2. Некоторые особенности строения дна океанов

Как отмечено выше, расширение Земли, по-видимому, уже с верхнего протерозоя могло вызвать Океанообразование, и заложе­ние впадины Тихого океана, вероятно, относится к докембрипскому времени. Но бурение до сих пор не выявило в его пределах осад­ков древнее юры. На первый взгляд этот факт согласуется с «тек­тоникой плит» и ее «эскалаторным» механизмом образования оке­анов на глобусе, имеющем постоянный" объем, и многие исследо­ватели полагают, что более древних осадков там не может быть. поскольку дно этой впадины периодически обновляется.

Однако следует учитывать, что базальты, подстилающие осад­ки, разбуривались лишь на первые десятки метров и нельзя быть уверенным, что под ними не скрыты более древние осадочные об­разования, тем более, что некоторые скважины пересекали ба­зальты и вновь входили в осадочные образования. Полагают, что в данном случае перебуривались маломощные базальтовые силлы-

_так как в подводных условиях покровы якобы не могут иметь ши­рокого распространения из-за быстрой закалки и охлаждения лав. Поэтому, несмотря на широчайшее проявление базальтоидного вулканизма в Тихом океане, считается, что захоронения осадков _не могло происходить, поскольку образуются только постройки центрального типа, занимающие сравнительно небольшие пло­щади.

Однако в центральной части Тихого океана были обнаружены (Мурдмаа, Рудник, Скорнякова, 1973) тончайшие (сантиметровые) базальтовые покровы на поверхности пелагических осадков, свя­занные с трещинными излияниями в стороне от вулканических по­строек центрального типа. Явные следы течения и небольшая, вы­держанная на большой площади мощность свидетельствуют о воз­можности свободного, незатрудненного растекания базальтовых лав в глубоководных условиях (причины этого еще следует вы­яснить).

г Принципиальное значение этого факта очень велико, так как он позволяет предполагать возможность захоронения осадочных образований базальтовыми покровами трещинных излияний и, сле­довательно, возраст дна океана не может оцениваться по возрасту базальтов, вскрываемых бурением.

Остановимся на некоторых следствиях, вытекающих из пред­лагаемой концепции, которые, с нашей точки зрения, позволяют понять особенности строения океанического ложа.

Согласно нашей концепции начальные этапы геологической истории земного шара представляются весьма отличными от по­следующих. Во-первых, Земля имела гораздо меньшие размеры по сравнению с современными. Во-вторых, если мы принимаем в качестве основной причины развития планеты радиогенное тепло, то выход преобладающей части этого тепла (от долгожнвущих изотопов) должен был произойти в начальные этапы развития планеты, в первые 1,5—2 млрд. лет ее истории (Любимова. 1968), т. е. в архейскую эру. Естественно считать, что образование енли-катно-окненой внешней геосферы и формирование сиалической ко­ры также имели место в самую раннюю эру, так как масштабы этих процессов должны быть связаны с количествами тепла, гене­рируемого в недрах Земли. По всей вероятности, эти внешние обо­лочки в основном были выделены именно в архес. При этом ано­мально высокий тепловой поток и большая сила тяжести (в связи с большей плотностью планеты) могли обеспечить образование Пород высоких ступеней метаморфизма (гранулнтовых и амфибо-литовых фаций) в верхних горизонтах коры, близких к поверхно­сти .земли.

Однако, как было показано выше, расширение Земли, наобо­рот, имело место преимущественно в более поздние этапы ее раз-^вития. Отсюда следует, что в океанах, где длительное время про-^исходнло и происходит растяжение, древняя сиалпческая кора Должна быть порвана и растащена, а силикатно-окисная оболочка

(слой В), по всей вероятности, в связи с ее растяжением будет значительно тоньше, чем под континентами.

Определение глубины залегания проводящей мантии (в нашей трактовке—металлической) подтверждает это предположение. Так, под Северным Сахалином (т. е. в переходной зоне от конти-. нента к океану) проводящая мантия залегает на глубине 100 км («Результаты...», 1972), у берегов Калифорнии — на глубине 75 км (Сох, 1966).

