Обитатели исчезнувших морей в отложениях на суше

При прокладке каналов в Северной Италии в пластах древних отложений Леонардо да Винчи (1452—1519) нашел раковины морских моллюсков. Заинтересовавшись тем, как они оказались в горах, вдали от морского побережья, он пришел к выводу, что эти моллюски когда-то обитали на морском дне и были впоследствии засыпаны осадками. Причем многие из них сохранили следы механической переработки под воздействием волн. Таким образом, стало ясно: там, где раньше было море, выросли горы. Церковь увидела в подобных находках подтверждение библейской истории о всемирном потопе. «Я не понимаю, куда девались воды моря, если они когда-либо покрывали всю землю и горы. Ископаемые раковины не являются следствием таких наводнений, а являются предшественниками животных, живущих теперь в море». Так писал Леонардо да Винчи, предвосхитив важнейшие принципы, лежащие ныне в основе геологической науки.

Один из вопросов, который разрешил великий ученый эпохи Возрождения, касался превращения мягких осадков в твердую породу и остатков морских организмов в ископаемую фауну [Гордеев, 1967]. Взгляды Леонардо да Винчи были развиты в XVII в. датским натуралистом Н. Стено (1638—1687). Изучая органические остатки, которые встречались в осадочных толщах, обнажающихся в долинах Тосканы (Северная Италия), Н. Стено первым научился отличать слои морского происхождения от горизонтов, отложенных в пресноводных обстановках, по заключенным в них ископаемым остаткам.

Один из крупнейших мыслителей Западной Европы — Г. Лейбниц (1646—1716) писал о том, что море первоначально покрывало всю Землю. Об этом свидетельствовали морские раковины, встречавшиеся почти повсеместно в древних осадочных слоях на территории европейских стран. Лишь впоследствии, по мысли Г. Лейбница, в результате обрушений на дне из первичного океана обособилась суша. Следовательно, уже на раннем этапе формирования взглядов на геологическую историю Земли была выдвинута идея о первичности океанов и вторичности суши.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов, посвятивший геологии несколько крупных работ, писал о возникновении континентов и океанов, об изменениях во времени границ суши и моря. Именно М. В. Ломоносов ввел в арсенал геологической науки принцип актуализма, согласно которому, изучая современные процессы, можно воссоздавать геологическое прошлое Земли.

В конце XVIII в. в среде натуралистов утвердились взгляды, созвучные идеям Г. Лейбница. Сторонников этих взглядов стали называть нептунистами. Они полагали, что земной шар на раннем этапе его существования был покрыт водами Всемирного океана. В дальнейшем уровень их понизился и обнажились материки. Крупнейшим представителем этой школы был немецкий геолог А. Вернер (1750—1817). Нептунистам противостояли плутонисты, отдававшие предпочтение магматическим, в том числе вулканическим, процессам: именно эти, эндогенные, факторы были главной движущей силой в истории Земли.

Швейцарский геолог А. Грессли (1814—1865) пошел дальше своих предшественников. Среди древних морских отложений, содержавших различные фаунистические остатки, он стал выделять осадки, формировавшиеся а различных физико-географических условиях. Вслед за А. Грессли, сформулировавшим понятие фации, геологи научились распознавать по различным структурным и текстурным признакам осадков древние обстановки седиментации: литоральные, неритовые и абиссальные. Был сделан важный вклад в воссоздание истории древних океанов.

Экспедиция на корвете «Челленджер»

Постичь природу океана люди пытались давно. Некоторые из принципов, легших в основу океанологии, были сформулированы еще мыслителями древности. Аристотель, например, в IV в. до н. э. отметил, что море никогда не высохнет и не затопит сушу, так как количество атмосферных осадков равно объему той воды, которая испаряется с поверхности суши и моря. В 150 г. н. э. астроном Птолемей ввел понятия широты и долготы, которые использовал при составлении географических карт. Один из крупнейших географов античности — Страбон оставил очень интересное описание побережья Красного моря с перечнем расстояний между наиболее важными пунктами, служившими ориентирами для многих поколений моряков. Ученых и сейчас поражает точность, с которой были измерены эти расстояния. Монах Беде (673—735) писал, что фазы Луны контролируют приливы и отливы, а кардинал Н. Кью изобрел в XV столетии метод определения глубины моря. Он предложил измерять скорость всплывания буя в водах с известной глубиной, а затем освобождать тот же объект на дне океана, засекая то время, которое требуется для его подъема до поверхности воды.

В эпоху позднего Ренессанса ученым удалось измерить диаметр Земли, что дало толчок для составления карты всего Мирового океана. В XVII в. Р. Бойль (1627—1691) стал изучать температуру океанской воды и состав растворенных в ней солей. Он же исследовал разрушительное действие штормовых волн на побережья.

С конца XV в. в открытый океан снаряжались многочисленные экспедиции. Однако научный характер они приобрели только в XIX столетии. К тому времени все еще оставались недоступными полярные районы Земли, Весьма неясными были представления о распределении глубин в океане, об изменениях температур и солености, о структуре водной толщи. Круг биологических знаний был ограничен поверхностными горизонтами водного столба. О строении морского дна вообще не было известно ничего определенного. Первый реальный прорыв был совершен Чарлзом Дарвином, принявшим участие в кругосветном плавании на «Бигле». Результатом его наблюдений в этой экспедиции стала не только теория эволюции биологических видов. Он по праву считается одним из основателей морской геологии. В этой области ему принадлежит теория формирования коралловых атоллов в океане, которая не потеряла своего значения и в наше время.

Другим исследователем, внесшим существенный вклад в изучение океана, был Дж. Росс (1800—1862). Еще юношей он вместе со своим дядей участвовал в поисках Северо-Западного прохода из Атлантического океана в Тихий. В возрасте 29 лет Дж. Росс в составе другой арктической экспедиции достиг магнитного полюса Земли. В 1839 г. он отправился к берегам Антарктиды, незадолго перед этим открытой Беллинсгаузеном и Лазаревым. До 1843 г. он совершил три плавания в район Антарктиды, закартировав большую часть побережья. На борту экспедиционных судов «Эребус» и «Террор» велись сборы биологических материалов. Были осуществлены пробные траления, попытки измерить температуру на недоступных тогда глубинах (до 5000 м). Однако из-за больших давлений и примитивных приборов были получены ошибочные данные.

Отсутствие достоверных знаний и неудачи ранних исследований глубоких слоев океана привели к распространению весьма сомнительных теорий. Согласно одной из них, у океанского дна господствуют условия, при которых жизнь невозможна, так как кислорода практически нет.

Подобные взгляды были опровергнуты лишь в 60-х годах прошлого века, когда в морях стали прокладывать телеграфные кабельные линии. При ремонте кабеля, проложенного по дну Средиземного моря, вместе с ним были подняты с большой глубины живые кораллы. Интерес к изучению океанских глубин возродился. Однако организация долгосрочных экспедиций в океан требовала значительных средств, которыми не располагали в то время ни научные организации, ни тем более отдельные ученые. В конце 60-х годов в Англии были снаряжены два судна для исследования глубоководных впадин Северной Атлантики. Во время этой экспедиции было доказано перемещение водных масс на больших глубинах, а при тралении на глубине 1200 м были пойманы виды морских животных, неизвестные до того времени науке.

Благодаря этому успеху вскоре был разработан самый смелый по тем временам проект организации комплексной морской экспедиции на корвете «Челленджер». Последний, помимо полной парусной оснастки, был оборудован паровой машиной мощностью 1200 л. с. Экспедицию, целью которой было исследование «всего, что имеет отношение к океану», возглавил зоолог В. Томсон (1830— 1882). Планировалось изучить физико-химические характеристики вод, биологические сообщества, выявить факторы, которые влияют на размещение живого в различных средах. Во время плавания, начавшегося в 1872 г, и закончившегося в 1876 г., ученые измеряли температуру воды у дна и на поверхности, отбирали ее пробы, выявляли направления и скорости подводных течений, мерили давление, наконец, проводили отбор проб донных осадков. Первоначальной целью изучения грунтов было обнаружение живущих на их поверхности или в глубине живых организмов. За время плавания, продолжавшегося более трех лет, «Челленджер» прошел 68 тыс. миль, были проведены исследования во всех океанских водоемах (за исключением Северного Ледовитого океана), во многих районах осуществлялись промеры океанского дна. На борт судна были подняты 153 образца коренных пород дна и многочисленные пробы осадков с поверхности ложа океана. Удалось собрать также богатейшую коллекцию морской фауны и флоры, причем впервые было описано 4717 новых видов организмов.

