Глава 09. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ И ОКЕАНОВ (1119271), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Построенная таким путем кривая эвстатическихколебаний уровня океана приведена на рис. 9.6.При интерпретации кривой эвстатических колебаний уровня океана необходимоиметь в виду, что они происходят по четырем главным причинам. Во-первых, благодарядегазации мантии масса воды в океанах постепенно увеличивается. За времягеологической истории Земли, около 4 млрд лет, таким путем уровень океана в среднемподнялся на 4,5 км. Во-вторых, благодаря эволюционным изменениям тектонической266активности Земли. Эти изменения также очень медленные, с характерными периодамиколебания уровня океана порядка миллиарда лет (кроме архея, когда период колебанийснижался до 100 млн лет), но их амплитуда значительна и достигала ±1–2 км. Третьяпричина – это колебания тектонической активности Земли в связи с периодическимиперестройками структуры химико-плотностной конвекции в мантии.
Соответствующиеим колебания уровня океана происходят с характерными периодами около 100 млн лет иамплитудами δh ≈ ±200–400 м. Наконец, наиболее быстрые изменения уровня океана,всего за несколько тысяч лет, происходят по четвертой причине – благодарявозникновению и таянию покровных ледников на материках, расположенных вприполярных областях Земли. Периоды гляциоэвстатических колебаний океаническойповерхности обычно имеют порядок 100 тыс. лет, а их амплитуда достигает ±100–150 м.Рис. 9.6. Эвстатические колебания уровня Мирового океана в фанерозое: 1 – по работе (Vail et al., 1976); 2 –осредненная (огибающая) кривая; 3 – кривая эволюционного изменения уровня океана δh ; 4 – криваяэволюционного увеличения глубины океана, отсчитываемой от среднего уровня стояния гребней срединноокеанических хребтов hок (расчеты кривых 3 и 4 приводятся в разделе 9.2) ; 5 – периоды оледененийКривую 1 эвстатических изменений уровня океана, изображенную на рис.
9.6, мыосреднили, имея в виду, что показанные на ней резкие регрессивные скачки уровня океанасвязаны либо с быстрыми гляциоэвстатическими изменениями, либо являютсякажущимися, появившимися на кривой из-за пропуска и размыва регрессивныхосадочных серий. Результаты пересчета осредненной кривой эвстатических колебанийуровня Мирового океана (кривой 2) на среднюю скорость движения океаническихлитосферных плит приведены на рис. 9.7, а. Поскольку тепловой поток черезокеаническое дно пропорционален корню квадратному от средней скорости раздвиженияокеанических плит, то одновременно можно определить и средние тепловые потоки,пронизывавшие в фанерозое океанические плиты (рис.
9.7, б).267Рис. 9.7. Тектоническая активность фанерозоя (Сорохтин, Ушаков, 1991): а – в пересчете на среднююскорость движения литосферных плит; б – в пересчете на средние тепловые потоки через океаническое дно;штрихпунктирные линии – эволюционные изменения, соответственно скоростей движения океаническихплит и тепловых потоков через океаническое дно, изображенных на рис. 6.15 и 5.16Как видно из полученных графиков, отдельные пульсации тектоническойактивности Земли могут достигать 15–20%. В фанерозое наблюдалось три максимуматаких пульсаций: главный из них проявился в ордовике и силуре в эпоху каледонскойорогении около 500–400 млн лет назад, когда началось формирование вегенеровскойПангеи.
Второй, менее значительный максимум приходится на каменноугольный период –время герцинской орогении и продолжения формирования Пангеи. Эти активныеорогенические эпохи в триас-юрское время сменились относительно спокойным икоротким периодом стабильного существования суперконтинента Пангея. Последний,позднемеловой всплеск тектонической активности Земли был связан с распадом Пангеи изакрытием палеоокеана Тетис, на месте которого возник грандиозный АльпийскоГималайский горный пояс.Глобальные трансгрессии и регрессии морских бассейнов на континенты могутприводить к существенным перестройкам структуры биотических сообществ. Например,хорошо известна массовая и быстрая гибель многих видов кораллов на океаническихостровах в начале позднего мела.
Но именно в этот период была последняя глобальнаятрансгрессия, обусловленная увеличением средней скорости нарастания океаническойлитосферы, которая привела к “перекачиванию” карбонатов из океанов в мелководные,небывало обширные континентальные моря и к отложениям на их дне меловых осадков.Поэтому причиной гибели кораллов и многих видов моллюсков (например, рудист) всередине мелового периода явилось обеднение вод открытого океана карбонатом кальция(см. раздел 12.4).9.4. Гидротермальные процессы на океанском днеОценивая интенсивность первичной дегазации Земли, мы отмечали, что онапроисходила только с излияниями на земную поверхность ювенильных базальтовых магм,268в основном поступающих через рифтовые зоны срединно-океанических хребтов.Многочисленные гидротермальные источники в самих рифтовых зонах, напримеризливающиеся из так называемых “черных курильщиков”, вовсе не являютсяювенильными, так как вся протекающая через них вода имеет исключительноокеаническое происхождение.
