Текст книги "Геология и минеральные ресурсы Мирового Океана"

2 Общая характеристика Мирового океана

2.1 Изменение уровня Мирового океана

Под изменением уровня Мирового океана понимаются глобально прослеживаемые (эвстатические) изменения уровня водной оболочки в отличие от эпейрогенических, региональных, т.е. связанных с колебательными движениями и не прослеживающимися на разных континентах одновременно. Эвстазия вызывает глобальные подъемы и понижения уровня океана, отражающиеся на континентах в глобальных трансгрессиях и регрессиях. Эпейрогенез приводит к местным региональным регрессиям и трансгрессиям. Водная оболочка более подвижна, чем твердая кора, поэтому все изменения объема Мирового океана в геологической истории фиксируются в глобальных изменениях его уровня. Исследования стратиграфических разрезов шельфов во многих местах планеты позволили выделить колебания уровней океана разных порядков.

Генерация воды за счет поступления ее из глубинных слоев – процесс постоянный по крайней мере для последних 200 млн лет и резко не влияет на изменение уровня океана. Наибольшее значение могут иметь колебания объема океанических котловин. Они могут быть связаны с изменением скорости спрединга и субдукции, объемом срединно-океанических хребтов.

С эоцена, когда началось оледенение Антарктиды и захват части воды на построение криосферы (ледовой оболочки) происходит снижение уровня океана. Образование криосферы происходило за счет морской и континентальной вод. Великое оледенение, которое происходило 18 тыс. лет назад понизило уровень на 100 м. при максимальном оледенении он снизится на 130-150 м. При таянии современных ледников уровень Мирового океана повысится на 72 м.

За последние 600 млн. лет (этап фанерозоя) максимальный подъем уровня Мирового океана составил 300-350 м выше современного уровня океана. Пики его повышения приходятся около 500 и 70-100 млн. лет назад. В триасе (200 млн. лет назад) оно было снижено примерно до современного уровня.

На протяжении последних 70 млн. лет уровень океана изменялся от +350 до -260 м, т.е. амплитуда достигала 600 м. В меловом периоде уровень достигал +350 м выше, чем сейчас. Если бы этот уровень был бы сейчас, то вся Европа, часть Азии и обеих Америк, Австралия были бы под водой. Возвышались над гладью океанов лишь горы.

Для последних сотен млн. лет цикл колебаний уровня океанов следующий: низкий уровень – медленный подъем – резкое падение. Продолжительность 37 млн. лет. Это существенно влияет на осадконакопление.

Рисунок 5 – На схеме показано соответствие глобальных изменений уровня океана для последних 600 миллионов лет с распределением главнейших месторождений угля и нефти (по А. Лисицину).

Колебание уровня океана имело большой климатический эффект. Во время наступления океана и расширения площади морей на континентах климат смягчался, приобретал черты средиземноморского, выпадало большое количество осадков. Наоборот, отступание океана, обнажение значительных площадей суши вело к континентализации климата (резкие перепады температур, а также его аридизация).

При резком снижении уровня океана реки лавинообразно размывают предыдущие осадки дельты в шельфе и сбрасывают их в океан с крутого склона за шельфом. Из-за скорости накопления в осадках не успевает отжиматься вода; осадки становятся текучими с небольшим содержанием органики. Органика преобразуется впоследствии в нефть и газ. В шельфе распространены месторождения угля. Подъем уровня способствует образованию месторождений нефти, а понижение – углей. Последние образуются в огромных болотах на идеальных равнинах бывшего шельфа. В глубоких частях склона океана происходят оползни, подводные сели, уплотнение и переработка органики, обогащенной планктоном.

Рисунок 6 – Относительные изменения уровня Мирового океана за последние 65 миллионов лет для разных частей Земли (по А. Лисицину).

С трансгрессиями связаны увеличение объема фитопланктона, интенсивность биогенной седиментации, а также важные геохимические последствия – увеличения содержания кислорода в атмосфере, снижение содержания углекислоты, рост содержания органогенного углерода в осадках, интенсивность диагенетических преобразований.

