Разломы рассекают края плит, из которых состоит океанское дно. Некоторые из них пересекают весь океан.
Вступление
То, что на земной поверхности наиболее расчлененный рельеф имеет океанское дно, стало ясно немногим более двух десятилетий назад. Вначале была обнаружена система срединно-океанических хребтов — цепь подводных гор, которая пересекает основные океанские котловины и имеет протяженность около 60 тыс. км.
Это, безусловно, самая длинная горная цепь на Земле. Сопоставление данных по рельефу основных океанских котловин выявило сложность геометрии цепи: во многих местах гребни срединно-океанических хребтов смещены по латерали на расстояния от нескольких километров до нескольких сотен километров.
Особенно распространены такие смещения на Срединно-Атлантическом хребте: если следовать вдоль его гребня, они будут встречаться через каждые 50-100 км. Большинство смещений невелико: чтобы найти продолжение хребта, необходимо переместиться от него менее чем на 30 км.
Некоторые смещения имеют гораздо большую величину. Типичное крупное смещение представляет собой глубокую впадину, соединяющую окончания двух сегментов хребта. Впадина ограничена поднятиями, которые простираются примерно вдоль нее. Эти поднятия называются поперечными, или трансформными, хребтами.
Примечательно, что впадина и ограничивающие ее хребты могут быть отчетливо прослежены за гребнями тех сегментов хребта, которые они соединяют. Таким образом, впадина и поперечные хребты образуют протяженные нарушения рельефа дна, которые именуются океаническими зонами разломов.
Литосферные плиты
Первым ключом к разгадке природы зон разломов явилось, по-видимому, установление того факта, что в окрестности гребня срединно-океанического хребта имеют место интенсивная сейсмическая и вулканическая активность и высокий тепловой поток, идущий из недр Земли.
Теория тектоники плит объяснила и это, и другие открытия. Один из постулатов теории состоит в том, что новая океаническая кора образуется вдоль оси срединно-океанических хребтов и присоединяется к крупным плитам, составляющим дно океанических котловин.
Плиты переносят кору от гребней хребтов со скоростями от 1 до 20 см/год. Таким образом, гребни являются осями спрединга океанического дна. В некоторых случаях, в том числе в Атлантическом океане, смещающиеся плиты раздвигают континенты, чем и обеспечивают их дрейф.
Геологическая значимость латеральных смещений гребней оставалась, однако, неясной до тех пор, пока в 1965 г. Дж. Вильсон из Торонтского университета не ввел концепцию “трансформного разлома” в гипотезу спрединга океанического дна.
Согласно этой концепции, одна плита уносит кору с одной стороны от гребня хребта, а другая — с другой. Вследствие этого вдоль линии смещения двух сегментов хребта блоки коры должны скользить относительно друга друга, двигаясь в противоположных направлениях. Смещение и представляет собой активную часть трансформного разлома. Геологи называют такое место зоной сдвиговых перемещений.
Чем определяется наличие глубоких впадин вдоль трансформных разломов?
Здесь, вероятно, играет роль несколько факторов. Новая океаническая кора формируется в основном вдоль оси срединно-океанического хребта вследствие подъема базальтовой магмы, образующейся в мантии на глубине порядка 30—60 км ниже дна.
Выходя на поверхность, магма охлаждается и застывает. Уровень, на который поднимается магма (он соответствует глубине, на которой располагается ось хребта), определяется количеством магмы, ее температурой и вязкостью, а также замедлением ее подъема за счет взаимодействия с относительно холодными стенками подводящих магматических каналов. Двигаясь от гребня, кора постепенно остывает и сжимается.
Поэтому, чем древнее дно и чем больше расстояние от оси, где кора была сформирована, тем больше глубина, на которой располагается дно.
Эта связь выражается простой зависимостью, хорошо подтвержденной в трех основных океанах:
- Атлантическом;
- Тихом;
- Индийском.
Глубина океана увеличивается пропорционально корню квадратному из возраста коры.
На трансформном разломе эта простая зависимость нарушается: впадина является по существу аномально глубокой областью океанского дна.
В месте соприкосновения с трансформным разломом молодой, неостывший гребень сегмента хребта соседствует с более древней и холодной литосферой.
Литосфера включает в себя кору и относительно жесткую верхнюю часть мантии. Мощность коры и мощность верхней части мантии в сумме составляют мощность литосферной плиты.
