История Земли
Шрифт:
Глубоководная область океана по площади в пять раз больше всех шельфов, вместе взятых. Многое из того, что сейчас известно об отложениях на этих огромных глубинах, мы узнали только после 1950 г (Еще позже началось бурение дна океана, производимое с судна США "Гломар Челенджер".
– Прим. ред). В это время во всем мире начала проводиться обширная международная программа изучения дна океана. Донные отложения слоисты, некоторые образцы содержат слои, представляющие собой результат непрерывного накопления осадков в течение десятков тысяч лет геологического времени.
Рис. 16. Континентальные шельфы (показаны черным), если взять их все вместе, увеличивают площадь континентов примерно на 10%. Карта составлена в необычной проекции, чтобы избежать искажений площади континентов и шельфов. Все они показаны почти в одном масштабе (шельфы
После высушивания керн разделяется на тонкие срезы для изучения под микроскопом. Под большим увеличением можно видеть, что осадок состоит из скопления отдельных разнообразных частиц. Произведя их классификацию и выделив три различные группы, можно установить источник и способ образования осадков. Первая группа, наибольшая по объему, состоит из крохотных раковин и скелетов морских животных и растений, представляя огромное количество ископаемых остатков очень небольшого размера. Очевидно, эти осадки являются "местными", образовавшимися в самом океане. Многие раковины состоят из минерала кальцита (СаСО3). Кальций, входящий в его состав, имеет долгую историю. Он является продуктом химического выветривания горных пород на континентах. Раствор кальция в грунтовых водах просачивается в реки и выносится ими в море. Там его извлекают из воды мелкие морские организмы и соединяют с углеродом и кислородом, растворенными в морской воде в виде двуокиси углерода. Из этого соединения - кальцита - организмы строят свои панцири.
Другая группа тонких частиц по происхождению чужда океану; она принесена с суши. Эти частицы имеют различное происхождение. Среди них есть глинистые минералы, образованные при выветривании полевых шпатов и других минералов на поверхности континентов и затем вынесенные в море реками. Их частицы настолько малы, что, прежде чем попасть в виде отложений на дно, они уносятся далеко от суши, на которой образовались. Другие глинистые частицы, тоже являющиеся продуктами выветривания, были подхвачены ветром на сухих участках и принесены им в море, где они упали в воду и медленно опустились на дно. Некоторые тонкие частицы были выброшены в воздух при извержении вулканов и в конце концов достигли дна моря. Они, конечно, не являются продуктами выветривания. Это "новые" минералы, образовавшиеся непосредственно из магмы.
Таким образом, вторая группа морских донных осадков образовалась на континентах и затем была вынесена в море по рекам или попала в него через атмосферу. Третья группа, незначительная по количеству, состоит из мельчайших частиц, которые попадают в атмосферу Земли в виде метеоритов и в конце концов падают в океан. Они чужды Земле и попадают на нее из космического пространства.
Отложения континентальных шельфов
После того как мы произвели опробование отложений в глубинах океана и разобрались в том, из каких частей они состоят, мы можем обратиться к континентальным шельфам.
Пробы шельфовых отложений более разнообразны. Мы располагаем не только образцами с поверхности шельфа, но также данными буровых скважин, проникших глубоко в толщу его пород. Как поверхностные пробы, так и образцы с глубины свидетельствуют о том, что шельф не похож на дно океана. Шельф слагается в основном слоями песка, ила и глины или их сцементированных аналогов - песчаника, алевролита, аргиллита (Отложения шельфа часто нефтеносны.
– Прим. ред). Таким образом, часть осадков еще не сцементирована, а часть представляет собой осадочные породы. Почти все эти осадки образовались на континентах в ходе различных процессов выветривания и были перенесены, главным образом реками, на мелководье в пределах шельфов. Здесь сравнительно крупные и потому довольно тяжелые частицы осадков вскоре оседали на дно. Это происходит сейчас и происходило в прошлом, как свидетельствуют пласты, залегающие под поверхностью шельфа. Мы видим, что в настоящее время, как и в прошлом, осадки, выносящиеся реками в море, оседают на континентальных шельфах, за исключением небольшой доли наиболее тонких частиц, которые достигают глубоководных областей. Таким образом, хотя реки - это, безусловно, основные пути переноса осадков с континентов в океан, они не могут уносить отложения далеко от берегов континентов. Поэтому, когда континент размывается, продукты его размыва уносятся реками и образуют шлейф, окаймляющий массив суши. Эти отложения участвуют в формировании шельфов и постепенно увеличивают площадь континента.
Как растет шельф
Мы можем получить более отчетливое представление о том, как разрастаются шельфы, на примере части Атлантического шельфа Северной Америки, лежащей у берегов штата Северная Каролина. Мы располагаем необычайно богатой информацией о строении этого шельфа, полученной геофизическими исследованиями и глубинным бурением при поисках нефти и газа.