Итак, процессы, протекающие в океане, в первую очередь, в срединных хребтах, где идет новообразование коры, во многом определяют изменение уровня морей, характер климата, тип и силу вулканизма, процессы терригенной и биогенной седиментации. Океан оказывал решающее влияние на условия среды прошлого на континентах. Соленость вод океана за 150 млн. лет практически не изменилась.

Выявлено, что целый ряд крупных рек имеют продолжение в морях в виде глубоких подводных долин, протягивающихся подчас на сотни км. Подобное обнаружено в Северном, Охотском, Японском морях и в других. Т.е. эти участки суши погрузились на глубину 200-300 м, вследствие подъема уровня мирового океана. Подобные подводные долины могут быть проложены по разломам. При этом надо иметь в виду, что в дельте рек накапливаются большие объемы осадков. При воздымании суши реки пропиливают дальше свое русло. При опускании суши и затоплении рыхлые накопленные отложения становятся текучими и они начинают плыть. При движении их происходит дальнейшая проработка русла и резче проявляются разломы.

Колебание уровня океана происходило на протяжении четвертичного периода неоднократно. Последнее поднятие уровня было примерно 5-6 тыс. лет назад и выглядело как всемирный потоп для человечества. За 12 тыс. лет уровень Мирового океана поднялся на 10 м.

2.2 Неотектонические колебательные движения в районе морей

На морских побережьях неотектонические движения обнаруживаются по перемещениям береговых линий. Для определения поднятий используются террасы, волноприбойные уступы и ниши, береговые валы, а также морские осадки, поднятые выше уровня моря и содержащие остатки организмов, по которым определяется возраст осадков. В Скандинавии, переживающей после оледенения сводовое поднятие (7500 лет назад), осадки подняты в настоящее время на 200 м.

Опускание суши устанавливаются по особенностям береговой линии. Сильно расчлененная береговая линия с многочисленными заливами и бухтами свидетельствует часто о быстром погружении берега. О затоплении берега свидетельствуют продолжение речных долин, затопленные береговые валы. Затопленные берега установлены в Баренцовом море на глубинах 100-200 м, в Черном море – до 500 м. Подобные явления известны по всему миру. В Индонезии образованные в море в плиоцене и плейстоцене коралловые рифы обнаружены на островах на высоте иногда более 100 м. На острове Серал морские плиоценовые отложения подняты над уровнем моря на 3 000 м.

Китайское, Японское и Охотское моря отсутствовали или представляли собой неглубокие внутренние моря еще в начале кайнозойской эротемы. Азия соединялась с Америкой. Острова Великобритании, Новая Земля и Шпицберген были частями материка. Некоторые долины рек Европы простирались далеко под водами Северного моря. Тогда намечавшиеся Средиземное, Черное и Каспийское моря то соединялись в один бассейн, то отшнуровывались друг от друга.

Следует отметить, что при изучении неотектонических колебаний побережий, необходимо учитывать эвстатические колебания уровня Мирового океана. Эти колебания могут происходить от уменьшения объема океанических впадин в связи с заполнением их осадками; от тектонических движений, изменяющих рельеф дна; выделением дополнительного объема воды из недр; при образовании льдов или, наоборот, их таяния.

2.3 Соленость Мирового океана

Морская вода представляет собой раствор солей, общая концентрация которых обозначается как «соленость» морской воды. Средняя соленость мирового океана равна 35 г/кг. В морской воде преобладает хлористый натрий – 78,32 %, (далее по степени убывания содержания) хлористый магний – 9,44 %, сернокислый кальций – 3,94 %, хлористый калий – 1,6 %, углекислый кальций – 0,04 %, кремнезем – 0,009 % (все от 35 г/кг). В ничтожных количествах обнаружены бром, йод, марганец, свинец, медь, золото и др. Однако, некоторые эти элементы имеют большое биологическое значение. Йод усваивается некоторыми водорослями, медь – некоторыми моллюсками и т.д. Из водорослей йод добывается в больших количествах, тогда как из воды его добывать очень трудно.

