Company Logo

 

Происхождение и развитие шельфа океанов

   Шельф непосредственно прилегает к суше. Здесь сосредоточены большие пищевые и минеральные ресурсы, это наиболее доступная и освоенная часть Мирового океана. Освоение шельфа в настоящее время идет очень быстрыми темпами. Поэтому очень важно сейчас иметь наиболее полные и правильные представления о нем. Казалось бы, шельф - продолжение суши, и поэтому особенных неясностей в вопросе его происхождения быть не может. Действительно, многие ученые характеризуют шельф как затопленную часть суши и не склонны выделять его в отдельную морфоструктуру. На первом Всесоюзном совещании по геологии шельфа известные специалисты по морской геологии О. К. Леонтьев и Д. Е. Гершанович дали шельфу следующее определение: «Это относительно выровненная и чаще всего относительно мелководная часть морского дна, прилегающая к морскому краю материка или острова и характеризующаяся общностью геологической структуры с примыкающей к ней сушей» (О. К. Леонтьев и Д. Е. Гершанович в сб. «Проблемы геологии шельфа». М., 1975). На том же совещании два других наших известных исследователя шельфа, А. А. Аксенов и Е. Н. Невесский, высказали несколько иную точку зрения: «...шельф и склон составляют краевую зону континентальной коры... Краевая зона, по-видимому, испытывает медленное перерождение и постепенно переходит в кору океанического типа» (там же).

   В этих высказываниях - отголоски различных взглядов на происхождение океана в целом. Авторы первого определения стоят на точке зрения первичности океанов и считают, что материковый тип земной коры не может в процессе развития превращаться в океанический. Два других исследователя последнюю возможность допускают. По всей видимости, в природе дело обстоит гораздо сложнее.

   Конечно, трудно оспаривать мнение, что на некоторых участках шельфа, особенно верхней прибрежной части, встречаются продолжение континентальных структур или отдельные типично континентальные структуры. Но, с другой стороны, имеются и доказательства того, что иногда береговая зона срезает структуры суши, которые обрываются на шельфе, когда отмечается несогласие между береговой линией и простиранием структур суши (Центральная Америка и Южная Америка). Срезание береговой линией разновозрастных структур материка отмечает для Приморья, например, известный дальневосточный геолог И. И. Берсеньев. Образование шельфа Японского моря он связывает с интенсивными тектоническими движениями в районе Приморья в меловое время («Вопросы геологии дна Японского моря», 1973). На месте современной впадины Японского моря, как считает И. И. Берсеньев, образовалась рифтовая долина. На ее юго-западном продолжении сформировались разломы, превратившиеся в систему раздвигов. На материке происходили сжатия земной коры, складкообразование, а в области рифта - растяжение, опускания отдельных блоков, раздвижение впадины Японского моря. По сбросам, обрамлявшим впадину, часть шельфа была опущена. Погруженные шельфы Японского моря, по данным И. И. Берсеньева, встречаются у берегов Сихотэ-Алиня и Сахалина, находятся они на глубинах 600-700 м, имеют ширину 15-20 км и длину до 100 км. Приморские геофизики (Р. Г. Кулинич и др. Вопросы геологии и геофизики окраинных морей северо-западной части Тихого океана, 1974) полагают, что современный тектонический план залива Петра Великого является резко дискордантным по отношению к материковым структурам Приморья. Для фундамента шельфа залива Петра Великого характерно резкое увеличение мощности «базальтового» слоя (16-25 км). На внешней части шельфа прослеживается прогиб этого слоя. В нижней половине материкового склона кровля «базальтового» слоя резко поднимается. Этот подъем в плане имеет вид узкого вала, совпадающего с подобной, но гораздо менее выраженной формой поверхности Мохоровичича. На долю «гранитного» слоя и осадочных отложений (наиболее древние из них по возрасту не старше меловых) приходится незначительная часть коры Южноприморского шельфа.

Разрез земной коры залива Петра Великого (по Р. Г. Кулиничу и др., 1974)

Разрез земной коры залива Петра Великого

   Глубинные сейсмические зондирования, проведенные в пределах шельфа северной части Японского моря и прилегающей к нему части Татарского пролива, говорят об очень сложном строении земной коры в этом районе. Граница Мохоровичича в центральной части Татарского пролива занимает довольно высокое гипсометрическое положение, и мощность земной коры здесь снижена. Район отличается повышенным тепловым потоком, мелкофокусной сейсмичностью, интенсивными магнитными аномалиями. Перечисленные признаки позволяют предположить, по аналогии с Байкальской и Восточно-Африканской рифтовыми зонами, что здесь происходит образование рифтов («Тихий океан. Геофизика дна», 1974).