После того как «Челленджер» вернулся в Англию, научные материалы экспедиции продолжали изучаться в лабораториях. На это ушли годы. Результаты экспедиции были опубликованы в 50 объемных томах, в работе над которыми участвовали 76 авторов. Коллекцию осадков, включавшую материалы не только экспедиции на «Челленджере», но и других (всего 12 тыс. проб), описали Дж. Мэррей и А. Ренар. Впоследствии А. Ренар издал монографию, посвященную морским, в том числе глубоководным, осадкам. Этот труд наряду с книгой Дж. Мэррея «Глубины океана» долго оставался наиболее популярной работой по океанологии и морской геологии. Успех экспедиции на «Челленджере» подтолкнул к изучению морей и океанов ученых разных стран. В России пионером морских геологических исследований стал Н. И. Андрусов, который в 1890 г. на судне «Черноморец» изучил первые образцы осадков, поднятые со дна Черного моря. Н. И. Андрусов обнаружил наличие сероводородного заражения глубинных вод в этом водоеме.

В США первые карты, которые содержали информацию о преобладающих ветрах и течениях, были составлены в первой половине XIX в. морским офицером М. Маури. При составлении карт Атлантического океана проводились промеры дна и отбирались пробы донных осадков. В 1882 г. под руководством С. Бэйрди в США было построено первое океанографическое судно «Альбатрос», специально оборудованное для работы в океане. Усилиями того же Бэйрди на мысе Код (штат Массачусетс), в Вудсхоле, был создан океанографический институт. В многочисленных экспедициях на «Альбатросе» в 1888—1920 гг. была собрана богатая коллекция морских осадков.

Время быстрого накопления фактов

Новый этап в развитии океанологии и морской геологии начался после окончания первой мировой войны. В 1922 г. в нашей стране был создан Плавморнин — плавучий морской институт на борту океанографического судна «Персей». Из числа сотрудников этого института вышли многие замечательные советские исследователи, среди которых были и морские геологи М. В. Кленова и Т. И. Горшкова, принимавшие участие в исследованиях северных, восточных и южный морей СССР. По книге М. В. Кленовой «Геология моря» [1948] обучалось не одно поколение советских морских геологов.

Важный вклад в познание дна Атлантического океана был сделан немецкими учеными в экспедиции на «Метеоре» в 1925—1927 гг. За период плавания судно 14 раз пересекало Атлантический океан между 20° с. ш. и 65° ю. ш., не только измеряя температуру и соленость в разных слоях водной толщи, но и выполняя детальные промеры океанского дна с помощью нового метода — эхолотирования. Использование эхолота, изобретенного первоначально для выявления подводных лодок в морских глубинах, позволило получать непрерывную запись рельефа океанского дна при различных скоростях хода судна. В экспедиции на «Метеоре» были получены данные о процессах, происходящих в обширной зоне океана на разных широтах.

Спустя два года, плавая на судне «Виллиборд Снеллиус», датские исследователи с помощью нового устройства взяли колонки донных осадков длиной около 2 м. Работы проводились в морях Индонезийского архипелага. Появилась возможность изучать последовательность слоев в верхах осадочной толщи, а следовательно, и реконструировать недавнюю геологическую историю морей и океанов.

Благодаря установке эхолотов на океанографических и гидрографических судах многих стран в 20—30-х годах нашего столетия было накоплено огромное количество данных о глубинах в различных районах океана. Стали составляться карты рельефа дна, постоянно обновлявшиеся по мере поступления новых сведений. Применение эхолотов позволило выявить неоднородную структуру ложа океана, где отчетливо выделились две области — приконтинентальная, относительно мелководная и собственно океаническая, глубоководная. Постоянными элементами приконтинентальной зоны, согласно данным эхолотных промеров, были плоская, полого падающая от берега подводная равнина с глубинами от 0 до 200 м (шельф) и круто падающая в сторону абиссали поверхность (континентальный склон). Исследования, предпринятые Береговой и Геодезической службой США, вскоре выявили подводные ложбины, прорезавшие континентальный склон. Их вершины нередко уходили далеко в глубь шельфа. Собственно говоря, эти подводные, ущелья, названные каньонами, были известны еще раньше. Однако только в конце 30-х годов стало ясным их широкое распространение, причем самые крупные подводные каньоны находились на продолжении речных дельт и эстуариев.

В 1938 г. вышла книга А. Д. Архангельского и Н. М. Страхова «Геологическое строение и история развитая Черного моря». В ней были обобщены полевые описания и результаты лабораторных исследований многих проб и колонок донных осадков, взятых в разных структурно-морфологических зонах Черноморской впадины, в том числе на шельфе и континентальном склоне Южного Крыма и Кавказа. В книге впервые были детально охарактеризованы осадки со следами гравитационного оползания и течения, сапропеля, гидротроилитовые илы и другие специфические для Черного моря образования.

В начале 40-х годов у побережья Калифорнии американские геологи К. Эмери, Ф. Шепард и др. тщательно исследовали осадки и рельеф морского дна. В те же годы Г. Хесс с помощью эхолота обнаружил в различных районах Тихого океана многочисленные подводные горы — плосковершинные потухшие вулканы, названные гайотами. Г. Хесс продолжал их исследовать и позже. Это позволило ему, исходя из данных о возрасте подводных гор, предположить, что дно Тихого океана очень медленно перемещается по направлению к глубоководным желобам, расположенным в западной и северо-западной периферии океана. Здесь, по мысли Г. Хесса, происходило его поглощение.

Небывалый ранее размах приобрели геологические исследования в океане в послевоенные годы. В историю науки вошли работы советских ученых на «Витязе» и «Михаиле Ломоносове» в дальневосточных морях, различных зонах Тихого, Индийского и Атлантического океанов, в арктических и Антарктических широтах. Значительный вклад в расшифровку структуры осадочного чехла внесли шведские и датские ученые, в начале 50-х годов работавшие на «Галатее» и «Альбатросе». В этих экспедициях использовались поршневые грунтовые трубки, способные брать колонки осадков длиной более 10 м.

К концу 50-х годов акцент в экспедиционных исследованиях стал делаться на геофизических методах, разработка которых была начата еще в 30-х годах голландским ученым Ф. Венинг-Мейнесом. Первые же гравиметрические исследования в океане связаны с именем Ф. Нансена, измерявшего силу тяготения во время легендарного дрейфа «Фрама» в арктических льдах. Создание новой высокочувствительной аппаратуры и новых методов ведения сейсмических, гидромагнитных, гравиметрических исследований в океане резко расширило возможности изучения океанского дна, позволило геологам заглянуть через многокилометровую толщу воды в глубинные слои земной коры, выявить сначала крупные, а затем и более мелкие геофизические аномалии в структуре ложа океана.

Сделанные в этой области открытия в конечном итоге привели к пересмотру всей системы взглядов на океан, да и на геологическую историю всей планеты.

После изобретения Ж. И. Кусто и Д. Ганьоном акваланга геолог смог непосредственно наблюдать морское дно на глубинах до 60—70 м. Особенно большую роль акваланг сыграл в исследованиях на коралловых рифах и атоллах. В первые послевоенные годы для проникновения на дно абиссальных котловин и даже в глубоководные желоба использовались батискафы. Однако батискаф жестко связан с судном-носителем тросом и не приспособлен для автономного плавания. Находящийся в нем ученый лишен возможности приблизиться к объекту наблюдения и отбирать образцы пород и осадков. Потому применение батискафов оказалось малоэффективным.

Глазами геолога в океанской пучине стали подводные фотокамеры. Этому способствовало создание прочных корпусов, сохранявших герметичность при высоких давлениях на больших глубинах. С помощью подводного фотографирования были открыты многие любопытные образования на абиссальном ложе океана: скопления железомарганцевых конкреций, знаки течений и поля подводных дюн на поверхности осадка, следы подводной эрозии дна.

На этом этапе развития морской геологии и геофизики выдающийся вклад в познание строения и развития океана внесли многие советские и зарубежные ученые: П. Л. Безруков, А. П. Лисицын, В. П. Петелин, Г. Б. Удинцев, Г. Менард, Б. Хизен, Г. Хесс, М. Юинг, Ф. Кюнен, К. Ле Пишон, Д. Кариг и др.