На континентах в зонах современного рифтообразования глу­бина ее залегания еще более уменьшается: до 40 км в зоне Бай­кала (Любимова, 1968) и до 20—30 км в северо-восточной части Канады на продолжении Лабрадорского рифта. В последнем слу­чае представляется- сомнительной связь электропроводности с вы­сокими температурами в коре, так как они должны были бы до­стигать в достаточно протяженной зоне 1400°С (Рикитаки, 1968), что близко к температурам плавления пород и н& могло бы не сопровождаться проявлениями вулканизма.

Можно предположить, что в рифтовых зонах срединно-океани-ческих хребтов, где суммарное растяжение намного больше и по­стоянно нарушается сплошность верхних оболс-чек планеты, метал­лическая мантия поднимается до близповерхностных горизонтов.

Рифтовые зоны океанов обладают многими аномальными гео­физическими свойствами. В их пределах выявлены резкие повы­шения глубинных тепловых потоков (Менард, 1966; Хизен, 1966; и др.), которые протягиваются в виде полос вдоль осевых зон и сопровождаются мощными магнитными аномалиями, получившими название рифтовых. Напряженности магнитного поля здесь ока­зались настолько значительными, что их трудно объяснить разли­чиями в остаточной намагниченности горных пород срединно-оке-анического хребта (Удинцев, 1969). Гравиметрические исследова­ния показали закономерное уменьшение силы тяжести (в редукции Буге) над осевыми зрнами хребтов и особенно низкие значения над рнфтовыми долинами (Хизен, 1966; «Исследования...», 1972). Кроме того, кора в осевых зонах резко утонена за счет вспучива­ния мантии, которая под осевой зоной отличается значительным понижением скоростей прохождения сейсмических волн. Выска­зываются опасения, может ли вообще этот слой в осевой зоне на­зываться-корой, если под ним не наблюдаются обычные для ман­тии (8 км и более) скорости прохождения сейсмических волн (Ме­нард, 1966).

По мнению Б. Хизена, геофизические особенности средннпо-океанических хребтов можно объяснить близповерхностным внед­рением в их осевые части гипотетического вещества с понижен­ными скоростями прохождения сейсмических зон, пониженной плотностью и резко повышенной магнитной восприимчивостью (рис. 10). Он не уточняет, что это за вещество. Но многие другие исследователи полагают, что здесь должны быть крупные, еще не остывшие интрузивы (ультрабазитовые или габбро-перндотито­ные), температурой которых объясняются и тепловые по­токи, и разуплотнение, вызывающее снижение скоростей сейсмиче­ских волн и отрицательные аномалии силы тяжести. Однако, чтобы обеспечить такое разуплотнение, температуры должны быть по­рядка 1000°С. Тогда возникает вопрос: с чем связаны рифтовые аномалии магнитного поля? При таких температурах, значительно "превышающих точку Кюри, магнитная восприимчивость пород бу­дет равна нулю и, таким образом, версия «горячих интрузивов» неправомерна.

Наша точка зрения, из которой вытекает возможность подъ­ема металлической мантии по рифтовым зонам, весьма просто _: объясняет их геофизические свойства.

Металлы по сравнению с силикатами обладают аномальной теплопроводностью и, таким образом, могут обеспечить резко по­вышенный тепловой поток.

Магнитные аномалии можно связать с ийдукцией теллуриче­ских токов и их циркуляцией в металлах, обладающих высокой электропроводностью. Не исключена также возможность ферро­магнитной природы аномалий, если температура в зоне залегания Металлов не превышает точки Кюри.

Скорости прохождения сейсмических волн в металлах равны < примерно 6—7 км/с, т. е. они значительно, ниже, чем в перидотитах и эклогнта.ч (около 8 км/с). Этим можно объяснить аномальность скоростного разреза под рифтовымп зонами океанов.

Согласно нашей модели (см. раздел II) на Земле в целом дол­жны преобладать магний, кремний и в меньшей степени железо.