   Общепринято, что значительная часть дна Охотского моря представляет собой шельф, опущенный до глубины 1 - 2 тыс. м. Ученые Сахалинского комплексного института Академии наук СССР, в частности И. К. Туезов, считали, что Южно-Охотская глубоководная впадина возникла в результате опускания около 30 млн. лет назад в миоцене платформенной структуры материкового типа и преобразования ее коры из континентальной в современную субокеаническую. По мнению этого же автора, процессы «океанизации» земной коры происходят все последующее время в пределах шельфа центральной и северной части Охотского моря. Это подтверждается данными об относительно малых мощностях здесь земной коры и «гранитного» слоя, а также о высоких значениях теплового потока. В качестве признака «океанизации» земной коры отмечается поднятие в этих районах поверхности «базальтового» слоя.

   Обратимся теперь к шельфам, примыкающим к континентальным структурам совершенно иного типа, не геосинклинального, а платформенного. Шельф Атлантического побережья США, по-видимому, наиболее изученный в геологическом отношении шельфовый район мира. Он отличается спокойным рельефом, значительной шириной. Кора континентального типа прослеживается здесь по всему шельфу и материковому склону. По ряду геофизических данных (резкое увеличение значения силы тяжести, проявление магнитных аномалий и т.. п.) граница между континентальным и океаническим типами земной коры проходит в области материкового подножия примерно по изобате 2 тыс. м. Глубина залегания мантии под шельфом 30-35 км, под материковым склоном - 20 км, под материковым подножием - 12 -15 км.

Характер расчленения и преобразования фундамента шельфа Северо-Западной Атлантики хорошо показан американским геологом Р. Шериданом (The Geology of Continental Margin, 1974), использовавшим материалы исследований многих геологов и геофизиков, на серии схем, составленных по геофизическим данным, материалам бурения на шельфе и драгирования на материковом склоне.

Разрез земной коры окраины Северо-Западной Атлантики (по Sheridan, 1974)
а - район Лабрадора;
б - район Ньюфаундленда;
в - район Гренд Бенкс;
г - район Банки Джорджия;
д - район Нью-Джерси;
е - район Гаттерас

Разрез земной коры окраины Северо-Западной АтлантикиРазрез земной коры окраины Северо-Западной Атлантики

   Осадочная толща шельфа состоит из разнообразных пород возраста от юры до плейстоцена (т. е. она откладывалась последние 200 млн. лет), ее мощность - 8-12 км. В северных районах, на шельфе Лабрадора, юрские породы представлены береговыми конгломератами, южнее - соленосными осадками, погруженными на 6 км. В районе Грэнд Бенкс эти соленосные осадки располагаются в узких тектонических ложбинах. На шельфе Новой Скотий и Нью-Джерси юрой датируются залегающие на фундаменте карбонаты, соленосные и терригенные осадки. В районе Багамских островов в основании кайнозойской толщи карбонатов обнаружены соленосные юрские купола, приуроченные к зонам разрыва. В южных частях Атлантического побережья США, начиная с юры, на внешнем крае шельфа отмечаются образование и рост барьерного кораллового рифа, ныне погребенного голоценовыми осадками.

   Поверх юрских и нижнемеловых отложений, содержащих мелководную фауну и водоросли, залегают более глубоководные и более молодые осадки верхнего мела, палеогена и неогена, представленные песками и сланцами. Они вскрыты при бурении на шельфе и при драгировании на материковом склоне. Вся толща отложений имеет типично трансгрессивное строение, когда мелководные осадки вверх по разрезу переходят в глубоководные. Это говорит о том, что шельф северо-Западной Атлантики опустился за кайнозойское время на 6-10 км. Опускание отдельных блоков шельфа произошло по сложной системе разрывов, которые пересекают его фундамент параллельно береговой линии. Эти разрывы возникли в юрское время и расчленили шельф на отдельные бассейны, где аккумулировалась мощная толща мелководных осадков.

   Таким образом, вышеприведенные данные по строению шельфа окраинных морей северо-западной части Тихого океана и Атлантического побережья США показывают, что в развитии этих двух столь разных областей, которые обычно относятся к разным типам окраинных зон океанов - к атлантическому и тихоокеанскому, имеют много общих черт.

