книги из ГПНТБ / Смирнов Г.Н. Океанология (в инженерном изложении) учебник

нитный слой выклинивается на оси глубоководных желобов, у ко­ торых внутренний борт имеет материковое строение земной коры, а внешний — океаническое.

Срединно-океанические хребты характеризуются наличием вдоль осевой зоны глубокого разлома, выраженного в виде впадины и получившего название рифтовой долины. С обеих сторон рифтовой долины располагаются наиболее высокие части срединного хреб­ т а — рифтовые гребни, к которым примыкают высокогорные, срав­ нительно узкие зоны. Далее располагаются средне- и низкогорные области — крылья срединных хребтов, где средняя высота гор со­ ставляет нередко 500—2000 м, хотя отдельные вершины поднимают­ ся и на значительно большую высоту, в некоторых случаях высту­ пая над уровнем океана и образуя океанические острова.

По своему строению земная кора в зоне срединных хребтов от­ носится к океаническому типу, но мощность ее значительно больше, чем в глубоководных впадинах, и составляет около 20 км. Кроме того, прослеживается промежуточный слой, где скорости распрост­ ранения колебаний выше, чем в базальтовом слое, и ниже, чем в подкоровом веществе.

Высокогорные части срединных хребтов (рифтовые зоны) харак­ теризуются положительными аномалиями силы тяжести. Значитель­ ная величина теплового цотока и наличие эпицентров землетрясе­ ний в зоне срединных хребтов свидетельствуют о высокой тектони­ ческой активности, проявляющейся частыми землетрясениями и со­ временным вулканизмом.

Наиболее изученным является срединный хребет Атлантическо­ го океана, где в достаточно четкой форме прослеживаются все ха­ рактерные для срединных хребтов особенности рельефа, геологиче­ ской структуры и геофизических свойств. В Индийском океане сре­ динным хребтом следует считать Индийско-Аравийский хребет, который расположен к западу от медианной линии океана.

Срединным хребтом Тихого океана является Восточно-Тихооке­ анское поднятие, характеризующееся меньшей расчлененностью рельефа, чем срединные хребты Атлантического и Индийского океа­ нов. Кроме того, здесь не обнаружено рифтовой долины. Последнее обстоятельство, как отмечает О. К. Леонтьев, возможно связано не с действительным ее отсутствием, а объясняется слабой изученно­ стью этого района. Мощность земной коры в зоне Восточно-Тихо­ океанского поднятия равна 7— 8 км, т. е. меньше чем для срединных хребтов Атлантического и Индийского океанов, за счет выступа верхней мантии под гребнем.

Сложный глыбовый характер рельефа дна в некоторых районах прибрежной части океанов объясняется распространением структу­ ры срединных хребтов на материки. К таким районам относятся Калифорнийский залив, океаническое побережье полуострова Ка­ лифорния и участок побережья к северу от этого полуострова, где горные образования представляют собой продолжение ВосточноТихоокеанского поднятия и, в частности, дно океана шириной до 300 км вдоль северо-американских берегов является западным

280

склоном этого поднятия. Гребневая часть срединного хребта снова уходит в океан, примерно на 45—47° с. ш. и, возможно, что к северу от этой широты, включая архипелаг Александра (57—58° с. ш.), раздробленность рельефа также обусловлена наложением структу­ ры срединно-океанического хребта на материковые структуры.

Подобная же картина наблюдается в Индийском океане в райо­ не Аденского залива и Красного моря, горные образования на дне которых являются продолжением (по мнению ряда исследователей) срединного Аравийско-Индийского хребта; дальнейшее простира­ ние его прослеживается на Африканском побережье в виде системы мощных горных образований.

В Атлантическом океане, как уже упоминалось, структуры сре­ динного хребта распространяются на север от Исландии и образу­ ют срединный хребет Северного Ледовитого океана. Типичные для срединных хребтов черты рельефа в виде рифтовой долины, греб­ невой части и крыльевых зон характерны также и для системы под­ нятий, расположенных в южной части океанов и кольцом охваты­ вающих Антарктиду.

По классификации, предложенной О. К- Леонтьевым, к ложу океана «...относятся днища океанических котловин... и все горные сооружения и подводные возвышенности вне срединно-океаниче­ ских хребтов».