Следующий шаг в раскрытии тайн океанских недр был связан с созданием подводных обитаемых аппаратов, способных погружаться на большие глубины, и с постройкой бурового судна «Гломар Челленджер», благодаря которому стали возможными бурение практически на любой глубине и получение керна пород из глубоких слоев осадочного чехла и базальтового слоя океанической коры.

Океаны в сравнении

Океаны и моря покрывают 361,26 млн км2, или 70,8% земной поверхности. В северном полушарии суша занимает 39,4 % поверхности нашей планеты, океаны — 60,6 %, в южном полушарии на сушу приходится всего лишь 19%, тогда как на океан — 81%.

Более одной трети земной поверхности занимает Тихий океан. Это самый глубокий, холодный и наименее соленый океан, хотя в него поступает сравнительно небольшая часть речного стока. Вблизи экватора ширина Тихого океана достигает 17 тыс. км.

Второй по величине океан — Атлантический относительно узок. Его ширина равна примерно 5000 км. Извилистой лентой он протягивается между полюсами. Если площадь, занимаемая Тихим океаном, достигает 178,7 млн км2, то площадь Атлантического океана 91,6 млн км2. Он мельче Тихого океана. Его средняя глубина 3597 м (Тихого — 3940 м). В этом отношении он уступает Индийскому океану, средняя глубина которого составляет 3711 м при площади 76,17 млн км2. В Атлантический океан сбрасывают воды многие крупные реки. Объем воды, выносимой только Амазонкой и Конго, составляет около 25% всего стока рек, впадающих в океан. Несмотря на это, атлантические воды самые соленые — 34—37,3 ‰ (средняя соленость океанских вод 34,71 ‰). Это и самые теплые воды, средняя их температура достигает 3,99° С (Мирового океана — 3,51°). Столь парадоксальная ситуация обусловлена высоким уровнем обмена Атлантического океана с окраинными морями, Средиземным морем и Мексиканским заливом, воды которых отличаются высокой температурой и повышенной соленостью.

Третий но величине океан — Индийский большей своей частью расположен в южном полушарии. Максимальной ширины он достигает на самом юге, между Южной Африкой и Новой Зеландией, — 15 тыс. км. В бассейн Индийского океана впадают три крупнейшие реки — Ганг, Инд и Брахмапутра. Средняя температура воды в Индийском океане 3,88° С, средняя соленость 34,78 ‰, т. е. близка к средней для Мирового океана [Gross, 1982].

Самый небольшой по размерам и мелкий — Северный Ледовитый океан. Соленость его невелика, поскольку он со всех сторон окружен сушей, с которой стекает много мелких и крупных рек. Значительная часть поверхности океана покрыта льдами.

Хотя современные океаны имеют разные размеры, строение их примерно одинаково. В любом океане можно выделить примерно три равнозначные зоны: континентальные окраины, абиссальные котловины и срединноокеанические хребты. Континентальные окраины, включающие шельф, склон и его подножие, занимают примерно 20,5% поверхности дна океанов, на абиссальные котловины приходится 41,8% их площади, на срединно-океанические хребты и поднятия центральноокеанического типа — 32,7%. Последняя величина характерна для всех океанов. Соотношение же между континентальными окраинами и абиссальными котловинами меняется в довольно значительных пределах. Так, в Атлантическом океане, где ширина шельфов наибольшая, континентальные окраины занимают приблизительно 28% площади дна, а абиссальные котловины — 38%. В Тихом океане положение обратное: 15,7% — это подводные окраины континентов, 43% — абиссальные котловины. Правда, здесь много глубоководных желобов, однако их площадь составляет лишь 2,9% всей площади океана. Отдельно стоящие подводные вулканы и вулканические хребты наиболее многочисленны в Тихом океане, но они занимают здесь меньшую площадь, чем в Индийском океане (2,5% по сравнению с 5,4%). Впрочем, многие из этих цифр еще нуждаются в уточнении.

В океанах сложились устойчивые системы поверхностных и придонных течений. Схема распространения теплых и холодных поверхностных течений в крупнейших океанических бассейнах примерно одинакова. В экваториальных районах доминирует ветровой перенос с востока на запад, который порождает северное и южное экваториальные течения. Первое действует в северном полушарии, второе — в южном. Их разделяет довольно узкая зона, в пределах которой перенос воды происходит в обратном, восточном направлении. Это так называемое Экваториальное противотечение.

С каждым из экваториальных течений связана относительно замкнутая система других течений, образующих макроциркуляционную ячейку. Так, Северное экваториальное течение в Атлантическом океане, отклоняясь близ гряды Малых Антильских островов на север, порождает теплое течение Гольфстрим. Последнее двигается сначала вдоль континентальной окраины Северной Америки, а затем пересекает Северную Атлантику. Отсюда охлажденные воды начинают перемещаться на юг, к экватору, образуя холодное Канарское течение. В северной части Тихого океана роль Гольфстрима играет другое теплое течение — Куросио, поднимающееся в умеренные и высокие широты вдоль берегов Японии. Охлаждаясь, принесенные Куросио воды устремляются на юг, двигаясь вблизи Тихоокеанского побережья Северной Америки. Это холодное пограничное течение получило название Калифорнийского. Крупные макроциркуляционные ячейки возникли и в южной половине Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Здесь в высоких широтах под влиянием преобладающих западных ветров вокруг Антарктиды действует мощное течение Западных Ветров. Отдельные его ветви, отклоняясь на север, в виде холодных пограничных течений устремляются к экватору вдоль западных побережий Африки, Австралии и Южной Америки. Отклоняясь под действием пассатных ветров, основные ветви этих течений следуют далее через тропики к западным континентальным окраинам, откуда уже в виде теплых сточных течений движутся на юг. Эти субтропические макроциркуляционные ячейки, как и в северном полушарии, носят антициклонический характер. Другие ветви холодных компенсационных течений, отклоняясь на восток, формируют в восточной периферии тропической зоны океанов небольшие циркуляционные ячейки циклонического типа [Степанов, 1974]. В субполярных и полярных районах северного полушария, в областях исландского и алеутского минимума, существуют циклонические круговороты, хорошо выраженные в осенне-зимние сезоны.

Различия в плотности и температуре поверхностных и придонных вод порождают вертикальный водообмен. Следствием этого является возникновение придонных геострофических течений, направленных из высоких широт к экватору. Так как эти подводные реки текут вдоль континентальных склонов и над их подножиями, т. е. вдоль контуров материков в западных районах океанов, их называют контурными течениями. Самые мощные из них пересекают экватор, проникая в другое полушарие.

Таковы в самых общих чертах особенности современной океанической циркуляции. Все вышесказанное свидетельствует о том, что океанические бассейны представляют собой отдельные ячейки единой целостной системы, построенной в структурно-морфологическом и океанологическом отношении достаточно однотипно. Далее мы покажем, что эволюция океанов и протекающие в них геологические процессы подчиняются одним и тем же законам.

А. Вегенер и теория дрейфа континентов

Если посмотреть на очертания материков в Атлантическом и Индийском океанах, то в глаза бросится удивительная особенность: выступы одних довольно точно отвечают вогнутым участкам других. В качестве примера можно привести выступ Бразильского побережья Южной Америки, хорошо вписывающийся в контуры Гвинейского залива Африки. Нетрудно найти совмещаемые участки в пределах западного побережья острова Мадагаскар и лежащего напротив побережья Восточной Африки, а сомалийско-кенийский участок материка совпадает с выступающей северо-западной частью Австралии.

На сходство очертаний берегов противолежащих континентов обращали внимание многие географы и геологи, работавшие с картами Атлантического и Индийского океанов. Однако лишь немецкий геофизик А. Вегенер (1880—1930) разработал на основании этого и других фактов целую гипотезу. Суть ее заключалась в следующем: материки, определяющие лик нашей планеты, некогда составляли единое целое, а потом под влиянием центробежных сил разошлись в стороны. А. Вегенер назвал это дрейфом континентов.

Действительно, если из географической карты сначала вырезать, а затем сблизить друг с другом материки, то нетрудно найти такое их положение, при котором возникает сравнение с разбитой тарелкой: крупные осколки, по крайней мере частично, можно совместить между собой. При этом останутся промежутки различной формы, как бы указывающие на отсутствие мелких обломков.