   Фундамент шельфа в обоих случаях пересечен разрывными нарушениями, разбит на блоки, осложнен внедрением интрузий. Поверхность фундамента образует вогнутость, соответствующую средней и внешней части шельфа. Причиной возникновения вогнутости фундамента шельфа служат поднятие «базальтового» слоя в краевых зонах (залив Петра Великого), опускания по расколам отдельных блоков в средней части фундамента (шельф района Лабрадора и Банки Джорджия), развитие мощных барьерных коралловых рифов (шельф района Нью-Джерси и Флориды). В Бискайском заливе фундамент шельфа испытал общее чашеобразное прогибание, прогиб заполнен осадками юрского и более молодого возраста.

Во всех рассмотренных районах на фундаменте шельфа залегают разнообразные осадочные породы юры, мела, палеогена, неогена и четвертичной системы. Они почти всегда опущены глубже тех зон, где в свое время отлагались. Опускание шельфов в мезо-кайнозойское время отмечается для многих районов. В Восточной Африке, где по проекту глубоководного бурения пробурено несколько скважин и обнаружены толщи отложений от юры до неогена, опускание произошло в меловое время по сбросу, разделившему погружающийся шельф и поднимающееся побережье. Справедливости ради следует отметить, что имеются наблюдения об участках поднятия шельфа. Такое поднятие отмечено к северу от Калифорнии, где, по данным глубоководного бурения, отложения среднего миоцена на краю шельфа подняты на 1 км. Во всяком случае многочисленные данные показывают, что в шельфовых районах происходили мощные преобразования континентальных структур, иногда, по мнению некоторых исследователей, перерождение континентальной земной коры в океаническую, проявление разнообразных тектонических движений, часто в виде сети разрывов. В большинстве случаев край шельфа интенсивно погружался, и только в немногих районах произошло его поднятие. Эти процессы преобразования окраин материков, по всей видимости, были связаны с интенсивными тектоническими движениями в океанических впадинах в мезозой-кайнозойское время.

   Ранее говорилось, что процессы образования океанических впадин в этот период различными учеными трактуются по-разному. Возможно, происходило «обрушение» материковых блоков, как это предполагается по гипотезе «океанизации», или интенсивное углубление в это время океанического ложа впадин, о чем пишет О. К. Леонтьев. В обоих случаях на краю материков возникали тектонические напряжения и фундамент шельфа дробился разломами, испытывал интенсивное погружение. В соответствии с теорией дрейфа литосферных плит в областях атлантического типа побережий или в пассивных окраинных зонах тектонические нарушения и опускания объясняются расколом плит с образованием сбросов. С расколами и прогибанием земной коры, согласно этой теории, связаны образования соляных структур, формирование значительных по мощности толщ терригенных и карбонатных осадков. Шельфы тихоокеанского типа или активные окраинные зоны служат границей между плитами, которые либо сходятся, либо поддвигаются одна под другую, что также вызывает деформации и разрушения коры. Эти процессы сопровождаются сбросами-сдвигами, надвигами, а следовательно, опусканием и поднятием участков шельфа. В частности, поднятие шельфа к северу от Калифорнии американские исследователи объясняют поддвигом океанической плиты под материковую.

   Так или иначе, можно предположить, что в результате активных тектонических процессов, происходящих в океанических впадинах в мезозое - кайнозое (особенно на границе этих эр), на окраинах материков возникали напряжения, вызванные разнонаправленными - вертикальными или горизонтальными - движениями дна и суши. Края континентов претерпели серьезные изменения, и здесь сформировался современный шельф - своеобразная морфоструктура переходного (промежуточного) типа.

   По-видимому, шельф в большинстве районов можно представить как крыло гигантской флексуры (флексура - складка слоев горных пород, имеющая коленчатый изгиб; возникает при растяжении пород, когда одна часть под действием тектонических сил поднимается, другая - опускается; растяжение слоев часто приводит к разрыву - сбросу), осложненной разрывами, разделяющей материки и океанское дно. Понятие о континентальной флексуре, образующейся на границе континентов и океана, введено в литературу известным французским геологом Ж. Буркаром (1953). Оно представляется весьма плодотворным для анализа тектонических процессов, происходящих на окраине материков. Континентальная флексура, испытывая влияние тектонических движений разного знака, отчасти вовлекается в поднятие, происходящее на континентах, отчасти прогибается вместе с дном океанических впадин. При этом в большинстве случаев возникают сбросы, сдвиги, надвиги и другие тектонические нарушения.