По-видимому, они доминируют и в металлической мантии. Эта система не изучена в той мере, чтобы' иметь возможность опреде- лить при различных Р—Г-условиях вероятный спектр интерметал- лическнх соединений и, таким образом, оценить характер вариации плотности металлической мантии при ее подъеме к поверхности. Однако в блнзповерхностных горизонтах, где давление практиче- ски снято, а температуры остаются все еще достаточно высокими, следует ожидать разложения плотных интерметаллов на состав- ные элементы. В этом случае железо-кремний-магниевый сплав состава 1:2:2 (в атомных отношениях) будет иметь плотность порядка 2,75—2,80 г/см³, что значительно ниже плотностей габбро- перидотитов (2,95—3,3 г/см³) и может вызывать отрицательные аномалии силы тяжести. ¹

Близповерхностное залегание металлов в рифтовых зонах дол­жно найти отражение в геохимических особенностях осадков оке­анов, и, возможно, именно этим обусловлены аномально высокие концентрации ряда малых элементов (марганца, молибдена, нике­ля, кобальта, цинка, меди и некоторых других), обнаруженные в пелагических глинах. Более того, эти повышенные концентрации обычно сопровождаются появлением железо-марганцевых концен­траций, в которых степень концентрации перечисленных элементов еще выше (табл. 5; Скорнякова, Андрущенко, 1970).

Таблица 5

Примечание. 1 — глинистые сланцы и современные мелководные глины; 2 — глубоко­водные или; 3 — конкреции.

В пределах пелагических впадин, где рудное вещество не раз­бавляется карбонатным материалом, конкреции на обширных пло­щадях образуют богатые рудные скопления, запасы металлов в которых (в расчете только на 1 м донных осадков) в десятки, сотни и тысячи раз превышают мировые экономические ресурсы меди, никеля, кобальта, марганца на континентах (Мепард, 1966). Бурением установлено, что прослои, обогащенные конкрециями, неоднократно встречаются в толще океанических осадков (Бсзру-

ков. )97)). Это еще более (лшнимум на порядок) увеличивает за­пасы металлов в океанах и делает их невероятно громадными при .'подходе к ним с нашими «сухопутными» мерками.

Было высказано предположение, что концентрации малых эле-• ментов в донных осадках слишком высоки, чтобы можно было предположить их образование в петагических частях океана за _счет сноса с континента (Goldberg, Arrhenius, 1958). Расчеты гео­химического баланса подтвердили это предположение (Wedepohl, 1960; Arrhenius, 1963), в связи с чем обогащение донных илов и появление конкреций стали связывать в основном с привносом металлов вулканическими эксгаляциями, что представлялось весь-,ыа естественным на фоне исключительно бурной вулканической .деятельности внутренних частей Тихого океана.

Однако геохимические исследования радиоизотопов показали отсутствие генетической связи конкреций с вулканическими обра­зованиями (Чердынцев и др., 1971). Кроме того, карты ореолов рассеяния в донных осадках железа и марганца (Скорнякова, 1970) и многих малых элементов (Бострем, 1971) показывают, что источник этих металлов находится не в центральной части Тихого океана, где наблюдается наиболее активный вулканизм, а в его "юго-восточной зоне, для которой не характерна столь активная ;. вулканическая деятельность. Судя по максимальным концентра-! циям, именно в срединной части Восточно-Тихоокеанского нодня-f тия расположена «металлоносная» зона, протягивающаяся вдоль Шрифтовой долины по оси подводного хребта на тысячи километров (рис. 11). Здесь находится исключительно мощный источник ме­таллов, способный образовывать рудные (!) концентрации на ши­рочайших площадях, создавая тем самым колоссальные запасы. .• • Следует констатировать, что ни один из известных рудообра-зующих процессов не может быть приложен к данному. случаю. Чтобы объяснить появление этих неисчерпаемых запасов, тре­буется предположить нечто совершенно грандиозное, на многие порядки превышающее по масштабам и эффективности все извест­ные источники руд на континентах.

Наша концепция предлагает следующее решение. Металлы, Iподнявшиеся по рифтовой зоне, по всей вероятности, будут посте- пенно насыщаться кислородом в связи с его выносом из недр Планеты потоками водорода* (см. раздел III. 2). Среди металлов, по нашей оценке, преобладают магний, кремний и (в меньшей ме­ре) железо; добавка к ним кислорода должна вызывать «олнвн-ннзацию», которая легко может протекать при малых давлениях (оливин, например, обычен в металлургических шлаках). В даль­нейшем, по мере падения температуры и продолжавшегося прн-" вноса водородного флюида новообразованные перидотиты будут претерпевать серпентинизацию.

* В Центральном грабене Исландии, где рифтооая система выходит'на по­верхность, в газотермах установлено высокое содержание водорода. Предпола-I гается, что он имеет ювенильный (мантийный) источник (Кононов, Поляк, 1974).