В пределах океанических котловин различают глубоководные (абиссальные) плоские равнины с уклонами в пределах 0,001 — 0 ,0 0 0 1 , расположенные ближе к материкам и выровненные за счет обильного поступления осадков с материков, и холмистые глубоко­ водные равнины, занимающие не менее 90% ложа океана, где слой осадков меньше и формы коренного рельефа оказываются не пол­ ностью погребенными, как в первом случае, а лишь смягченными. Средняя высота холмов при этом составляет 100— 2 00 м, но может достигать и 1000 м. Более часто плоские равнины встречаются в Атлантическом, а холмистые-—в Тихом океане.

Холмистые равнины часто переходят в подводные поднятия либо в виде подводных плато иногда с очень расчлененным и сложным рельефом (например, возвышенность Рио-Гранде между Бразиль­ ской и Аргентинской котловинами), либо в виде горных цепей вул­ канического или сбросовоглыбового построения. Кроме указанных поднятий в пределах ложа океанов наблюдаются отдельно стоящие горы, что особенно характерно для Тихого океана, и так называе­ мые окраинные океанические валы в виде слабо расчлененных по­ лого поднимающихся возвышенностей, расположенных вдоль океа­ нических берегов глубоководных желобов.

Такие валы замечены в Атлантическом океане севернее желоба Пуэрто-Рико (Внешний хребет) и восточнее Южно-Сандвичева же­ лоба. В Тихом океане внешние валы располагаются вдоль Алеут­ ского и Курило-Камчатского глубоководных желобов, а в Индий­ ском океане — вдоль Яванского'желоба.

Кроме положительных форм рельефа в пределах ложа океана и на склонах поднятий имеются ложбины различной протяженности,

наиболее крупные из которых, расположенные в пределах днища котловин, получили название океанических каньонов. Происхожде­ ние последних некоторые ученые связывают с действием мутьевых потоков, другие — с тектоническими деформациями земной коры, полагая, что в результате действия мутьевых потоков образуются только более мелкие ложбины, а также конусы выносов в устьях ложбин и каньонов, расположенных на материковом склоне.

Строение земной коры в пределах глубоководных впадин всех океанов отвечает океаническому типу и мощность ее, как указыва­ лось раньше, не превышает 4—7 км, снижаясь в некоторых районах до 1,5 км (восточная часть Индийского океана). В пределах горных образований ложа океанов мощность земной коры возрастает, а в районе Бермудского плато появляется промежуточный слой, анало­ гичный таковому в зоне срединных хребтов, но меньшей мощности. Во всех океанах в глубоководных впадинах отмечаются положи­ тельные аномалии силы тяжести и тепловые потоки незначительной величины.

§ 5. МОРСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Грунты дна океанов и морей могут быть представлены либо коренными породами, либо морскими отложениями, которые по оп­ ределению О. К. Леонтьева являются скоплением рыхлого мате­ риала, состоящего из твердых частиц различного состава и происхождения.

В дальнейшем происходит уплотнение рыхлого материала, со­ провождающееся рядом других физических и биологических про­ цессов, и осадки превращаются в осадочную горную породу.

По своему происхождению частицы, слагающие осадки, могут быть: терригенными, являющимися продуктом разрушения горных пород суши и входящими в состав большинства типов морских отложений; биогенными, образовавшимися в результате выпадения в осадок скелетных и покровных остатков различных организмов; хемогенными, сформировавшимися в итоге химических процессов, протекающих в морской воде и на дне. Кроме того, могут быть час­ тицы вулканогенные, близкие по своему составу к терригенным, а также частицы в виде космической пыли.

Основная масса терригенного материала поступает в океаны и и моря в виде твердого стока рек, общий объем которого составляет около 13 млрд, тв год.

Количество обломочного материала, поступающего в результате абразии, т. е. размыва берегов и дна волнами, составляет по неко­ торым данным всего лишь 0 ,22 млрд, т или примерно в 60 раз меньше твердого стока рек. Такое положение объясняется тем, что, во-первых, абрадирует только 10% всей береговой линии Мирового океана, а, во-вторых, даже на побережье океана, где наблюдается наиболее мощное, волнение, его абрадирующее действие на грунты дна ограничивается глубинами порядка 50—60 м.