   Видимо, в зависимости от того, насколько близко эти разрывы или ось флексуры смещены к береговой линии, на шельфе преобладают положительные или отрицательные движения. На длительно поднимающихся побережьях (восточное побережье Африки, тихоокеанское побережье Америки и др.) внутренние части шельфа были втянуты в поднятие и осушены. В настоящее время это побережья с «лестницами» четвертичных поднятых террас. В других случаях вместе с шельфом в погружение океанических впадин вовлекаются участки суши, и внешний край шельфа может подвергаться процессу океанизации. Можно предположить, что преобладание на шельфе структур континентального или переходного типа также зависит от того, в какой зоне проходит ось разнонаправленных тектонических движений и насколько значительны напряжения, приводящие к расколу крыла флексуры.

   Однако особенности шельфа как морфоструктуры не только в его своеобразной тектонической природе - здесь создались толщи осадков, отличающиеся от всех иных типов отложений.

   Древние отложения, как уже отмечалось, представляют собой толщи мелководных отложений, опущенных на значительные глубины. Рельеф и молодые плейстоценовые осадки шельфа сформированы в ходе неоднократных трансгрессий и регрессий океана эвстатического характера, о которых писалось в предыдущей главе.

   В периоды оледенений, когда верхняя часть шельфа осушалась, на его поверхность выносились большие массы обломочного материала, образовывались наземные формы рельефа. Во время межледниковий шельф затоплялся и здесь должна была формироваться сложнопостроенная толща прибрежно-морских и морских осадков, существенно перерабатываться рельеф.

К сожалению, мы очень мало знаем о плейстоценовых осадках и рельефе шельфа этого возраста. Дело в том, что неоднократно мигрирующая по верхней части шельфа во время регрессий и трансгрессий береговая зона каждый раз перерабатывала рельеф и осадки предыдущих эпох. Не удивительно поэтому, что при бурении в верхней части шельфа обнаруживаются лишь голоценовые, а не более ранние отложения. Плейстоценовые отложения большей частью вскрываются лишь в закрытых от волнений бухтах и на внешней части шельфа, где бурение в научных целях практически еще не организовано. В настоящее время хорошо известна трансгрессивная толща, созданная на шельфе в период последней голоценовой эвстатической трансгрессии. Она включает в себя реликтовые континентальные образования, захороненные осадки лагун и береговых аккумулятивных форм, морские отложения. Примером такой сложнопостроенной толщи (типа «слоеный пирог») может быть разрез, изученный, по данным бурения в заливе Куширо, на острове Хоккайдо. Здесь мы видим, что в основании толщи молодых отложений залегают размытые континентальные отложения. На них легли береговые отложения возраста 13 тыс. лет. Выше встречены лагунные осадки, прослои торфа, типично морские отложения.

Строение голоценовой толщи прибрежных отложений залива Куширо на Хоккайдо (по данным бурения)

Строение голоценовой толщи прибрежных отложений залива Куширо на Хоккайдо (по данным бурения)

   Можно предположить, что во время плейстоценовых трансгрессий на шельфе каждый раз формировалась столь же сложная толща отложений, включающая линзы реликтовых континентальных и береговых образований. В периоды регрессий и последующих трансгрессий весь материал перерабатывался волнами и значительная часть его выбрасывалась на сушу.

   Так же как и осадки, переходный характер имеет и рельеф шельфа. Здесь встречаются затопленные наземные формы, типично морской рельеф и остаточные образования лагун. Наземные и береговые формы рельефа редко полностью сохраняются на шельфе - они в той или иной степени размываются волнами или захороняются под слоем современных морских отложений. Поэтому мы регистрируем на шельфе обычно неясные контуры речных долин, «просвечивающиеся» сквозь современные отложения, плохо выраженные размытые древние береговые аккумулятивные формы, холмы, оставленные ледниками, сложенные валунным материалом (мелкие фракции из них вымыты), полуразрушенные денудационные гряды и т. п. Особое место в рельефе шельфа занимают подводные террасы - следы регрессивных положений береговой линии в плейстоцене.

   Упоминания о террасах на глубинах до 400 м встречаются в литературе довольно часто. В основном описываются уступы, перегибы дна, скопления грубообломочного материала и т. д. Суммирование этих данных по многим литературным источникам позволило дать следующие осредненные глубины подводных уровней: около 40, 60, 80, 110, 130, 160, 300-330 и 380-400 м. Однако подавляющее большинство этих «следов» погруженных террас не датировано, их возраст неизвестен, а происхождение неясно; возможно также, что за береговые террасы принимаются выходы коренных пород, структурные ступени, слившиеся конуса выноса подводных каньонов и т. п.