На рисунке 17 можно видеть морские отложения, окаймляющие побережье и подстилающие его. Такие отложения достигают местами 3,2 километра, мощности, однако при детальном изучении выявлены такие их физические свойства, которые присущи мелководным отложениям, и комплекс ископаемых организмов, обитавших на мелководье. Эти слои не могли образоваться на глубине более трех километров. Но тогда как же могли накопиться такие мощные слои? Эта задача может быть решена, если мы предположим, что земная кора вдоль континентальной окраины медленно прогибалась одновременно с накоплением слоев осадков. В этом случае совсем не обязательно, чтобы в какой-либо момент глубина была особенно большой. Таблица 1 показывает, что прогибание, если оно имело место, должно было быть очень медленным. Мы можем судить об этом потому, что меловой период, в течение которого отложилась большая часть осадков, длился более 80 миллионов лет. Залегающие выше кайнозойские слои маломощны по -сравнению с нижележащими. Представляется вероятным, что прогибание и накопление осадков в основном происходило ранее образования позднейших кайнозойских слоев. Если мы предположим (в соответствии с изображенной на рис. 17 картиной), что трехкилометровая толща отложений накопилась за 80 миллионов лет, то средняя скорость прогибания составит немногим более одного миллиметра за 30 лет. С точки зрения человека скорость накопления около 2,5 миллиметра за время жизни одного поколения представляется ничтожной. Но в геологических масштабах времени накапливающиеся отложения очень скоро становятся мощными и тяжелыми, и это влечет за собой важные последствия. Особенно значим вес этих огромных масс породы. Он вызывает прогибание шельфа, что создает условия для накопления сверху новых толщ отложений.
Рис. 17. Прибрежная равнина и континентальный шельф в Северной Каролине, которые сложены кайнозойскими, меловыми и более древними отложениями, накапливавшимися в мелководном (шельфовом) море. Ниже этих слоев, постепенно погружавшихся и достигших большой мощности, залегают палеозойский и более древние метаморфические породы. Отметьте сходство с рисунком 14. Накопление осадков на шельфах увеличивает площадь континентов
Кроме того, на некоторых участках побережья (не показанных на рис. 17) слои, слагающие шельф, изогнуты таким образом, что создают длинные узкие впадины, параллельные берегу. Эти впадины служат как бы ловушками, в которых скапливаются более молодые осадки. Существование впадин является еще одной причиной того, почему большая часть продуктов разрушения континентов отлагается вблизи материковых окраин, а не уносится дальше в океан. Действительно, по данным расчетов, около 9/10 всех осадков, поступающих с суши, отлагается на континентальных шельфах или их внешних склонах. Только 1/10 часть осадков представляет настолько мелкие частицы, что они уносятся дальше и отлагаются в глубоководных областях дна океана.
Таким образом, очевидно, что отложения, которые сносятся с континента, осаждаются вокруг континентальных окраин и образуют своего рода платформы, которые постепенно надстраивают внешнюю часть материка. Объем их огромен. Общая площадь шельфов во всем мире составляет в настоящее время около 57% общей площади материков. Но далеко не вся толща материала, слагающего шельфы, заслуживает названия "осадков". Значительная часть его уже преобразована в осадочные породы. Это преобразование явилось в основном результатом воздействия медленно циркулирующих грунтовых вод, постепенно отлагавших в порах между частицами осадка цементирующее вещество. Со временем другие процессы поднимут "новые" пласты осадочных пород и сделают их частью собственно континента.
Однако на этом история роста континентов далеко не заканчивается. Новообразованные пласты становятся частью суши и подвергаются разрушительному действию эрозии. При этом продукты эрозии неизбежно будут снова выноситься в море и создавать новый шельф. Мы можем с некоторой уверенностью предсказать это, так как имеющиеся данные показывают, что подобные условия неоднократно были в прошлом. Большая часть морских осадочных пластов, которые мы сейчас находим на континентах, представляет собой мелководные осадки, накапливающиеся на глубине до 200 метров, а не такие, какие мы находим на дне океана на больших глубинах. Размер частиц осадков, особенности слоистости, а также ископаемые остатки, содержащиеся в осадках, - все свидетельствует об одном и том же. Мы имеем дело главным образом с мелководными морскими отложениями, накопившимися или на шельфе у окраины континента, или в ложбинах и впадинах во внутренней части континента.
Рис. 18. Возраст гранитных и метаморфических пород, определенный радиометрическими методами, позволяет выделить в Северной Америке три геологические провинции, последовательно образовавшиеся и в плане образующие концентрический рисунок. Условные обозначения: 3 - моложе 600 миллионов лет; 2 - от 1 до 2,5 миллиарда лет; 1 - старше 2,5 миллиарда лет
Это означает, что ббльшая часть материала горных пород снова вовлекается в кругооборот, не попадая в сферу воздействия больших глубин океана. Действительно, в течение миллиардов лет континенты, по-видимому, надстраиваются путем аккумуляции по мере того, как накопившиеся осадки, преобразованные в породы, включаются в состав континента. Но эти "новые" породы по большей части представлены материалом шельфа, состоящим из уплотненных наносов, образовавшихся при размыве самого континента. Таким образом, континент до некоторой степени надстраивается и расширяется частично за счет продуктов своего же разрушения.