Часть терригенных частиц поступает в океан в виде эоловой пыли; относительное количество ее в общем балансе осадка неве­

282

лико, но для отдельных районов, как например, для лагун восточ­ ного берега Каспия этот источник является единственным. О. К. Ле­ онтьев указывает, что в районе, прилегающем к дельте Волги, в апреле 1950 г. и апреле 1951 г. за несколько дней выпало соответст­ венно 56 и 27 г пыли на каждый квадратный метр поверхности воды, что в 20 раз больше количества материала, осаждающегося в глу­ боководных районах Мирового океана за год.

Некоторое количество обломочного материала выносится в океаны плавучими льдами, в том числе и айсбергами, которые на­ ряду с крупными обломками транспортируют много мелких продук­ тов истирания ледниками горных пород. Эти отложения, называе­ мые гляциально-морскими, приурочены к высоким широтам и в районе Антарктиды в некоторых местах слой их оказывается бо­ лее 14,5 м.

Вещественный состав и форма терригенных частиц зависит от минералогического состава и характера залегания горных пород, подвергающихся разрушению.

В результате деятельности вулканов в океан поступает большое количество пеплового тонкого материала, который, осаждаясь, об­ разует иногда отложения специфического минерального состава, приуроченные к зонам активного вулканизма.

Космическая пыль образуется в результате сгорания метеори­ тов в атмосфере, и в среднем на поверхность Земли ее выпадает за год 5 млн. т. Заметное содержание пыли обнаруживается в осадках центральных областей океанов, куда поступление осадков другого вида ограничено.

Биогенный материал образуется из раковин моллюсков, обита­ ющих на дне, и остатков скелетов и покровных частей планктонных организмов. Раковины моллюсков или продукты их разрушения в виде примеси всегда входят в состав терригенных отложений, а в некоторых случаях образуют и основную часть осадка, который получил название ракуши, если имеет место скопление целых рако­ вин, или ракушечного детрита и ракушечного песка при скопле­ нии соответственно неокатанных и окатанных продуктов их разру­ шения. Кроме моллюсков к донным осадкообразующим организмам относятся известковые и кремниевые губки, морские ежи, известко­ вые черви, а также различного рода рифостроители, при разруше­ нии построек которых создается обломочный материал различной крупности.

Поскольку развитие жизни на дне моря ограничено относитель­ но небольшими глубинами, то основную роль при формировании осадка органического состава на дне океана играют отложения остатков планктонных организмов, строящие свои скелеты и по­ кровные части из извести и кремнезема и обитающие в поверхност­ ном слое воды вне зависимости от глубины.

К организмам, дающим известковые отложения, относятся глобигерины, род простейших животных из отряда фораминифер клас­ са корненожек, птераподы из отряда беспозвоночных животных класса брюхоногих моллюсков и микроскопические водоросли кок-

колитофориды; к организмам с кремниевым скелетом относятся диатомовые водоросли и радиолярии — одноклеточные животные. Области распространения этих организмов определяются их эколо­ гическими особенностями и приурочены к различным районам Ми­ рового океана.

Наибольшее распространение получили различного вида глобигерины, некоторые из которых обитают в теплых водах тропической и экваториальной зон всех океанов, иногда вместе с теплыми тече­ ниями проникая в область высоких широт, что имеет место в Се­ верной Атлантике; другие виды глобигерин обитают в более уме­ ренных широтах или в области холодных течений тропического пояса.

Птероподы широко распространены в теплых водах Атлантиче­ ского и Тихого океанов. Диатомовые водоросли, наоборот, обитают в холодных океанических водах и часто их ареал совпадает с гра­

осаждения некоторых веществ и элементов. Но общие условия в океане для этого неблагоприятны, поскольку концентрация раство­ римых веществ невелика, и в чистом виде химическое осаждение для осадкообразования нетипично. Это относится и к таким веще­ ствам как известь и кремнезем, несмотря на их высокое содержа­ ние в донных отложениях, что объясняется в основном действием биогенных факторов. Только при определенных условиях и в весь­ ма ограниченных масштабах происходит локальное образование хемогенных отложений.