При более тщательном анализе, особенно на крупномасштабных картах, если совмещать контуры по современной береговой линии, обнаруживается масса накладок, пробелов и несовпадений. Ведь побережье обозначает не край континента, а лишь границу суши и моря, подвижную во времени. Когда уровень океанских вод поднимается, побережье отступает, и, напротив, с падением уровня связано выдвижение берега в сторону моря. Если совмещать контуры материков по краю шельфа, как это и сделал А. Вегенер, то можно добиться более полного их совпадения. Но и в данном случае остаются пробелы и участки перекрытия. Последние особенно значительны в районах, где в океан впадают реки, образовавшие крупные дельты и их подводные продолжения. Однако здесь нет ничего удивительного, так как дельты — аккумулятивные формы, сложенные терригенными выносами рек, которые поступали с суши в течение сотен тысяч и даже миллионов лет.

В начале века исследования в морях и океанах только разворачивались, для многих районов еще отсутствовали сведения не только о положении геологической границы между материком и океаном (ее и сейчас трудно точно провести), но и о ширине шельфовой зоны. Поэтому построения А. Вегенера в основном были восприняты как спекулятивные. В те годы доказать правомочность подобных совмещений было невозможно. Лишь в наши дни, прибегнув к помощи ЭВМ, Э. Булларду, Дж. Эверетту и А. Смиту [1965] удалось удовлетворительно решить задачу. Оказалось, что наилучшего совпадения контуров материков, расположенных в Атлантике и Индийском океане, можно добиться, используя их очертания по изобате — 2000 м, т. е. уже на глубинах, соответствующих средней части континентального склона. По-видимому, эти глубины в наибольшей степени отвечают границе между континентами и океанами.

Для доказательства дрейфа материков после раскола гигантского суперконтинента, названного А. Вегенером Пангеей (Пангея состояла из двух крупных материковых конгломератов — Лавразии и Гондваны), он использовал также геологические, палеонтологические и палеоклиматические данные. Вегенер обратил внимание на близость возраста и состава осадочных и магматических формаций, слагающих периферийные районы Африки и Южной Америки со стороны Атлантического океана. Другим убедительным аргументом в пользу существования в конце палеозоя — начале мезозоя единого материка в южном полушарии — Гондваны — были следы обширного материкового оледенения, найденные на юге Африки, в Южной Америке, на Индостанском полуострове и в Австралии. Все говорило о том, что в конце карбона и в перми указанные континентальные глыбы находились вблизи Южного географического полюса и были спаяны вместе. Действительно, трудно представить, что оледенение одновременно охватывало столь удаленные друг от друга континенты.

По признанию самого А. Вегенера, на мысль о возможном дрейфе материков его натолкнули данные о близком составе палеонтологических остатков, которые были обнаружены в континентальных породах палеозойского и раннемезозойского возраста Африки и Южной Америки. Особенно поразительными оказались находки на этих континентах скелетов листозавров — представителей редкой группы динозавров, обитавших, по-видимому, в пресноводных водоемах. На материках северного полушария остатки этих животных не встречались. Все это свидетельствовало о существовании сухопутного моста между континентами в южном полушарии. Сходны были флористические комплексы из континентальных разрезов Африки и Южной Америки. Однако на рубеже поздней юры и раннего мела появились различия. Отсюда А. Вегенер сделал вывод, что отделение Южной Америки от Африки произошло в меловое время.

Интуиция А. Вегенера опередила развитие науки почти на полстолетия. Смелость и внутренняя логика концепции дрейфа континентов поначалу захватили умы многих его современников. Но спустя несколько лет были произведены расчеты, которые показали, что механизм возможного дрейфа материков в том виде, в каком он представлялся А. Вегенеру, нереален. Чтобы двигаться, огромные по толщине и размерам глыбы сиалического материала (с континентальным типом земной коры) должны были преодолевать сопротивление тяжелой и вязкой «симы» (океанической коры), а также твердой (по представлениям тех лет) мантии, т. е., по существу, взламывать и ту и другую. Центробежной силы, которая, по мысли первых мобилистов, двигала континенты, на это явно не хватало. О новообразовании (спрединге) океанической коры в срединно-океанических хребтах тогда ничего не было известно.

После нескольких лет ажиотажа вокруг гипотезы А. Вегенера ее популярность быстро пошла на убыль. Это в немалой степени было связано с трагической гибелью А. Вегенера в 1930 г. во льдах Гренландии. Негативную роль сыграли и навеянные гипотезой дрейфа материков разнообразные фантастические представления. Их отголоски мы находим, например, у А. Н. Толстого в «Гиперболоиде инженера Гарина». Герой романа изобретатель и авантюрист Гарин с помощью лучевой энергии гиперболоида пробивает на базальтовом острове глубокую шахту сквозь океаническую оболочку, в недрах которой якобы находится золотоносный рудный пояс. Как видим, здесь легко просматривается идея о том, что «тяжелая» океаническая кора должна содержать несравненно больше тяжелых металлов, чем континентальная.

В действительности же океан оставался почти таким же недоступным для исследователей, как и раньше. Новых фактов появлялось немного, и интерес в теории дрейфа материков постепенно угас. Однако она успела побудить геологов к изучению морей и океанов и дала толчок разработке дистанционных методов исследований. В частности, стали развиваться геофизические методы, способные просвечивать дно на глубину и получать непрерывные записи подводного рельефа от берега до абиссали. Огромное значение имело усовершенствование приборов эхолокации. Благодаря широкому внедрению эхолотов на флотах, а затем и на исследовательских судах за короткий промежуток времени произошел настоящий переворот в наших знаниях о рельефе морского дна. Выявилась чрезвычайно сложная геологическая структура океана, различающаяся в периферийных и центральных его частях. Началась эпоха интенсивного накопления фактических данных, что привело в конечном итоге к революционному пересмотру всей системы взглядов на историю не только океанского дна, но и континентов.

В геологической науке между тем развернулась борьба идей, продолжающаяся с разной интенсивностью до сих пор.

Фиксизм и мобилизм

Споры среди геологов относительно возможности горизонтальных перемещений крупных блоков земной коры вскоре привели к обособлению двух школ, представители которых занимали непримиримые позиции. Одни пытались объяснить особенности строения горно-складчатых поясов, выделяемых на континентах, только горизонтальными тектоническими подвижками, другие — исключительно вертикальными: воздыманием земной коры и ее опусканием. За первым течением вскоре закрепилось название «мобилизм», а за вторым — «фиксизм».

Чтобы понять суть этих споров, нужно обратиться к строению основных структурно-тектонических элементов в пределах континентального сегмента земной коры, так как о структуре океанического сегмента тогда почти ничего не знали. Речь идет о древних и молодых платформах и горно-складчатых поясах, их разделяющих. Платформы характеризуются двучленным строением, спокойным горизонтальным залеганием пластов осадочных пород, а также сглаженным, чаще всего низменным рельефом. Они имеют кристаллическое основание (фундамент), разбитое на крупные и мелкие блоки, и осадочный чехол.

Платформы, или, как их еще называют, кратоны, составляют ядро (или ядра) континентов, которые спаяны между собой горно-складчатыми поясами различного возраста. Последние нередко отделяют кратоны от океана, хотя чаще он непосредственно граничит с платформами континентов. Горно-складчатые пояса представляют собой систему разновысотных хребтов, разделенных долинами и межгорными впадинами. Серии осадочных и вулканических пород здесь собраны в крупные и мелкие складки, в ядрах которых при эрозии горных массивов обнажаются самые древние образования, а на крыльях — самые молодые. Выступающие части складок, будь то на поверхности или в недрах осадочного чехла, получили название антиклиналей, а разделяющие их понижения — синклиналей. Помимо складчатых дислокаций, в пределах горно-складчатых сооружений выявляются и иные зоны нарушений. По ним те или иные группы пластов разобщены (разорваны) и смещены друг относительно друга. Смещения эти могут носить вертикальный или горизонтальный характер. В первом случае разломы, по которым они происходят, называются сбросами или взбросами в зависимости от направления движений вниз или вверх, во втором — сдвигами. И те и другие достаточно четко проявляются и легко картируются при геологической съемке.