Из растворенных в морской воде газов наиболее важны кислород и углекислый газ. Нередко встречается также аммиак. В морях, из которых сток воды затруднен в океан (Черное море), на глубине скапливается сероводородный продукт разложения органических остатков. В Черном море глубже 183 м в связи с сероводородным заражением воды могут существовать только анаэробные бактерии.

По современным представлениям (академик Виноградов А.П.), только половина солевого состава океана произошла за счет эрозии материков, другая половина – за счет солей вулканического происхождения.

Краевые бассейны типа Черного моря характеризуются затрудненной циркуляцией воды. Черное отделено от Средиземного мелкими и узкими проливами. Вода на глубине его застаивается, быстро расходуется запас кислорода, а на дне накапливаются неразложенные органические вещества поступающие сверху. Верхняя зона опреснена за счет речного стока (соленость 16 г/кг), нижняя более соленая (22,5 г/кг). Ее минерализация поддерживается донным течением Босфорского пролива, несущим очень соленую воду Средиземного моря (38 г/кг), сразу же опускающуюся на дно. Органическое вещество на глубинах окисляется бактериями за счет восстановления сульфатов морской воды с образованием карбонатов и выделением сероводорода, который частично выделяется анаэробными бактериями при разложении белков. На дне моря накапливается черный ил и создается сероводородное заражение, убивающее (за исключением бактерий), все живые существа на глубинах превышающих 120-200 м.

Более слабое сероводородное заражение обнаружено в Готландской впадине Балтийского моря и в Каспийском море. В норвежских фиордах, отделенных от моря порогами, во время сильных штормов, глубинные сероводородные воды перемешиваются с поверхностными, вызывая массовую гибель фауны.

Солевой режим океанических вод меняется. Это подтверждается рядом явлений. Так, накопление огромных масс железистых кварцитов в допалеозойское время академик Страхов Н.М. объясняет незначительной соленостью вод древнего океана. Древние моря, по его мнению, представляли собой «огромные озероподобные бассейны с пресной или слабосолоноватой водой». Это обстоятельство способствовало осаждению железистых кварцитов в докембнрии на больших территориях, образуя огромные запасы (более 3 400 млрд.т.). Соли, растворенные в морской воде, способствуют осаждению коллоидов в виде хлопьев в прибрежной полосе, поэтому железистых кварцитов в палеозойское время и позже образуется мало.

Каспийское море, потерявшее связь с океаном, стало разбавляться речными водами.

На больших, так называемых критических или компенсационных глубинах, характеризующихся высоким давлением и низкой температурой воды, углекислота находится в особом полужидком состоянии. Это приводит к интенсивному растворению извести, накопление которой на этих глубинах прекращается. Критическая глубина в Тихом океане колеблется в пределах 4000-5100 м, в Индийском – 4500-5100 м, в Атлантическом – 3650-6000 м.

Давление на глубинах 10 км составляет 1000 кг/см². Температура на больших глубинах не превышает 2-3 градусов, а в полярных морях колеблется от 0,7 до 1,6 градусов. Плотность морской воды зависит от солености температуры и давления. В среднем при солености 35 г/км, температура 0 градусов, плотность воды на поверхности воды составляет – 1,02813 г/см³ , а на глубине 10 км – 1,07105 г/см³. Хотя сжимаемость воды невелика, но если бы ее не было, уровень океана поднялся бы на 30 м.

2.4 Планетарные морфоструктуры дна Мирового океана

Океаническое дно подразделяется на глубоководное ложе и подводные окраины материков. Большая часть океанов, ограниченная подножиями материковых склонов и глубоководными желобами, сопряженными с островными дугами называются талассократонами (в отличие от кратонов – материковой плиты, сложенной сиалическим материалом).

Талассократоны состоят из плоских абиссальных равнин, разделенных срединно-океаническими хребтами на обособленные котловины, названные Удинцевым Г.Б. (1972) талапленами.

Абиссальные глубоководные равнины (от греч. абиссос – бездна) располагаются на глубине 3-6 км и занимают почти 42 % площади океанов. Это простые аккумулятивные пространства с холмами и с глубоководными медленно накапливающимися отложениями (несколько миллиметров в 1000 лет).