Одним из видов осадков, получившихся в результате химиче­ ского осаждения извести, являются оолитовые пески, состоящие из шариков извести диаметром до 2 мм; они образуются при выделе­ нии извести из раствора с концентрацией более 0,002 моль/л. Эти осадки распространены в Красном, Каспийском и Аральском морях.

Химически осажденные известковые отложения создаются так­ же в результате выпадения кристаллов арагонита * (ФлоридоБагамское мелководье) и образования порошкообразного кальцита (Черное море).

Поскольку растворимость извести повышается с увеличением содержания в морской воде свободной углекислоты, понижением температуры и повышением давления, ее осаждение может проис­ ходить из поверхностного слоя воды вблизи берегов теплой зоны океанов.

К хемогенным осадкам относятся также отложения солей в лагунах теплых морей и некоторые минеральные новообразова­

* Арагонит — минерал состава СаСОз, осаждается из воды при температуре выше 25° или в присутствии сульфатов; является неустойчивой модификацией СаСОз и самопроизвольно переходит в кальций, но при обычной температуре этот процесс идет крайне медленно.

284

марганца и других элементов около ядер кристаллизации; они име­ ют часто форму шара до нескольких сантиметров в диаметре с радиально расположенными кристаллами. Конкреции обычно явля­ ются отдельными включениями в составе отложений, но иногда, например, в некоторых районах Тихого океана, сплошным слоем выстилают дно на огромных пространствах.

При химическом воздействии морской воды на алюмосиликаты (биотит) и некоторые другие вещества образуется полукристалли­ ческий силикат железа и калия — глауконит, в виде мелких зерен талькоагрегатного строения зеленого цвета (зеленый ил и песок). Распространен в виде примеси к терригенным отложениям на глу­ бине до 200 м у атлантического побережья США, у берегов Порту­ галии, южного берега Австралии и в некоторых других районах.

Поступивший в водоем материал под воздействием, главным об­ разом, волнения и течений разносится по площади водоема и при этом сортируется по крупности и вещественному составу, что в пос­ леднем случае определяется удельным весом частиц.

Интенсивность дифференциации обломочного материала и дальность транспортировки частиц будут тем больше, чем выше гидродинамическая активность * водоема в целом и меньше круп­ ность частиц. Поскольку гидродинамическая активность имеет наи­ большее значение в прибрежной части водоема и убывает с возра­ станием глубины и расстояния от берега, то в общем и крупность слагающих донные отложения частиц изменяется таким же обра­ зом. Однако в конкретных физико-географических условиях эта общая закономерность может нарушаться под влиянием отдельных факторов, что особенно характерно для прибрежной отмели, где очень часто наблюдается весьма пестрая картина распределения осадков по их крупности и вещественному составу, и, как следстствие — сложное строение толщи прибрежных отложений (рис. ѴІІ-9, а и б). В результате на небольшой площади прибреж­ ной отмели состав отложений может меняться от крупных валунов до алеврита и пелита (табл. ѴІІ-7) и могут иметь место скопления тяжелых минералов.

Вряде случаев отложения грубо- и тонкозернистые располага­ ются в прибрежной зоне в трудно объяснимых сочетаниях, а нали­ чие реликтовых грунтов еще больше осложняет общую картину распределения отложений.

Взависимости от местных условий в некоторых случаях может нарушаться естественная сортировка, например, при наличии при­ ливных и сгонно-нагонных явлений непосредственно вблизи уреза

*Гидродинамической активностью называется совокупность всех видов дви­ жений воды.

**См. подробнее гл. VIII, а также [38].

285

cm.9

5)

0 \

Ю I-

P -

14

/ — песок; 2 — галька и гравий; 3 — ракуша; 4 — ракушечный детрит; 5 — илы морские; 6 — илы морские песчанистые; 7 — илы лагунные и лиманные; 8 — тоже, песчанистые; 9 — коренные глины; 10 — тоже, песчанистые

логическом режиме моря в понижениях рельефа и в вершинах за­ ливов, где очень часто располагаются морские порты. Следова­ тельно, становится очевидным, что есть все основания ожидать в месте строительства портовых гидротехнических сооружений слож­ ной картины залегания грунтов, сильно меняющейся по простира­ нию. При этом очень часто грунты характеризуются пониженными значениями несущей способности и сопротивления сдвигу.

