин считает, что некоторые редкие минералы из так называемой группы меррихбитареддерита, известные прежде лишь в составе метеоритов и недавно найденные в Восточных Саянах, представляют собой выходы мантии. Но эта гипотеза еще требует тщательной проверки.

Земная кора материков изучена геологами с достаточной полнотой. Большую роль в этом сыграли глубинные бурения. В СССР сейчас проводятся работы по бурению пятнадцатикилометровой скважины.

Верхний слой континентальной коры образован осадочными породами. Как показывает само название, они имеют водное происхождение, то есть частицы, образовавшие этот слой земной коры, осели из водной взвеси. Подавляющее большинство осадочных пород образовалось в древних морях, реже они обязаны своим происхождением пресноводным водоемам. В очень редких случаях осадочные породы возникли как результат выветривания непосредственно на суше.

Главнейшие осадочные породы — это пески, песчаники, глины, известняки, иногда каменная соль. Толщина осадочного слоя коры различна в разных частях земной поверхности. В отдельных случаях она достигает 20–25 километров, но кое-где осадков вовсе нет. В этих местах на «дневную поверхность» выходит следующий слой земной коры — гранитный.

Он получил такое название потому, что слагается как из самих гранитов, так и из близких к ним горных пород — гранитоидов, гнейсов и слюдистых сланцев.

Гранитный слой достигает толщины 25–30 километров и обычно прикрыт сверху осадочными породами. Самый нижний слой земной коры — базальтовый — для непосредственного изучения уже недоступен, так как на дневную поверхность нигде не выходит и глубокие скважины его не достигают. О строении и свойствах базальтового слоя судят исключительно по геофизическим данным. С большой степенью достоверности предполагается, что этот нижний слой коры состоит из магматических пород, близких к базальтам, происходящим из остывшей вулканической лавы. Мощность базальтового слоя достигает 15–20 километров.

До недавнего времени считалось, что строение земной коры повсюду одинаково и лишь в области гор она возвышается, образуя складки, а под океанами опускается, образуя гигантские чаши. Одним из результатов научно-технической революции было бурное развитие в середине XX века целого ряда наук, в том числе морской геологии. В этой отрасли человеческих знаний сделано немало кардинальных открытий, в корне изменивших прежние представления о строении коры под ложем океана. Было установлено, что если под окраинными морями и вблизи материков, то есть в области шельфа, кора еще в какой-то степени похожа на континентальную, то океаническая кора совершенно иная. Во-первых, она имеет совсем незначительную толщину: от 5 до 10 километров. Во-вторых, под дном океана она состоит не из трех, а всего лишь из двух слоев — осадочного толщиной 1–2 километра и базальтового. Гранитный слой, столь характерный для континентальной коры, продолжается в сторону океана только до материкового склона, где и обрывается.

Эти открытия резко активизировали интерес геологов к изучению океана. Появилась надежда обнаружить на морском дне выходы таинственного базальта, а может быть, и мантии. Крайне заманчиво выглядят и перспективы подводного бурения, с помощью которого можно добраться до глубинных слоев через сравнительно тонкий и легко преодолимый слой осадков.

Ежегодно на дно Мирового океана опускается 30 миллиардов тонн осадочного материала. В среднем на каждый квадратный сантиметр дна за тысячу лет выпадает около 4 граммов. Осадочные породы покрывают практически все морское дно, способствуя выравниванию рельефа. Поэтому подводные пейзажи, особенно в области ложа океана, гораздо однообразнее наземных.

Основная масса осадочного материала поступает в океан с суши. Как известно, вода точит камень. Реки беспрерывно выносят в море огромное количество разрушенных и размытых горных пород и почву. Здесь и крупные обломки, и мельчайшая водная взвесь, и растворенные вещества. Поэтому вода большинства крупных рек мутная, иногда совершенно непрозрачная.

Таким образом, основная часть морских осадков зарождается далеко от моря, иногда она переносится текучей водой на тысячи километров. В устье рек происходит сортировка принесенного материала. Вследствие ослабления течения крупные обломки падают на дно, мелкие частицы относятся дальше, иногда на много километров. Границу между мутной речной и прозрачной морской водой прекрасно видно с самолета и даже с борта судна. В открытое море попадает очень незначительное количество самой тонкой взвеси, вынесенной реками, остальное отлагается вблизи берегов.

Кроме рек и временных потоков, вызванных ливнями или таянием снега, различный наземный материал выносят в море льды. Ледяные горы, сползая в океан, захватывают своей подошвой обломки скал и камни разной величины. Движимые течениями и ветрами, айсберги иногда уплывают далеко от мест зарождения. Крайняя северная граница, которой достигают антарктические айсберги, проходит по берегам Африки, Австралии, Южной Америки. Айсберги, рожденные ледниками Гренландии, встречаются в Атлантике на 40-й параллели и даже несколько южнее, то есть на широте Нью-Йорка. Неожиданно появляясь там, где их совсем не ждут, айсберги становятся причиной многих морских трагедий. Так, в апреле 1912 года сверхгигантский лайнер «Титаник», совершая свой первый рейс из Америки в Европу, наскочил в тумане на ледяную гору и затонул.