Известны, однако, и более сложные разрывные нарушения, получившие название надвигов. Суть их состоит в том, что разорванные по плоскости сместителя горизонты (пласты) пород не только смещаются друг относительно друга по вертикали и горизонтали, но к тому же и накладываются одни на другие. Возникает так называемая покровная структура: пласты одного возраста в разрезе образуют «слоеный пирог». При таком строении осадочного чехла скважина, заложенная на поверхности, вскроет однотипные и близкие по составу и возрасту пластины, разделенные несогласиями, иначе говоря, поверхностями разрыва, по которым перемещались слои. Возникает комплекс чешуйчатого строения.

Нередки случаи, когда в районах с покровной структурой более древние пласты, которые по законам геологической логики должны находиться под более молодыми образованиями, оказываются над ними, т. е. перекрывают их. Тут речь идет о крупных надвигах и связанных с ними значительных по амплитуде и расстоянию перемещениях.

Благодаря надвигам в непосредственном соседстве могут находиться породы и целые комплексы отложений, никак не связанных возрастом или происхождением. Для геолога является нормальной ситуация, когда в районе, где проводятся исследования, он имеет дело с породами определенного возрастного диапазона, т. е., скажем, с возникшими в докембрии, палеозое, мезозое или кайнозое. В редких случаях, да и то лишь в краевых частях древних платформ, присутствуют одновременно все эти образования. Но и здесь их удается вскрыть только очень глубокими скважинами. Как правило, тот или иной участок земной коры активно развивался в конкретный период (периоды) геологической истории.

Согласно другому закону, особенно хорошо известному литологам, т. е. специалистам по породам осадочного происхождения, в непосредственном соседстве как в разрезе, так и на площади могут находиться породы близкого генезиса, если они, конечно, не разделены крупными стратиграфическими перерывами или не контактируют по разлому. Иначе говоря, рядом с речными и озерными отложениями обычно оказываются прибрежно-морские и дельтовые, но никак не глубоководные морские или океанические. Соответственно и наоборот: осадки, сформировавшиеся в открытой части шельфа, т. е. в районах действия океанских или морских течений, не могут находиться в непосредственном соседстве с эоловыми наносами пустынь или речными выносами предгорий. Между ними обязательно должно быть связующее звено — отложения волнового генезиса или зоны действия приливов и отливов, иначе говоря, прибрежно-морские и береговые образования. Эта особенность, получившая название закона Вальтера—Головкинского, с конца прошлого века являлась своеобразным мерилом правильности геологических построений для того или иного региона.

Легко поэтому представить, какие ожесточенные споры возникали в тех случаях, когда на составлявшихся геологических картах оказывались рядом образования очень разного возраста и разной фациальной природы. С подобным соседством можно смириться, если предположить наличие разрывных нарушений, по которым были подняты к поверхности (или, наоборот, опущены в недра) слои другой возрастной группы. Однако особо острые дискуссии среди геологов разгорались тогда, когда подобные разновозрастные и разнофациальные контакты выявлялись не на площади, а в разрезе. Впрочем, совершенно чуждые друг другу комплексы пород могут оказаться рядом, если они разделены огромным стратиграфическим перерывом, в течение которого произошла резкая перестройка этого участка земной коры.

Бывают, однако, случаи, когда и подобные предположения не объясняют всей курьезности и даже парадоксальности выявленных геологических границ. И тогда остается одно: признать наличие надвига и связанного с ним покрова, развитие которых привело в непосредственное соприкосновение комплексы пород-антиподов.

Надо сказать, что на платформах подобные казусы практически не встречаются. Здесь в разрезах осадочного чехла древние отложения перекрываются более молодыми, причем залегают они в основном горизонтально я большая часть нарушений этой стратификации связана с простейшими разломами — сбросами. Лишь в краевых частях платформ, обращенных к океану или горно-складчатому поясу, имеются покровные структуры. Их появление обусловлено тектоническими процессами, протекающими в зоне перехода от континента к океану, или особенностями роста и эволюции горно-складчатых систем. В целом для осадочного этажа древних и относительно молодых кратонов (платформ) характерны малоамплитудные пологие складки простого строения, вытянутые в антиклинальные зоны. Тут все было более или менее ясно: тектонику платформенных областей на континентах определяли вертикальные, в основном малоамплитудные, движения.

В отечественной геологии основополагающие проблемы тектоники стали объектом пристального внимания ученых в 40—50-х годах, когда резко расширились региональные исследования, в том числе поисковое и разведочное бурение на нефть и газ. Велось оно, однако, неглубоко (1,5—3 тыс. м) и в районах с. относительно простым строением — в передовых прогибах и прилегающих частях древних и молодых платформ. Результаты бурения, а также геологической съемки на огромных просторах нашей страны не подтверждали наличия крупных покровных структур. Отдельные надвиги и чешуи в различных горно-складчатых системах принципиально не меняли складывавшейся к тому времени общей картины, которую легко можно было объяснить господством в геологическом прошлом вертикальных тектонических движений. Правда, работы зарубежных ученых показали покровно-надвиговое строение многих районов Альпийского складчатого пояса, что нашло отражение в термине «альпинотипная», т. е. покровная, тектоника. Однако Альпы можно было рассматривать как исключение. Отечественные же материалы, интерпретировавшиеся зачастую с учетом позиции ведущих тектонистов того времени, казалось, свидетельствовали о главенствующей роли вертикальных Движений. Фиксистские концепции получили всеобщее признание, а мобилизм, и в частности гипотеза дрейфа материков А. Вегенера, рассматривался как исторический курьез, скорее забавный, чем значимый. Впрочем, доклады мобилистов на всесоюзных тектонических совещаниях уже тогда собирали обширную аудиторию, чувствовавшую подспудно, что именно с этой стороны можно ожидать нового скачка в геологических знаниях. Провозвестниками новой геологической революции в те годы выступали в нашей стране Б. Л. Личков и П. Н. Кропоткин, а за рубежом — Ф. Венинг-Мейнес, Г. Хесс, Р. Дитц, Б. Хизен и др.

Геосинклинальная теория и гипотеза океанизации земной коры

Тектоническая мысль в первые послевоенные десятилетия развивалась в рамках геосинклинальной теории, основы которой были заложены еще в XIX в. Дж. Дэна и Г. Огом и существенно обогащены в XX столетии сначала Г. Штилле, а затем Н. С. Шатским, В. В. Белоусовым, В. Е. Хаиным, А. В. Пейве и другими учеными. Геосинклинальный режим развития земной коры, как Считает член-корреспондент АН СССР В. В. Белоусов [1976], «характеризуется глыбово-волновыми колебательными движениями, интенсивными складчатыми и разрывными дислокациями, напряженной магматической деятельностью, проявлением регионального метаморфизма и гранитизации». Иначе говоря, геосинклиналь — это область земной коры, которая на определенном промежутке времени становится ареной наиболее ярких и драматических геологических событий: проявлений магматизма, вулканических извержений, интенсивного накопления осадков, наконец, горообразования, сопровождающегося складчатостью.

Завершение геосинклинального развития земной коры символизирует переход к спокойной, платформенной стадии ее эволюции. По времени отмирания геосинклинального режима датируется возраст фундамента в пределах кратонов на континентах, а события, с которыми связаны интенсивные и широкомасштабные складчатые дислокации, протекавшие при замыкании геосинклиналей, получили собственные названия: гренвильская, байкальская, каледонская, герцинская, киммерийская и альпийская складчатость. Из сказанного следует, что геосинклинальная теория — это концепция, объясняющая становление земной коры континентов. Она, безусловно, внесла огромный вклад в понимание последовательности тектонических и общегеологических событий в истории нашей планеты. На определенном этапе развития геологического мышления она сыграла важнейшую роль.

В то же время геосинклинальная теория почти совершенно обходила молчанием океанический сектор стратисферы, хотя такие понятия, как морской режим осадконакопления, подводный магматизм и вулканизм, постоянно фигурируют в описаниях истории эволюции различных геосинклиналей. А эти последние отнюдь не были одинаковыми: в одних важнейшее место занимали миогеосинклинали, в других развитие шло через так называемую эвгеосинклиналь. Остановимся на этих понятиях, впервые введенных Г. Штилле, подробнее.