После заполнения отрицательных форм рельефа поверхность материковой отмели выравнивается и осадки волнами и течениями перемещаются за бровку материкового склона. Несмотря на обиль­ ное поступление сюда осадков и меньшую гидродинамическую ак­ тивность, осадки не отлагаются здесь достаточно мощным слоем, сползая по крутому склону вниз и накапливаясь уже в области материкового подножия, выполаживая его. Мутьевые потоки выно­ сят осадки за пределы материкового подножия, и они отлагаются в примыкающей к материковому склону зоне глубоководных котло­ вин океана или окраинных морей переходной зоны, в результате чего здесь образуются плоские глубоководные равнины. Чем даль­ ше от материка, тем .меньше количество поступающих осадков, и здесь в основном наблюдаются холмистые глубоководные равнины. Такой же характер имеет рельеф на участках дна океана, примыка­ ющих к глубоководным желобам, где задерживаются осадки, по­ ступающие с подводных склонов островных дуг.

286

Т а б л и ц а V I 1-7

Классификация осадков по механическому составу * (по Безрукову и Лисицыну)

В целом пестрота распределения и крупность морских осадков убывают по направлению от прибрежной отмели к глубоководным, удаленным от материков районам океана, где формируются мор­ ские отложения наиболее тонкого и однородного механического со­ става.

Морские отложения различаются не только по механическому составу, но и по своему происхождению, вещественному составу, цвету и др.

Из многочисленных классификаций морских отложений следу­ ет указать на предложенную впервые (1891 г.) Мерреем и Ренаром, участниками океанографической экспедиции на «Челенджере», и разработанную в лаборатории Геологии моря ГОИН под руковод­ ством М. В. Кленовой (1930 г.).

При всех недостатках классификация Меррея и Ренара [38], в основу которой были положены условия образования и свойства осадков, базировалась на огромном фактическом материале, и вве­ денные авторами наименования отдельных типов моцских отложе­ ний широко используются в океанографической литературе и в на­ стоящее время (табл. VI1-8).

287

В основу классификации, предложенной М. В. Кленовой (эту классификацию часто называют динамической) было положено со­ держание фракций меньше 0,01 мм (табл. VI1-9), наиболее точно отражающее степень подвижности воды, что позволяет увязать рас­ пределение осадков с гидродинамическим режимом водоема и рель­ ефом дна.

Т а б л и ц а ѴІІ-9

Классификация морских осадков по механическому составу

(по Кленовой)

Наряду с этим классификация имеет ряд недостатков, основ­ ным из которых является выделение типов осадков только по со­ держанию фракций мельче 0,01 мм, что приводит в ряде случаев к несоответствию наименований осадков их истинному составу.

188

В настоящее время при составлении карт морских отложений используется классификация, разработанная в Институте океано­ логии АН СССР в 1960 г. (табл. ѴІІ-10) и являющаяся дальней­ шим развитием классификации, предложенной Н. М. Страхо­ вым [61].

В основу классификации Института океанологии положены ме­ ханический состав морских отложений, характеризуемый величиной медианного диаметра, их происхождение и вещественный состав.

Е. И. Невесский [50] предлагает при описании морских прибреж­ ных отложений прежде всего охарактеризовать механический со­ став осадка, перечислив его составные части в порядке убывания их процентного содержания, затем привести гранулометрический спектр, медианный диаметр, коэффициент сортировки, выделить классы прибрежных осадков по вещественному составу в соответ­ ствии с содержанием в осадке извести, кремнезема и органического вещества, и, наконец, внутри классов выделять типы осадков с уче­ том их генетической принадлежности.

Терригенные отложения прибрежной отмели представлены от­ ложениями различного минералогического состава, зависящего от состава горных пород питающих провинций, — гравием, галькой, песками, илами и глинистыми грунтами.

К глубоководным терригенным отложениям прежде всего отно­ сится синий ил, в составе которого более 80% минеральных частиц. Синий ил широко распространен на материковом склоне и матери­ ковой отмели, занимая площадь около 37 млн. км2, и состоит из тон­ ких фракций (алеврита и пелита) обломочного материала. По мере

289.