Мир глазами геолога

С первых же шагов глубоководного бурения ученые встретились с неожиданностями. Скважины, заложенные на глубинах воды до 3–4 тыс. м., вошли в мягкий неуплотненный осадок. Прошли бурением 10, 20, 200 м — все по-прежнему неуплотненные породы. Более того, поднятые на поверхность образцы пузырились и пенились. По микрофауне, заключенной в образцах, определили их возраст — мезозой — это порядка 70 млн лет! Каким образом за такой длительный срок осадки не уплотнились? Почему образцы пенились и пузырились, понятно — на морском дне и под ним осадки находились под давлением нескольких десятков мегапаскалей (МПа). Но что же препятствовало уплотнению? Как ни странно на первый взгляд, то же самое давление, вызываемое столбом морской воды. В порах осадка содержится вода, которая гидростатически связана с морем. Для того чтобы осадок уплотнился, необходимо преодолеть это давление. Учитывая удельный вес минеральной массы осадка, на указанной глубине его мощность должна превысить 1300 м. На шельфах при мелком море (средняя глубина 130 м) и быстром накоплении осадка последний начнет уплотняться уже при толщине всего 30 м. Приведенные рассуждения справедливы только до того времени, пока вода в порах осадка свободно гидростатически связана с водами моря. Если на поверхности осадка или в его толще появится непроницаемый слой, то под ним осадок начнет быстро уплотняться.

Еще до начала глубоководного бурения океаны исследовались геофизическими методами: магнитометрией, гравиметрией и сейсмикой. Оказалось, что магнитное, гравитационное и сейсмическое поля в океанах отличаются от таковых на материках. В результате было установлено, что строение земной коры под океанами иное, чем под континентами.

Строение земной коры на континентах представляется примерно следующим:

1. Осадочный слой мощностью от 0 до нескольких километров, в глубоких впадинах до 15–20 км. Скорость прохождения сейсмических волн по этому слою менее 5 км/с, плотность его 2,3–2,6 г/см³.

2. Гранитный слой мощностью до 15–20 км, скорость прохождения сейсмических волн 6,5–7,2 км/с, плотность 2,7 г/см³.

3. Базальтовый слой со скоростью прохождения сейсмических волн 7,5 км/с и плотностью пород порядка 3,0 г/см³.

За нижнюю границу земной коры принимают отражающую поверхность Мохоровичича. Эта граница выделяется по резкому возрастанию скоростей продольных сейсмических волн до 8 км/с и более. Глубина залегания поверхности Мохоровичича в среднем составляет 35 км, опускаясь иногда до 60–70 км.

Названия «гранитный» и «базальтовый» слой чисто условное. Речь идет о породах, в которых скорости прохождения сейсмических волн и плотность близки к таковым у гранитов и базальтов. На самой глубокой в мире скважине на Кольском полуострове (глубина скважины уже 12,5 км, и она будет возрастать) при пересечении границ гранитного и базальтового слоев каких-либо существенных изменений в составе пород не было отмечено.

Кора такого континентального типа распространена на шельфе, материковом склоне и часто на материковом подножии. Далее в сторону океана происходят резкие изменения:

1. Слой воды средней мощностью 4–4,5 км.

2. Слой неуплотненных осадков мощностью 0,7–1,0 км со скоростью продольных волн 1,5–4,5 км/с и средней плотностью 2,3 г/см³.

3. Второй слой осадков со средней мощностью 1,7 км, скоростью упругих волн 5,1–5,5 км/с и плотностью 2,55 г/см³.

4. Базальтовый слой с теми же параметрами, что и у коры континентального типа, мощностью 4,2 км.

Обращает на себя внимание прежде всего значительно меньшая мощность земной коры под океанами — без слоя воды всего 6–8 км, против 35–40 и даже 60 км на континентах. Отсутствует гранитный слой, а мощность осадочных пород находится в пределах первых километров.

Наблюдаются некоторые особенности в строении земной коры под срединными хребтами. Здесь отсутствует четкая граница Мохоровичича. Под вторым слоем залегают породы, в которых скорость упругих волн 7,2–7,8 км/с, т. е. больше, чем в базальтовом слое, и меньше, чем на границе Мохоровичича.

В настоящее время широко распространена гипотеза «новой глобальной тектоники». В соответствии с ней в астеносфере наблюдаются конвекционные движения вещества. В местах подъема конвекционных потоков формируются срединно-океанические хребты, через которые на поверхность поступает глубинный материал. Из этого материала образуются плиты земной коры. Границами плит служат срединно-океанические хребты (подъем материала) и глубоководные желоба (погружение материала). По мере поступления нового ранее поступивший материал оттесняется в стороны от рифтовой зоны, вызывая тем самым перемещение плит и находящихся на некоторых из них материков. Таким образом, на месте глубинных океанических хребтов происходит расширение — спрединг земной коры и возникновение новой коры.

В глубоководных желобах материал земной коры погружается и перерабатывается (субдукция). В соответствии с гипотезой «новой глобальной тектоники>л общего расширения земной коры может и не происходить, так как новообразования в какой-то своей части компенсируются субдукцией.