Под миогеосинклинальной зоной понимается та часть геосинклинали, где геологические события протекают в общем неспешно, неярко и довольно последовательно. Здесь накапливаются преимущественно прибрежные и мелководно-морские осадки. Их мощности, однако, выше, чем на соседних участках кратонов. Отсутствуют или очень редки вулканические проявления, а складчатые деформации, которыми завершается геосинклинальный режим, выражены сравнительно слабо и в простых формах. Иное дело эвгеосинклиналь. Для нее характерна подводная магматическая деятельность в форме главным образом излияний базальтовых лав. С ней был связан интенсивный вулканизм. Здесь же формировались мощнейшие комплексы глубоководных осадков специфического строения (флишевые формации).

Эта часть геосинклинали отличалась непоследовательным, прерывистым ходом и темпом развития, разобщенностью и сложным мозаичным расположением основных структур, зачастую оторванных от своих корней (в том залегании, в котором мы их находим в настоящее время). Наконец, здесь наблюдаются наиболее сложные и запутанные формы тектонических деформаций, свидетельствующие о срыве гигантских масс пород, их скучивании и перемещении на значительные расстояния. Словом, мио- и эвгеосинклинали, соседствующие друг с другом (первая находится в непосредственной близости от кратона, точнее, на его краю, вторая — на удалении от него),— это две области с различными динамикой осадконакопления и режимом тектонических движений.

Странное дело, но магия условных терминов в течение десятилетий не давала увидеть многим тектонистам и литологам, изучавшим древние геосинклинальные пояса, простую истину. Нарисованная ими по результатам проведенных исследований картина отражает (если убрать все те изменения, которые были наложены последующей складчатостью и другими позднейшими процессами в недрах) строение современных зон перехода от континента к океану, а иногда и самого океана. Поставив знак равенства или по крайней мере подобия между геосинклиналью и переходной зоной континент—океан, сразу раскрываешь смысл громоздких и труднопроизносимых слов: миогеосинклиналь — это шельф и прилегающий к нему континентальный склон, иначе говоря, край континента, где господствовал пассивный тектонический режим; эвгеосинклиналь — подножие континентального склона и прилегающая часть глубоководной котловины, зачастую ограниченная со стороны океана островной вулканической дугой. Несмотря на логичность и, можно даже сказать, очевидность подобного сопоставления, многие геологи и сейчас упорно не желают признавать это, цепляясь за отжившие термины и придумывая невероятные сценарии геологических событий для объяснения истории развития того или иного региона.

К разбору геосинклинальной теории с современных, актуалистических позиций мы вернемся позднее, когда познакомимся со строением океана. Здесь же следует отметить, что эта теория родилась в период, когда отсутствовали какие-либо достоверные сведения о структуре большей части поверхности Земли, поэтому в ней не нашлось места океану и переходной между ним и континентами области. Геосинклинальная теория, лишь объяснявшая эволюцию континентального сектора стратисферы, в общем довольно успешно справилась с этой задачей. Более того, она создала основу для развития палеоокеанологии, ибо недра бывших геосинклинальных поясов хранят тайны океанов прошлого.

Поскольку геология развивалась как сугубо земная наука, то и целью ее было решение прикладных задач на континентах. Господствовавшие в ней теории долгое время обходили молчанием вопросы строения и происхождения океана: континенты как бы плавали в неизвестной и в чем-то даже враждебной среде, которая не только не оказывала никакого влияния на эволюцию континентальных мегаблоков, но и существовала сама по себе. Эта ситуация смущала многих ведущих теоретиков науки и заставляла их искать место океанам в глобальной схеме эволюции Земли или по крайней мере объяснить их появление на нашей планете. Некоторые ученые поступали довольно просто: они продолжали в океан выделяемые на континентах структуры. Погрузив участки кратонов и горно-складчатых поясов на абиссальное дно, они выводили их на поверхность у берегов противолежащих континентов, стараясь создать единую схему распространения известных на континентах образований. Несмотря на полную недостоверность и непроверяемость в те времена подобных построений, последние получали одобрение, так как при этом достигалась нужная цель: океаны как бы исчезали, становясь простыми придатками континентов. Концы, так сказать, были спрятаны в воду.

Эта традиция выводить океан из континента породила еще одну теорию — океанизации (базификации) континентальной коры, которую выдвинул в начале 50-х годов нашего столетия В. В. Белоусов. Согласно этой концепции, континентальная кора, сложившаяся повсеместно еще на ранних этапах развития нашей планеты, в дальнейшем частично превратилась в современную мощную кору континентов, частично же (в конце палеозоя — начале мезозоя) трансформировалась до коры океанической. Образование континентальной литосферы, согласно этой теории, первоначально связано с гравитационной дифференциацией первичного вещества Земли, т. е. с подъемом в верхние оболочки более легких компонентов. Они и составили земную кору и верхнюю мантию планеты, в то время как тяжелые компоненты опустились вниз, сконцентрировавшись в ядре. В процессе этой гравитационной дифференциации выделяется тепловая энергия, приведшая на определенном этапе к плавлению мантии и всплыванию ультраосновных составляющих. Внедрение их в земную кору с одновременным удалением из нее воды, кремнезема и щелочей способствовало повышению плотности литосферы до 3 г/см3, а в дальнейшем и до 3,4—3,5 г/см3. В результате утяжеления континентальная кора начинала как бы тонуть в мантии, а на ее место поднимался ультраосновной и основной материал. Излияния магм основного состава приводили в конечном итоге к формированию базальтового слоя, а находившиеся под ним остатки бывшей континентальной коры расплавлялись и исчезали. Таков в общих чертах механизм «базификации» континентальной коры, в результате которой на нашей планете, по мысли В. В. Белоусова, появились океаны.

Эта гипотеза, преобразованная ее автором в 70-х годах в учение об эндогенных режимах, не нашла своего подтверждения, так как в процессе глубоководного бурения в океанах не было обнаружено следов погруженной и переработанной континентальной коры. Исключение, пожалуй, составляют районы подножий на пассивных материковых окраинах в Атлантическом и Индийском океанах. Здесь при фрагментации и расколе Пангеи и Гондваны отдельные блоки континентальной коры были погребены под базальтами и мощной толщей осадков и, возможно, утратили связь друг с другом. Эти зоны утонения и разрыва древней континентальной литосферы являются единственными, хотя и не вполне очевидными примерами «океанизации».

Возрождение мобилизма

В середине 50-х — начале 60-х годов началось бурное развитие сейсмических, магнитных и гравиметрических методов дистанционного исследования морского дна. Океаны уже бороздили корабли, оснащенные новой, гораздо более совершенной геофизической и акустической аппаратурой. Были получены первые непрерывные разрезы ложа океанов, на которых можно, было проследить границы отдельных горизонтов и толщ осадков, установлена структура океанической коры в разных регионах, уточнено распределение подкоровых масс и выявлены основные гравитационные аномалии. Стало, вырисовываться сложное и неоднозначное строение океанского дна.

Казалось, ничто не предвещало переворота во взглядах на развитие Земли. И вот однажды приборы, установленные на научно-исследовательских судах, обнаружили удивительную подробность в строении центральной части срединно-океанических хребтов, природа которых долгие годы оставалась неясной. Здесь, как показал американский геофизик Б. Хизен, почти повсеместно присутствовала глубокая трещина шириной до нескольких десятков километров, которая имела грабенообразную структуру. Чуткие сейсмографы зафиксировали на небольшой глубине от поверхности дна многочисленные сейсмические толчки, приуроченные к этой долине. Здесь же были измерены аномально высокие значения теплового потока из недр Земли. Стало ясно, что срединно-океанические хребты — это не просто поднятия на дне океана, а области проявлений активных тектонических и магматических процессов, существо которых оставалось непонятным.

После же того как на дне трещин были обнаружены следы молодых излияний магм, выяснилось, что речь идет о рифтах, пересекающих все океаны.

Открытия посыпались как из рога изобилия, взбудоражив сначала морских геологов и геофизиков, а затем и весь геологический мир. Оказалось, что параллельно рифтовой долине срединно-океанических хребтов протягиваются линейные магнитные аномалии, причем полосы пород второго слоя океанической коры, намагниченных в прямом направлении по отношению к современному магнитному полю, чередовались с породами, намагниченными в обратном направлении. Эта «зебра», как выяснилось впоследствии, покрывала все ложе океана.