Перерождение металлических структур, с их широкими воз­можностями образования твердых растворов, на кремний-кисло­родные решетки, емкость которых в отношении примесей весьма ограничена, непременно должно сопровождаться выносом многих

Рис. 11. Распределение марганца п поверхностном слое осадков. По данным

Н. С. Скорняковой (1970). Площади с содержаниями (в % на бескарбонатное вещество):

J-0.2-45 и иеньше; ?-0.5-1; 1-1-3; 4 - 3-5; 5 - более 5; 6 - рнфтоыя эоиа

элементов. Таким образом, рудное вещество в осадках океанов •является как бы «отходами производства» при оливннизацни ме­таллов в рнфтовых зонах. Последующая серпентинизация не вли­яет на распределение оставшихся в перидотитах примесей «Иссле­дование по проблеме...», 1972).

По-видимому, именно эти «отходы» в виде горячих рудных плов были обнаружены сначала на дне Красного моря, а затем в осе­вых частях срединных хребтов Тихого и Индийского океанов 40 (Bostrom, Peterson, 1966, 1969; Батурин, 1971). Высокая минера-' лизованность данных образований и часто жидкая, совершенно не Ратифицированная консистенция делают их весьма интересными в промышленном отношении, и следует полагать, что работы в этом направлении в ближайшее время будут резко расширены. Согласно нашей концепции это явление не исключительное, и мож­но надеяться на обнаружение весьма уникальных по запасам ме­сторождений подобного типа.

Подъем металлической мантии по рифтовым зонам, обуслов­ленный расширением Земли, — процесс глобальный. В этой связи уже не вызывает удивления грандиозность запасов металлов в океанах.

Попутно здесь решается вопрос, который задают многие иссле-,дователи, — почему в срединной части океанов образуется хребет, если там происходит растяжение? Ранее для этого привлекалась гипотеза серпентинизации ультрабазитов, вызывающей значитель­ное разуплотнение породы (Hess, 1955). Мы можем добавить к этому оливинизацию, которая должна сопровождаться увеличе­нием объема примерно в 1,5 раза. Следует полагать, что сово­купности этих явлений вполне достаточно для возведения хребта. Процесс мыслится следующим образом. Расширение планеты и растяжение дна океанов сопровождаются подъемом металлов по рифтовым зонам, которые как бы выдавливаются и- залечивают ) образующуюся щель. Морфологическим выражением этого на по-, верхности, по-видимому, является рифтовая долина. Перерождение ^: металлов в силикаты, идущее с резким увеличением объема, вы­зывает «зарастание» рифтовой долины, в пределах которой в виде протрузий воздымаются блоки перидотнт-серпентииитовых пород. При следующей активизации расширения планеты этот цикл по­вторяется.

.Обсудим возможную величину суммарного расширения Земли. В оценке этого явления могут возникнуть большие расхождения, которые обусловлены недостаточностью сведений по океанам. • Сложность заключается в определении возможных масштабов

) «Океанизации» континентальной коры при расширении планеты.

! Трудно согласиться с представлениями о «базификации» 25-кпло-метрового гранитного слоя на всей площади океанов. Возражения

( по этому поводу общеизвестны. Однако было бы неправильным

I вообще отвергать возможность этого процесса, особенно рассмат­ривая океаны как структуры гигантского растяжения, где гранит­ная кора могла утоняться и импрегнироваться базнтовон состав­ляющей. В этом кроется большой элемент неопределенности при оценках возможного расширения, основанных на сопоставлении

площадей с континентальной и океанической корой.

Однако, чтобы иметь возможность судить о порядке величин, оценим площади структур растяжения при следующих условиях, Правомерность которых не очевидна. Проведем границу океана по подножию материкового склона; краевые моря отнесем к пло­щади континентов, полагая, что под этими акваториями имеются частично переработанные материковые плиты; западное обрамле­ние Тихого океана примем по андезитовой линии. При этих гра­ницах площадь океанических структур растяжения будет состав­лять около 50% от площади Земли. Если принять это двукрат. ное увеличение поверхности шара, то отсюда следует, что радиус начальной Земли был равен 4500 км и увеличился в процессе ее развития в 1,4 раза, а объем ее — в 2,8 раза. Эта оценка, видимо, завышена и соответствует верхнему пределу воз.можного .расши­рения планеты.