Следовательно, горячий материал, поднимающийся вдоль оси хребта вблизи трансформного разлома, должен взаимодействовать с холодной стенкой. Поэтому он должен «замерзать» на более низком уровне, образуя депрессию в месте пересечения гребня и трансформного разлома.
Типы пород
Оказалось, что в собранных образцах наиболее широко представлены два типа пород:
- Первый из них — перидотиты. В минеральном отношении это породы, состоящие главным образом из оливинов, пироксенов и шпинели. В свою очередь оливины и пироксены представляют собой силикаты таких элементов, как магний и железо.
Содержание магния в перидотитах велико: концентрация оксида магния достигает 40%. В базальтах (породах, характерных для океанической коры) магния в четыре раза меньше.
По внешнему виду перидотиты темные, серо-зеленые, имеют большую плотность, обычно 3,2 г/см3.
Такое значение плотности соответствует предположению о том, что перидотиты входят в состав верхней мантии.
- Габбро — второй доминирующий тип в образцах пород. По минеральному и химическому составу габбро очень напоминают базальты: они состоят главным образом из силикатов кальция и алюминия, образующих такие минералы, как полевой шпат.
По физическим свойствам габбро также похожи на базальты: они темно-серые, имеют плотность около 2,8 г/см3.
Основное различие между габбро и базальтами в том, что кристаллы в габбро крупнее. Можно заключить, что как габбро, так и базальты образуются в результате частичного плавления перидотитов в мантии.
. Ключевым является тот факт, что оба типа пород, распространенные в трансформных разломах, — перидотиты и габбро, — изначально, как правило, располагаются на глубоких уровнях: перидотиты — в верхней мантии, габбро — в нижней части коры.
Теория об островах
Нельзя сказать, что вывод о подъеме глубинных пород в океанических зонах разломов был сделан лишь на основании анализа образцов, добытых при драгировании и с помощью обитаемых подводных аппаратов.
Известен по крайней мере один пример массива, сложенного материалом мантии, вершина которого находится выше уровня моря. В середине Атлантики к северу от экватора из глубин океана поднимаются крошечные острова Сан-Паулу.
В 1831 г. Чарльз Дарвин, плававший на корабле «Бигль», совершил непродолжительную высадку на этот пустынный кусочек суши. Дарвин обнаружил, что в геологическом отношении острова весьма необычны: было похоже, что они имеют не вулканическое происхождение.
В настоящее время известно, что острова сложены перидотитами и представляют собой фрагменты верхней мантии, которые были подняты вблизи пересечения трансформного разлома Сан-Паулу с гребнем Срединно-Атлантического хребта.
Более того, сейчас установлено, что отдельные части других поперечных хребтов в экваториальной Атлантике совсем недавно, в геологическом смысле этого слова, поднимались над уровнем моря. По трансформному разлому Вима, расположенному на 11° с.ш., гребень Срединно-Атлантического хребта смещен примерно на 300 км.
Вдоль всего смещения, ограничивая трансформный желоб с юга, вытянулся поднятый блок океанической коры. Вершина его находится на глубине всего 600 м ниже уровня моря. Детальный анализ проб показывает, что этот блок перекрыт рифовыми известняками, аналогичными тем, что окружают острова (такие, как Багамские, например).
Итог
И так, можно утверждать, что вертикальные тектонические движения, приводящие к появлению участков дна с аномально малыми глубинами в трансформных зонах, порождаются главным образом напряжениями сжатия.
Напряжения возникают в результате переориентации трансформного разлома, вызываемой изменениями направления перемещения плит. Пока не хватает данных, на основании которых можно было бы подтвердить это количественно. Необходимы измерения деформаций в коре и обширные исследования образцов горных пород.
Наиболее близко к получению количественных оценок подводят исследования на трансформном разломе Вима. Именно там в начале 70-х годов Т. Ван-Андел из Скриппсовского института обнаружил к югу от активной в настоящее время части трансформного разлома ряд неактивных трансформных долин.
Каждая из них располагается под углом от 10 до 15° по отношению к активной части разлома.
Кроме того, каждая такая долина прослеживается только там, где океаническая кора имеет возраст более 10 млн. лет.
Эти наблюдения могут быть интерпретированы следующим образом: свыше 10 млн. лет назад к югу от современного местоположения разлома Вима существовал активный трансформный разлом, оконечность одного из сегментов Срединно-Атлантического хребта, а именно тех сегментов, которые соединял разлом, продвигалась в то время на север.