Близ Атлантического побережья США благодаря глубинному сейсмическому зондированию Ч. Дрейк и другие исследователи установили присутствие глубоких прогибов, заполненных многокилометровыми осадками: один — в районе океанического шельфа, другой — в основании континентального склона. Они тянулись на многие сотни и даже тысячи километров, обрамляя со стороны океана Северо-Американский континент. Были обнаружены значительные аномалии силы тяжести вдоль края континента, а также магнитные аномалии, свидетельствовавшие о наличии крупных интрузий магматических пород на большой глубине.

Все это вызвало замешательство в стане геологов. Мобилисты начали заново штудировать А. Вегенера, пытаясь с помощью его модели объяснить добытые наукой факты. Ни один из них не был предугадан какой-либо тектонической гипотезой. Решающее значение, пожалуй, имела догадка американских геофизиков Ф. Вайна и Д. Мэттьюза (1963 г.), нашедших интересное толкование природы линейных магнитных аномалий, субпараллельных рифтовой зоне срединно-океанических хребтов. Они предположили, что в этих аномалиях отразились изменения полярности магнитного поля Земли. Только за последние миллионы лет полярность магнитных полюсов менялась более 20 раз. А если это так, то полосовые аномалии как бы метили время формирования того или иного участка океанского дна. Благодаря им можно было попытаться установить возраст дна океана.

Самое интересное заключалось в том, что распределение линейных аномалий по профилю поперек срединноокеанических хребтов в Атлантике, Тихом и Индийском океанах было во многом идентичным: рисунок отдельных аномалий носил настолько индивидуальные черты, что их можно было узнать на различных магнитных профилях. Выявился симметричный характер расположения линейных магнитных аномалий относительно срединно-океанических рифтов. Этому можно было дать только одно объяснение: сама океаническая кора рождается в районе срединно-океанических хребтов и местом ее формирования является рифтовая долина.

Зная из наземных разрезов, с какой периодичностью происходила в ближайшие к нам геологические эпохи инверсия магнитных полюсов Земли, можно было пронумеровать и примерно датировать линейные магнитные аномалии. Вскоре это было сделано не только вблизи срединно-океанических хребтов, но и на большей площади абиссальных котловин океана, где плащ осадков, перекрывающих базальтовое ложе, относительно тонок.

Остроумное решение Ф. Вайна и Д. Мэттьюза воодушевило мобилистов. Стало ясно, что идея А. Вегенера о дрейфе материков была правильной: следы его заключены в полосовых магнитных аномалиях океанского дна, причем более молодые из них расположены в пределах срединно-океанического хребта, а более древние — на соответствующем удалении от центральной рифтовой долины. Появлялась перспектива реконструировать этапы этого дрейфа во времени, достаточно было выкинуть из современной картины распространения этих аномалий ту или иную их группу по обе стороны от вершины хребта (аномалии с одинаковыми номерами). Ведь к концу 60-х годов большая часть аномалий была уже пронумерована.

Началась эпоха интенсивной гидромагнитной съемки дна океанов, а затем и палеотектонических реконструкций. Однако новые представления о структуре океанского дна оставались, по существу, умозрительными. Доказать их можно было только с помощью глубоководного бурения.

«Гломар Челленджер» и проект глубоководного бурения

Возродившаяся к жизни идея А. Вегенера вскоре получила свое достойное воплощение в разработке проекта постройки уникального бурового судна, способного проводить работы в районах, где дно залегает на глубинах в несколько тысяч метров от поверхности океана. Чтобы оценить смелость этой задумки, надо напомнить, что в те годы (середина 60-х годов) коммерческое разведочное и эксплуатационное бурение скважин на нефть и газ велось лишь в пределах 100—120-метровой изобаты на шельфе, да и то преимущественно со стационарных платформ, бетонные основания которых устанавливались на дно.

Для осуществления программы глубоководного бурения в океане (deep-sea drilling project), составленной в Океанографическом институте Скриппса при Калифорнийском университете США, необходимо было решить несколько сложнейших инженерных и навигационных задач. Во-первых, научиться спускать и поднимать колонны буровых труб длиной в несколько километров в условиях волнения и океанской зыби. Во-вторых, создать систему, допускающую повторное попадание всей колонны и бурильного инструмента в устье скважины. В-третьих, обеспечить судно системой двигателей, способных удерживать его над точкой бурения с минимальными отклонениями, так как уход его в сторону за пределы нескольких десятков метров грозил скручиванием и отрывом буровой колонны. Последняя задача потребовала разработки новой, высокоточной системы ориентаций и привязки, которую в открытом океане смогли обеспечивать сначала спутники, а впоследствии гидроакустические маяки, устанавливавшиеся на дно в окрестностях точки бурения. И те и другие должны были достаточно часто показывать координаты судна на бортовую ЭВМ, чтобы в минимальный срок можно было исправить любые отклонения в положении судна над точкой бурения, вызванные сносом течениями, ветром и другими причинами.

А пока проект разрабатывался и строилось буровое судно, теоретическая мысль ученых не стояла на месте. На глазах рушились старые представления и вырастало здание новой теории, названной французским ученым К. Ле Пишоном тектоникой литосферных плит. Однако обо всем по порядку.

Как только появились серьезные доказательства в пользу дрейфа материков, а вслед за ними и первые палеореконструкции, показывавшие, каким образом и в какой последовательности произошел распад древних суперконтинентов Пангея и Гондвана, перед учеными встали новые проблемы. Ведь если Атлантический и Индийский океаны — относительно молодые образования, возникшие, судя по возрасту линейных магнитных аномалий и другим свидетельствам, лишь в мезозое, то выходит, что за последние 200—300 млн лет заново сформировалась огромная по площади часть земной поверхности. Что это — свидетельство резкого расширения нашей планеты? А если нет, то куда девается старая земная кора? Решая эту задачу, одни ученые стали разрабатывать теорию расширяющейся Земли, другие же обратили внимание на странные структуры, почти непрерывным кольцом опоясавшие Тихий океан и глубоко избороздившие отдельные участки дна по периферии Атлантического и Индийского океанов.

Речь идет о самых глубоких образованиях в океане — желобах, куда еще в середине 40-х годов погружались на батискафах отважные исследователи. Был среди них и изобретатель многих таких аппаратов Ж. Пикар, который в 1960 г. вместе с американцем Д. Уолшем достиг дна в самом глубоком из современных желобов — Марианском на отметке 10 916 м. Глубоководные желоба как бы охватывают дугой краевые архипелаги вулканических островов, отделяя их от океана. Они же обрамляют в Тихом океане Южную, Центральную и частично Северную Америку.

Важной особенностью желобов, помимо их громадной глубины и своеобразного рельефа, является приуроченность к ним сейсмофокальных поверхностей — зон Беньофа, вдоль которых концентрируются фокусы большинства землетрясений. Эти условные поверхности сначала полого погружаются под прилегающую к желобу сушу (под углом 30—33°), а затем на глубине около 300 км круто падают (до 60°), опускаясь до 600—700 км.

Внимательный анализ показал, что эпицентры землетрясений в океане группируются отнюдь не случайно. Значительная их часть, в основном мелкофокусных, фиксируется в районе рифтовых долин срединно-океанических хребтов, другие же приурочены к переходным зонам от континентов к океанам. Причем большинство, в том числе все глубокофокусные, происходит в пределах так называемых активных окраин континентов и островных вулканических дуг, расположенных по периферии Тихого океана, т. е. как раз там, где находятся глубоководные желоба. Они, что называется, жестко привязаны к зонам Беньофа. Более того, в тех же районах сосредоточена и основная вулканическая деятельность, продукты которой имеют преимущественно средний и основной состав — андезиты и базальты.

Так что же происходит в этих районах, где проявляется в столь драматической форме тектоническая активность недр? Этот вопрос остается до сих пор предметом ожесточенных споров. И немудрено. В ответе на него заключена окончательная судьба фиксистских концепций. Ведь если глубоководные желоба всего лишь трещины в земной коре, указывающие на ее растяжение, то, следовательно, можно говорить о расширении поверхности нашей планеты, которое происходит в основном в срединно-океанических хребтах, но вызывает также растяжения в краевых зонах океана.