   Современные осадки и рельеф шельфа созданы волнением, разного типа течениями (гидрогенными процессами) и гравитационными процессами. Рельеф, созданный волнением (подводные валы, косы, гряды, гроты, ниши), распространен в верхней части шельфа. В средней и внешней частях рельефообразующее значение приобретают стоковые, компенсационные и суспензионные течения и гравитационные процессы. Необходимо заметить, что до последнего времени гравитационным перемещениям материала шельфа не придавалось большого значения. Исследования последних лет, особенно с помощью подводных лодок, показали, что на шельфе широко развиты процессы осыпания, медленного и быстрого оплывания и сползания (типа лавин и селей), обвалы, обрушения и т. п. В результате проявления этих процессов возникают своеобразные «натеки», ложбины схода подводных лавин, оползневые цирки, типичные стенки отрыва. При обвалах и быстрых оползнях часто возникают суспензионные течения, прорезающие на шельфе отдельные ложбины и каньоны. Своеобразная форма рельефа шельфа - песчаные «волны» разного размера. Например, в районе Английского канала они имеют высоту 30 м, а длину до 1 км (расстояние между гребнями). Выяснилось, что существует зависимость между направлениями приливных течений и расположением песчаных волн. Они имеют фронтальное расположение по отношению к направлению течений. Сами песчаные волны также перемещаются по дну в зависимости от приливных течений. Подобные песчаные «волны», или «дюны», описаны американскими исследователями на Атлантическом шельфе США. Правда, они связывают их происхождение с дрейфовым течением, направленным вдоль побережья с севера на юг. К приливным формам рельефа относятся также ориентированные вдоль побережья и направления течений ложбины и гряды, изученные у берегов Англии.

Огромное влияние на современное отложение осадков и рельефообразование на шельфе имеют процессы, связанные с климатической зональностью. В тропической зоне благодаря определенным химическим процессам рыхлые отложения часто цементируются, образуют плохо поддающиеся размыву гряды, выступы, валы,- все это усложняет рельеф шельфа. Кроме того, в этой зоне на шельфе образуется своеобразный рельеф коралловых рифов. Особую специфику имеет развитие субполярных и полярных шельфов с их остаточными ледниковыми формами и осадками, развитием мерзлотных процессов.

   Таким образом, современное осадко- и рельефообразование на шельфе отличается большим своеобразием, что позволяет и с этой точки зрения выделить его как самостоятельную систему. По мнению американского ученого Д. Свифта, «шельф может быть определен как динамическая система, которая контролируется притоком осадков через береговую зону и притоком энергии через водную толщу ко дну» (The Geology of Continental Margin, 1974).

   В целом геологическое строение и тектоническое развитие шельфа, его плейстоценовая история, современный рельеф и осадки, вместе и по отдельности, отражают влияние процессов, происходящих на суше и в океане. Степень воздействия океанических или наземных факторов меняется как в пространстве, так и во времени, в результате чего была создана своеобразная переходная морфоструктура, сочетающая в себе черты океанического и континентального типа, но все же ни в своем геологическом строении, ни своим рельефом не похожая до конца ни на материковые, ни на океанические морфоструктуры.

   Теперь можно попробовать дать шельфам следующее определение. Шельфы - это окраинная зона материков, подвергавшаяся тектоническим преобразованиям при формировании в мезозое-кайнозое океанических впадин, рельеф и осадки которой в основном созданы под влиянием плейстоцен-голоценовых трансгрессий и регрессий, а также современных процессов гидрогенной (волны и течения) и гравитационной переработки.

   До настоящего времени не предложено еще классификации шельфов, которая удовлетворила бы большинство исследователей. Типы шельфа часто выделяют по типам прилегающих к ним структур суши, что, конечно же, не отражает их связи со строением океанического дна. В классификации типов шельфа, видимо, необходимо отразить прежде всего различия в тектоническом строении этой переходной между сушей и океаном морфоструктуры. Затем, весьма важна неоднородность их литологического строения, что определяется климатическими особенностями окраин континентов, т. е. расположением их в зонах тропической гумидной, субтропической аридной и т. п. Наконец, современные отложения и рельеф шельфа зависят от гидродинамических факторов: режима волнений, приливов, течений. В этом плане можно выделять океанские шельфы, подверженные воздействию крупной зыби, шельфы внутренних приливных морей, шельфы полярных морей, большую часть года закрытых льдами.

   Таким образом, учитывая тектонические, климатические и гидродинамические различия, в разном их сочетании можно определить тот или иной вид шельфа и, в конечном счете, составить их классификацию.

Класс!
Поделиться

Aviasales.ru - самый удобный поисковик авиабилетов.


статистика