Океанические поднятия – это срединно-океанические хребты или просто положительные формы рельефа, возвышающиеся над океанским ложем. Они занимают почти 30 % площади океана. Подводные поднятия – это наиболее молодые участки океанического дна, в пределах которых осадочный покров имеет небольшую мощность или отсутствует совсем. Поднятия деформированы трансформными разломами, выраженными в виде уступов или желобов, с амплитудой, превышающей 2 км. Сюда относятся сводово-глыбовые поднятия и вулканические хребты. В океанах большое количество гор. Природа большинства из них вулканическая. На континентах такого количества вулканических гор нет.

Среди подводных гор находятся и гайоты. Это горы с уплощенными вершинными поверхностями, эродированными в надводных условиях, а затем опущенных (иногда на несколько километров) под уровень поверхности океана.

Общее представление о распределении земной поверхности по ступеням высот и глубин в океанах дает гипсографическая кривая. По способу построения это график распределения высот и глубин.

Сравнивая батиграфические кривые отдельных океанов и Мирового океана в целом видим, что в Тихом, Индийском и Атлантическом океанах распределение глубин очень сходно и следует тем же закономерностям, что и распределение глубин по всему Мировому океану. От 73.2 до 78.8 % площади дна океанов лежит на глубинах от 3000 до 6000 м, от 14.5 до 17.2 % – на глубинах от 200 до 3000 м и только 4.8-8.8 % площади океанов имеют глубины менее 200 м. Соответствующие цифры для Мирового океана 73.8, 16.5 и 7.2 %.

Резко отличается структурой батиграфической кривой Северный Ледовитый океан, где пространства дна с глубинами менее 200 м занимают 44.3 %, а глубины, наиболее характерные для всех океанов (т.е. от 3000 до 6000 м), – всего 27.7 %. Эта особенность батиграфической кривой приближает Северный Ледовитый океан к крупным глубоководным морям типа Средиземного или Карибского (Степанов, 1959).

Несомненно, глубина моря или океана – одно из важнейших условий для развития различных природных процессов, и, прежде всего – развития жизни и осадкообразования, важное условие формирования рельефа и динамики геологических процессов. В зависимости от глубины океан обычно разделяют на батиметрические зоны:

1) литоральную, т.е. прибрежную, ограниченную глубинами в несколько метров;

2) неритовую – до глубин порядка 200 м;

3) батиальную – до 3 тыс. м;

4) абиссальную – от 3 тыс. до 6 тыс. м;

5) гипабиссальную - глубину более 6 тыс. м.

Пограничные глубины довольно условны, в отдельных конкретных случаях они сильно сдвигаются. Так, в Черном море абиссаль считается с глубины 2 тыс. м.

Морфологически материковая отмель и материковый склон – единая система. Материковую отмель можно рассматривать как часть поверхности материка, затопленную водами океана, а материковый склон – как склон материковой глыбы. Таким образом, на основе только морфологических особенностей намечается довольно четкое разделение дна Мирового океана на следующие основные элементы:

– подводную окраину материка, состоящую из материковой отмели, материкового склона и материкового подножия;

– переходную зону, состоящую обычно из котловины окраинного глубоководного моря, островной дуги и глубоководного желоба;

– ложе океана, представляющее собой комплекс океанических котловин и поднятий;

– срединно-океанические хребты.

К отрицательным формам рельефа дна океана относятся котловины, ложбины и океанические желоба (глубиной более 6000 м). Океанические глубоководные желоба – узкие и протяженные, в плане обычно дугообразные депрессии, располагающиеся вдоль внешнего края островных дуг, а также некоторых материков. Ширина желобов от 1 – 3 до нескольких десятков километров, а длина – сотни километров.

2.5 Типы земной коры

Выделяется несколько типов земной коры. Наиболее резкие различия отмечаются в строении земной коры материкового и океанического типов.