В этой катастрофе погибло более полутора тысяч человек.

Обломки горных пород по мере таяния льда отделяются от айсберга и падают на дно. Их можно обнаружить в океане за тысячи километров от ближайшего берега.

Произведенные подсчеты возможной «грузоподъемности» айсбергов показывают, что каждый кубический километр льда может нести на себе от 100 до 300 килограммов материкового материала, который затем отлагается на дне океана. Дальность плаваний айсбергов и длительность их существования, по данным члена-корреспондента Академии наук А. Лисицына, зависят не только от направления и скорости морских течений, но и от свойств самого айсберга. Очень большие и глубоко промороженные (до минус 60 градусов) антарктические айсберги существуют по нескольку лет, а в отдельных случаях даже десятилетий.

Гренландские айсберги тают значительно быстрее, всего за 2–3 года, так как они не столь велики по размерам и температура их промерзания не больше минус 30 градусов.

Характер материала, который выносится с материков в океан реками и льдами, различен. В умеренной и особенно в тропической зоне горные породы и почвы разрушаются выветриванием и размывом. Кроме того, наличие здесь влаги способствует химическим процессам разрушения коры. В полярных областях, где рек нет, нет и химического выветривания. Льды воздействуют на поверхность суши только механически. Соответственно текучая вода выносит в первую очередь легко растворимые вещества и мелкие частицы разрушенной коры, а льды захватывают с собой сравнительно крупные обломки.

В осадках находится и материал морских берегов, непосредственно размывающихся прибоем. Часть морских осадков наземного происхождения попадает в океан воздушным путем.

Бури, проносящиеся над пустынями и полупустынями, поднимают огромное количество пыли, которая переносится на несколько тысяч километров, а затем постепенно оседает, попадая как на другие участки суши, так и в океан. Еще 20–30 лет назад этому способу переноса минеральных частиц не придавали серьезного значения, но в связи с развитием высотной авиации, запуском искусственных спутников и атомными взрывами стали выясняться истинные его масштабы.

Вот что отмечает тот же А. Лисицын: «За последние 20 лет в учении об общей циркуляции атмосферы произошли существенные изменения; в частности, были обнаружены высотные струйные течения, имеющие скорость сотни километров в час и протяженность на многие тысячи километров. Это своеобразные „реки“ в атмосфере, по которым идет перенос осадочного материала над океанами и континентами».

Время пребывания пыли в воздухе может быть довольно продолжительным, иногда до 5–6 лет. Лучше всего изучены переносы осадочного материала из Африки в Атлантический океан. Дело в том, что африканская пыль легко может быть обнаружена, куда бы ее ни занесло, так как каждая ее пылинка помечена самой природой.

На севере Африки, где пассаты проносятся над Сахарой, они сдувают с нее ярко-красную и красно-коричневую пыль. Красный шлейф от Сахары прослеживается на дне Атлантического океана вплоть до Антильских островов и берегов Америки. Ученые проследили за скоростью переноса.

Оказалось, что через 5–6 суток после начала пылевой бури в Сахаре красная пыль выпадает на острове Барбадос, расположенном на другой стороне океана.

В засушливых районах юга Африки бури поднимают черную и черно-коричневую пыль. Хотя мощность этого потока значительно уступает северному, но и он прекрасно прослеживается по черному шлейфу в океане.

Ветер поднимает пыль не только в пустынях; значительному выдуванию подвергаются и другие пространства суши, лишенные растительности, в том числе пахотные земли. Распашка земель, вырубка лесов, мелиорация и другие вмешательства человека в веками сложившееся природное равновесие, очень часто приводят к развеиванию самых ценных плодородных почв.

В области Великих равнин США за последние 150 лет из-за сильного выдувания почвы образовался «пыльный котел». Только за один 1934 год во время свирепствовавших тогда бурь отсюда было унесено 300 миллионов тонн почвы. Буря, пронесшаяся в 1969 году над Северным Кавказом, смела пахотный слой вместе с посевами (дело происходило ранней весной) на площади 4 миллиона гектаров. Около 1 миллиарда тонн почвы сдуло в Черное море, а часть ее осела в Румынии, Болгарии и Чехословакии.

К естественным аэрозолям, загрязняющим воздух, все больше и больше примешиваются технические, возникающие в результате деятельности промышленных предприятий. Общее количество технического аэрозоля достигает 200–250 миллионов тонн в год. Это в 20 раз больше того, что выносит в море такая мощная река, как Енисей. Огромное количество взвешенной в воздухе пыли дают атомные и водородные взрывы. Взрывом водородной бомбы в атмосферу и стратосферу поднимается от 10 до 100 миллионов тонн пыли. Конечно, общее количество технических аэрозолей значительно уступает естественному, в отличие от последних они нередко токсичны. Так, мировая добыча свинца составляет около 3 миллионов тонн в год. Десятая часть этого ядовитого вещества попадает в атмосферу, а затем осаждается на сушу и в океан.