Однако такие минерализованные источники могутсоздавать иллюзию первичных, что в корне неверно. Поэтому вопрос о вторичнойдегазации Земли рассмотрим подробнее.Открытие в конце 70-х годов на дне океанов интенсивной гидротермальнойдеятельности, связанной с функционированием наиболее активного пояса подводноговулканизма в рифтовых зонах Мирового океана, привело к пересмотру многих взглядов напроблему происхождения некоторых полезных ископаемых континентов, напримергидротермальных месторождений сульфидов и других минеральных образованийофиолитовых зон складчатых поясов Земли. Эти же открытия позволили выявитьбольшую роль экзогенного вещества в процессах формирования гидротермальных руд,например гидроксильных групп в гидросиликатах или сульфатной серы в сульфидах, атакже определить механизмы образования абиогенного метана в гидротермальныхисточниках.К настоящему времени уже выполнены большие объемы фундаментальныхисследований гидротермальной деятельности на океаническом дне.
Начиная с 1978 г.,после открытия гидротермальных источников в Галапагосском рифте, количество работ,посвященных гидротермам океанического дна, массивным сульфидным рудам и другимгидротермальным минеральным образованиям, резко возросло. Отметим лишь двеобзорные работы А.П. Лисицына, Ю.А. Богданова и Е.Г. Гурвича “Гидротермальныеобразования рифтовых зон” (1990) и П. Рона “Гидротермальная минерализация областейспрединга в океанах” (1986), в которых приведена обширная библиография, посвященнаяизучению этих объектов.Однако впервые предположение о существовании мощных гидротерм вокеанических рифтовых зонах Земли и заключение об экзогенной природециркулирующей в них воды было высказано теоретическим путем еще в начале 70-х годовК.
Листером (Lister, 1972) и одним из авторов данной работы, О.Г. Сорохтиным (1973),т.е. еще задолго до фактического открытия самих горячих источников на океаническомдне в 1977–1978 гг. В последней работе была оценена и суммарная мощностьгидротермальных процессов в срединно-океанических хребтах Земли. Такойтеоретический прогноз о существовании мощнейшей системы гидротермальныхисточников в рифтовых зонах и на склонах срединно-океанических хребтов был сделанпутем сопоставления расчетной зависимости удельных теплопотерь океаническихлитосферных плит от их возраста с эмпирически измеренными тепловыми потоками,пронизывающими эти же склоны срединно-океанических хребтов (см. рис. 5.12). Приэтом учитывалось, что эмпирические данные позволяли измерить только кондуктивнуюсоставляющую тепловых потоков, тогда как теоретические расчеты давали полныйтепловой поток.
Отсюда следовало, что их разность определяла конвективный выностепла океаническими водами, циркулирующими по трещиноватой среде земной коры врифтовых зонах и на склонах срединно-океанических хребтов. О грандиозности явленияконвективной “промывки” океанической коры морскими водами можно судить поподсчетам соответствующих теплопотерь.
Оказалось, что с гидротермами в сумметеряется около 30% всей излучаемой Землей эндогенной энергии, оцениваемой примерноQ&=(4,2–4.3)·1020 эрг/с. Таким образом, термальными водами сейчас выносится не менееθ&= 1,29·1020 эрг/с, или около 3,07·109 кВт тепловой энергии Земли (30% от 4,3·1020 эрг/с).В горячих источниках типа “черных курильщиков”, встречаемых в рифтовыхдолинах срединно-океанических хребтов, предельный разогрев воды всегда лимитируетсяее критической температурой Ткр = 374 °С. Это связано с тем, что при температурах,269превышающих критическое значение, вода превращается в газовый флюид, объемкоторого V, как у газа, меняется обратно пропорционально давлению p, поскольку тогдаpV = const. Это приводит к быстрому и очень эффективному удалению перегретых водныхфлюидов из системы открытых трещин за счет того, что плотность флюида при егоподъеме уменьшается пропорционально уменьшению давления.
Кроме того, при Т > Ткрвода полностью теряет свои капиллярные свойства, играющие определяющую роль впропитывании ею пород коры. В результате оказывается, что в системе сообщающихся споверхностью дна трещин вода просто физически не может попадать на уровни стемпературой, превышающей 374 °С, а этим определяются и предельные температурызеленокаменного метаморфизма пород океанической коры, возникающего благодаряфункционированию горячих источников типа “черных курильщиков”.Геологические данные полностью подтверждают сделанный вывод. Так, изучениесостава офиолитовых комплексов, являющихся фрагментами океанической коры,надвинутыми на континенты, показывает, что породы, слагающие эти комплексы(базальты, долериты, габбро и серпентиниты), изменяются только до фациизеленокаменного метаморфизма (метаморфизма зеленых сланцев) с предельнойтемпературой не превышающей 400 °С (округленно).
Это говорит о том, что метаморфизмпород океанической коры действительно происходит в условиях существования открытых(сообщающихся с поверхностью) путей проникновения воды в кору. Отсюда следует, чтовсе более высокие степени температурного метаморфизма, например амфиболитовая игранулитовая фации, могут возникать только в закрытых условиях, препятствующихудалению воды из системы вступающих в реакцию с ней пород. Такие условия обычновозникают в зонах субдукции, насыщаемых водой, благодаря дегидратации затягиваемыхв них пород океанической коры. Правда, изредка и в рифтовых зонах могут складыватьсяусловия возникновения амфиболитовой фации метаморфизма. Например, приобразовании сбросов, формирующих рифтовые долины медленноспрединговых хребтов,породыдайковогокомплекса,прошедшиепреобразованиезеленокаменногометаморфизма, могут вновь погружаться в магматический очаг под рифтовой зоной.Поскольку в породах зеленокаменного метаморфизма вся вода находится только всвязанном состоянии, то при этом произойдут преобразования прогрессивногометаморфизма с образованием амфиболитовой фации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