Для мобилистов же глубоководные желоба и связанные с ними зоны Беньофа, напротив, являются символами совсем иных процессов, протекающих в условиях сжатия и получивших собирательное название «субдукция» (поддвиг). Согласно мобилистской концепции, в зонах субдукции происходит погружение и расплавление древней коры океана или окраинных глубоководных морей, т. е. процесс, компенсирующий формирование молодой океанической коры. Именно поэтому раскрытие в мезозое и кайнозое Атлантического и Индийского океанов не означало внезапного разрастания диаметра Земли.

Оно шло за счет уничтожения палеозойской и раннемезозойской коры древних океанов, к которым принадлежит Тихий океан, а также исчезнувший океан Тетис. Заталкивание отдельных блоков океанической коры под континент или островную вулканическую дугу сопровождается серией землетрясений. Их фокусы располагаются вдоль глубинной границы, где соприкасаются погружающаяся плита и край той плиты, под которую происходит поддвигание. С расплавлением вещества в зоне субдукции связан подъем магматических расплавов к поверхности, в результате чего активизируется вулканическая деятельность.

И действительно, во всех районах, где существуют глубоководные желоба и приуроченные к ним зоны Беньофа, можно обнаружить цепочки вулканов. Они располагаются на краю континента, как в Южной Америке (со стороны Тихого океана), либо образуют вулканические архипелаги островов, выгибающиеся дугой в сторону океана. Именно поэтому последние получили название островных вулканических дуг. К ним относятся Курило-Камчатская, Алеутская, Японская, Идзу-Бонинская, Марианская, Филиппинская, Тонга-Кермадекская и еще десятки других, расположенных в краевых частях океанов.

Проанализировав глобальную схему распространения срединно-океанических хребтов и рифтовых долин, с одной стороны, и глубоководных желобов с зонами субдукции — с другой, К. Ле Пишон разделил земную твердь на восемь крупнейших литосферных плит (помимо них, существует еще несколько десятков микроплит). Согласно его схеме, границы этих плит проходят по рифтовым долинам срединно-океанических хребтов, глубоководным желобам и некоторым трансформным разломам. В крупнейшие из них (за исключением Тихоокеанской плиты и плиты Наска) впаяны континенты. Они перемещаются вместе с литосферной плитой. В процессе ее разрастания в так называемых спрединговых центрах — рифтовых долинах — плита увеличивает свою площадь. Помимо конструктивной границы плиты, вдоль которой она формируется, существует деструктивная граница, где происходит ее разрушение. В современной структуре земной поверхности разрушаются в основном плиты, выделяемые в Тихом океане,— Тихоокеанская, Кокос и Наска. Именно на них как бы наползают молодые плиты, т. е. возникшие при рождении Атлантического и Индийского океанов. Плиты располагаются над гигантскими конвекционными ячейками в мантии Земли, образуемыми восходящими и нисходящими ветвями — потоками вещества и тепла. Восходящий поток выходит на поверхность в пределах конструктивной границы плиты, т. е. в рифтовых долинах, нисходящий поток зарождается в зонах Беньофа под активной окраиной континента или под островной вулканической дугой. Таким образом, континенты медленно «плывут» по поверхности мантии, как по эскалатору: за ними возрастает количество ступенек, перед ними происходит погружение ступенек, правда, другой плиты. В качестве ступенек выступают участки океанической коры, более молодые — в начале ленты транспортера (они фиксируются в виде полосовых магнитных аномалий), более древние — у погружения ленты транспортера.

Можно еще много говорить о принципах, положенных в основу тектоники литосферных плит, но главное то, что земная кора оказывается невечной. Она проходит свой жизненный цикл, как и все во Вселенной. Только циклы эти в миллионы раз длиннее, чем жизнь живых существ на Земле, и несравненно короче тех циклов, которые проходят небесные тела. Таким образом, тектоника плит раскрывает механизм обновления нашей древней планеты, дает возможность угадывать ход дальнейшей эволюции.

Как и всякая теория, тектоника плит, связав воедино до того разрозненные и плохо объяснимые геологические явления, нуждалась в экспериментальном подтверждении. Ключ к доказательству ее истинности в буквальном смысле лежал на дне океана. Действительно, если океаническая кора относительно молода и если за пределами окраин континентов отсутствуют породы домезозойского возраста (а сам этот возраст будет уменьшаться по мере приближения к рифтовым зонам срединно-океанических хребтов), то это будет доказательством существования механизма спрединга океанского дна и вообще относительной молодости коры океана. Только глубоководное бурение могло дать ответ на многочисленные вопросы о его строении и истории развития.

Между тем основные технические проблемы, стоявшие перед создателями проекта глубоководного бурения, были как будто преодолены, и первое буровое судно такого типа, оснащенное ЭВМ и системой спутниковой навигации, вышло в море. В честь знаменитого предшественника, положившего начало научным изысканиям в океане, оно было названо «Гломаром Челленджером».

Первая точка для глубоководного бурения была выбрана в Мексиканском заливе, во впадине Сигсби, где геофизики установили присутствие на дне крупных куполов, как предполагалось образованных соляными диапирами. Бурение, проводившееся у подножия подводного уступа Сигсби, оправдало надежды специалистов и дало блестящие результаты. Буровая колонна проникла на глубину 770 м, что позволило отобрать керн осадков и пород в той части морского дна, которая дотоле оставалась «белым пятном» (впрочем, как и почти весь океан) на геологической карте.

В первом рейсе «Гломара Челленджера» был опробован и отлажен весь комплекс механизмов бурения и управления этим процессом. В следующих рейсах стали изучать строение осадочной линзы на континентальных окраинах и собственно океанского ложа, сначала в Северной и Центральной Атлантике и в восточных районах Тихого океана, которые были к тому времени наиболее полно исследованы геофизическими методами.

Буровое оборудование не обеспечивало проходку очень крепких пород, в частности горизонтов кремней, достаточно широко распространенных в верхней части осадочного чехла абиссальных котловин. Поэтому глубина проходки скважин в первые годы осуществления проекта глубоководного бурения не превышала нескольких сот метров. Проблема заключалась в невозможности смены бура, который быстро изнашивался при бурении с непрерывным отбором керна. Трудности возникали, собственно говоря, не столько со сменой оборудования, сколько с необходимостью вторичного попадания в ствол уже начатой бурением скважины. Поэтому если проходку последней по каким-либо причинам, из-за шторма или технических неполадок, приходилось прерывать, то команда судна была вынуждена закладывать новую скважину в соседней с предыдущей точке.

Нередко, чтобы выполнить первоначальную задачу и достичь расчетной глубины бурения, приходилось начинать проходку второго, третьего и даже четвертого ствола. При этом к номеру скважины прибавлялся соответственно индекс А, В и С. В дальнейшем проблема смены износившегося оборудования с продолжением бурения в том же стволе была решена. На дне стали помещать акустический маяк, подававший сигналы на поверхность.

В точке бурения вместе с ним устанавливалась гигантская, до 20 м в диаметре, воронка, сужающаяся к устью скважины. Поэтому буровая колонна, вторично опускавшаяся с борта судна, должна была попасть уже не в крошечную дыру на дне, а в створ довольно большой воронки, оборудованной акустическим датчиком.

Однако, как говорилось выше, эта система была разработана позднее. В первых же рейсах «Гломара Челленджера» предпочитали разбуривать те участки океанского дна, где мощность осадочного чехла относительно невелика, — районы срединно-океанических хребтов и прилегающие к ним части абиссальных котловин. К концу 1971 г. было пробурено около 200 скважин в различных районах Мирового океана. Главным результатом этой гигантской работы было подтверждение основных мобилистских идей. Надо отметить, что очень скоро проект глубоководного бурения приобрел международный статус. В соответствии с межправительственным соглашением и другими документами, регулировавшими научный обмен между СССР и США, во многих рейсах «Гломара Челленджера» участвовали советские ученые — морские геологи, геохимики, океанологи, литологи и другие специалисты, в том числе такие известные исследователи, как А. П. Лисицын, П. П. Тимофеев, В. А. Крашенинников, И. О. Мурдмаа, Ю. А. Богданов и др.

Научная кооперация на борту «Гломара Челленджера» и в послерейсовые периоды обработки полученных материалов принесла важные научные плоды. Уровень лабораторного исследования и интерпретации материалов оставался неизменно высоким многие годы, а их результаты публиковались уже через год после завершения очередного рейса. Голубовато-зеленые тома, издававшиеся по этим рейсам, стали одним из наиболее читаемых изданий.