Еще 2–3 миллиарда тонн осадочного материала поступает в океан из глубинных слоев планеты в результате извержения вулканов. Вулканическая пыль постоянно присутствует в атмосфере, но наибольшее ее количество было зарегистрировано в 1883 году, когда на всей планете в течение нескольких месяцев наблюдались ярко-красные закаты, названные «кровавыми зорями». Вызваны они были подъемом в стратосферу вулканической пыли, образовавшейся при самом сильном за всю историю человечества извержении. Виновником события был до этого малоизвестный и сравнительно небольшой вулкан Кракатау, находящийся на одном из островков Зондского пролива между Суматрой и Явой. После извержения 1680 года Кракатау почти 200 лет оставался спокойным, но 20 мая 1883 года начал выбрасывать из жерла пемзу и клубы пепла. Пробуждение вулкана сопровождалось небольшим землетрясением, но вскоре он снова успокоился. 26 августа того же года Кракатау неожиданно взорвался. В течение первых дней после катастрофы вулканический пепел густо выпал по всей Юго-Восточной Азии и на прилежащих островах. К сожалению, в то время еще не было сети наблюдательных пунктов, поэтому истинная величина вулканического облака и его передвижение остались плохо изученными.

Гораздо больше данных имеется об извержении вулкана Агунг на острове Бали в Индонезии, которое произошло 17 марта 1963 года. Огромное облако медленно поплыло на восток и через 5 месяцев появилось над штатом Аризона (США). Пепел от этого извержения выпал в Австралии и даже на Южном полюсе.

Через год, обогнув планету, это же самое облако опять появилось над Австралией и снова над полюсом. И так не менее трех раз совершало оно кругосветные путешествия.

Значительная роль в накоплении осадков принадлежит различным морским организмам. Активно извлекая из воды известь, кремний и некоторые другие вещества, они строят из них свои панцири, скелеты, раковины и другие части тела. По мере отмирания таких организмов их минерализованные части отлагаются на дне.

Интересно отметить, что наиболее активно образуют осадки самые мелкие существа — диатомовые планктонные водоросли и одноклеточные простейшие животные (корненожки и радиолярии). От рыб на дне можно найти только зубы, сохраняющиеся благодаря эмали. От гигантов моря — китов — остаются одни лишь кости внутреннего уха.

Наибольшее количество осадков органического происхождения зарождается в верхнем стометровом слое морской воды. Здесь активно проходят процессы фотосинтеза и развиваются одноклеточные водоросли, в том числе и водоросли, обладающие кремниевыми панцирями.

Главную массу животных, населяющих этот слой воды, составляют крылоногие моллюски и простейшие.

Как те, так и другие также снабжены скелетом (известковым или кремниевым). Жизнь самих этих организмов кратковременна, но их скелеты при благоприятных условиях сохраняются миллионы лет (все зависит от химического состава скелетных образований и места их залегания). Кремнезем, из которого построен скелет некоторых обитателей моря, плохо растворим в морской воде, особенно в холодной. Поэтому кремниевые скелетики и панцири, опускаясь на дно, остаются не поврежденными в течение очень длительного времени.

Из таких кремниевых скелетов иногда образуются мощные напластования.

Так, из крошечных раковинок одноклеточных животных — радиолярий — сложен целый остров Барбадос.

Известковые скелетики часто растворяются, не успевая достигнуть дна.

Особенно интенсивно растворение извести происходит в холодных водах полярных областей и на глубине вследствие большого содержания в холодной воде углекислоты.

Напротив, в условиях тропического мелководья, где содержание углекислоты незначительно, известь почти не подвергается разрушению.

Кроме планктонных организмов в образовании осадков участвуют и донные: двустворчатые моллюски, губки и кораллы.

Осадочный материал, вынесенный с материков, изверженный вулканами из недр планеты и образовавшийся в результате жизнедеятельности морских организмов, в зависимости от условий осадкообразования перемешивается между собой в различных пропорциях.

Песчаные и галечные грунты приурочены к побережьям материков и островов, а на дне открытых частей океана преобладают илы, иногда чистые, иногда с песком или глиной.

В зависимости от условий в каждом участке океана развиваются разные формы растений и животных. Характерные для них минерализованные части скелета, падая на дно, придают терригенным (имеющим наземное происхождение) грунтам биологическую окраску.

Так возникают диатомовый, радиолярный и глобигериновый илы (глобигерины — одноклеточные из отряда корненожек), а также илы с примесью скелетных игл губок.

Значительную часть дна Атлантического океана покрывают илы, включающие раковины крылоногих моллюсков — птеропод.

Очень часто, особенно вблизи берегов и на отмелях, песчаный грунт имеет примесь битых раковин двустворчатых моллюсков, а в тропической зоне океана значительны напластования извести скелетов рифообразующих кораллов.

В области усиленной вулканической деятельности к терригенным и биогенным осадкам прибавляются также и изверженные породы.

Однообразие осадочной подводной поверхности нарушают лишь волнообразные складки, образующиеся вследствие течений, да поселения на морском дне животных и растений. Они составляют главную прелесть тех прекрасных морских пейзажей, которые можно видеть в кино и на подводных фотографиях и с которыми знакомо по личным впечатлениям очень небольшое число людей, любителей подводных плаваний и профессиональных водолазов.