Земная кора материкового типа. По модели, предложенной Уорзеллом и Шербетом в 1965, средняя мощность земной коры материкового типа 35 км. По скорости распространения упругих волн в ней выделяют три слоя:

1) осадочный – мощность от нескольких сотен метров до 2 км;

2) гранитный – мощность 15-17 км, с плотностью 2,7 г/см³;

3) базальтовый – мощность 17-20 км, с плотностью 3,0 г/см³.

Океанический тип земной коры. Земная кора океанического типа в общем виде характеризуется следующим строением. Верхнюю ее часть составляет слой осадков со средней мощностью около 2 км.

Под ним лежит базальтовый слой, по существу не отличающийся от того, который образует нижнюю часть континентальной коры. Средняя мощность его 4,2 км. Таким образом, общая средняя мощность океанической коры без слоя воды всего 6,6 км, т.е. примерно в 5 раз меньше мощности материковой коры. Существенных различий в строении океанической коры под различными океанами не наблюдается.

Под срединно-океаническими хребтами земная кора настолько специфична по строению, что ее следует выделить в качестве особого типа. Над срединным хребтом Атлантического океана выделяется довольно тонкий и непостоянный по простиранию слой рыхлых осадков, залегающий главным образом в понижениях между гребнями и грядами срединного хребта. Ниже следует слой базальтов. Мощность его очень изменчива – от нескольких сотен метров до 3 км. Под ним залегают породы повышенной плотности. Складывается впечатление, что под срединными хребтами земная кора не имеет четко выраженной нижней границы и в целом образована более плотным веществом, чем базальтовый слой океанической коры.

Высказывается предположение, что земную кору под срединными хребтами слагают видоизмененные разуплотненные породы верхней мантии, которые здесь как бы частично замещают базальтовый слой. Полагают, что гребни срединных хребтов представляют собой зоны развития рифтовых структур, образующихся в результате нарушений земной коры под мощным давлением восходящих потоков вещества из верхней мантии. Бурение в областях гребней срединных хребтов показало, что здесь распространены базальты, и ультраосновные серпентинизированные породы. Таким образом, повышенная плотность нижнего слоя может быть объяснена смешением материала базальтового слоя и верхней мантии. Описанные свойства характеризуют глубинное строение срединных хребтов и их гребневой части. По мере удаления от нее крылья или фланги хребта постепенно утрачивают эти свойства, происходит постепенный переход к типичной океанической коре.

Тип земной коры переходных зон. Большой сложностью строения отличается земная кора под переходными зонами. В котловинах окраинных морей, входящих составными частями в эти зоны, шельф и материковый склон обычно сложены материковой корой, а глубоководная часть дна котловины – корой, по своему составу близкой к океанической, но отличающейся от нее значительно большей мощностью базальтового и осадочного слоев. Особенно резко возрастает толщина осадочного слоя. Второй слой обычно не выделяется резко, а происходит как бы постепенное уплотнение осадочного слоя с глубиной. Этот вариант земной коры был назван субокеаническим.

Под островными дугами, в одних случаях обнаруживается материковая земная кора, в других – субокеаническая, в третьих - субматериковая, отличающаяся отсутствием резкой границы между гранитным и базальтовым слоями и общей сокращенной мощностью. Так, типичная континентальная кора слагает Японские острова, южная часть Курильской островной дуги сложена субконтинентальной корой, а Малые Антильские и Марианские острова – субокеанической (по Г. Удипцеву, 1981; А. Монину и др., 1980).

Сложное строение имеет земная кора и под глубоководными желобами. Обычно борт желоба, который одновременно является склоном островной дуги, образован корой того типа, который характерен для островной дуги, противоположный борт – океанической корой, а дно желоба – субокеанической.

Контрольные вопросы

1. Что такое эвстазия? Причины вызывающие эвстазию. Климатические изменения на Земле связанные с эвстазией.

2. Региональные (эпейрогенические) колебания морей. Признаки этих колебаний.

3. Средняя соленость Мирового океана. Главные компоненты солености Мирового океана.

4. Сероводородное заражение в Черном море.

5. Что такое критическая глубина в океанах?

6. Батиметрические зоны океанов.

7. Элементы разделения дна Мирового океана.

8. Отличие материковой коры от океанической.