Морское дно - Всеволод Зенкович

Из геологической практики известно, что трещины разрыва никогда не идут в одном направлении. Они располагаются веерами или перекрещиваются в самых различных направлениях. Если такая решётка образуется на морском дне, то все трещины, кроме тех, которые идут вниз по склону, будут быстро заровнены, а трещины, идущие вниз, сохранятся. Не таково ли и происхождение подводных каньонов? Пока мы ещё не можем ответить на такой вопрос. Но недалёк день, когда наука даст исчерпывающее объяснение тому, как образуются подводные каньоны.

Из каких горных пород состоит ложе океана

Как устроено дно вдали от материков? Может быть, эта труднодоступная область интересна только океанографам? Нет, и здесь решаются важнейшие задачи геологии, имеющие отношение к строению и развитию земной коры. В тысячах километров от суши особенно интересно получить пробу ила, измерить величину силы тяжести, исследовать рельеф дна.

Интерес к изучению дна открытого океана повысился особенно после того, как было установлено, что скорость распространения упругих волн землетрясений различна под материками и под океанами. Скажем, произошло землетрясение на Памире. От места его возникновения во все стороны в земной коре побежали упругие волны, подобные тем, которые появляются в воде, если в неё бросить камень. Во Владивостоке особые чувствительные приборы через несколько минут запишут на ленте лёгкое дрожание. Но вот произошло землетрясение на Гавайских островах. Расстояние от Владивостока до Гавайских островов — примерно то же самое, что и до Памира, а волны пробегают его значительно скорее. В чём здесь дело?

Известно, что скорость распространения упругих волн тем больше, чем плотнее и тяжелее среда, в которой они распространяются. Значит, дно океана сложено иными породами, чем материк? Но этот вывод нужно ещё проверить.

В земной коре встречаются два основных типа кристаллических пород. Один из них — относительно лёгкие породы со средним удельным весом 2,7, примером которых служат граниты. Другой — более тяжёлые породы, богатые окислами железа и магния (удельный вес — около 3,1); к ним относятся базальт, габбро и др.

На всём громадном пространстве центральной и восточной частей Тихого океана ни на островах, ни на дне не было обнаружено лёгких пород. Может быть, там их вообще нет? Нужно было найти способ, дающий исчерпывающий ответ на этот вопрос. Таким способом оказалось определение силы тяжести.

Знаете ли вы, что килограммовая гиря не везде весит килограмм? Точные пружинные весы покажут различие (правда, выражается оно в миллиграммах) в её весе на экваторе и у полюсов, на равнине и в горах. Дело в том, что тела притягиваются к центру Земли тем сильнее, чем они к нему ближе. А ведь земной шар несколько сплюснут. Поэтому полюсы на 20 километров ближе к центру Земли, чем экватор, и сила тяжести там больше. Если же подняться с гирей на вершину высокой горы, то окажется, что там сила тяжести меньше. Во-первых, мы отдалимся от центра Земли, а во-вторых, горы сложены из более лёгких пород, обладающих сравнительно слабым притяжением.

Как же измерить силу тяжести?

Обычно это делают с помощью маятника. Если толкнуть маятник, то он начнёт качаться. Частота качаний (число колебаний маятника в секунду) не зависит от силы толчка, она определяется только длиной маятника и силой тяжести. Чем длиннее маятник и чем меньше сила тяжести, тем ниже частота колебаний, то есть тем медленнее они происходят.

Но в разных местах сила тяжести будет несколько различна. Поэтому один и тот же маятник на экваторе будет колебаться медленнее, а на полюсах быстрее. Значит, измеряя частоту колебаний маятника, можно судить и об изменениях силы тяжести.

Казалось бы, многокилометровая толща вод океана должна ослаблять силу тяжести на корабле, поскольку удельный вес воды значительно меньше веса пород, образующих земную кору. Но, к удивлению учёных, такое различие уловить не удалось. Сила тяжести в океане оказалась в среднем такой же, как и на материках. А это значит, что под дном океана лежат более тяжёлые породы, чем на поверхности материков. Эти породы усиливают притяжение Земли как раз настолько, насколько оно ослабляется водяной толщей.

Таким образом, стало ясно, что материки представляют собой громадные скопления относительно лёгких пород, которые пластами толщиной в 70–80 километров покоятся на более тяжёлом основании из базальта (рис. 27). А в Тихом океане и восточной части Индийского океана лёгких пород совсем нет, и базальтовое основание покрыто там лишь сравнительно тонким слоем рыхлых илов.

Рис. 27. Схема, показывающая, что толщина слоя лёгких материковых пород под материками и океанами различна.

В Атлантическом океане и западной части Индийского океана лёгкие породы имеются, но их слой значительно тоньше, чем на материках, он составляет всего 10–30 километров.

Теперь возникает новый вопрос. Мы знаем, что отдельные участки материков испытывают вертикальные движения, местами слои пород сминаются в складки, образуются горные хребты. Так ли обстоит дело на дне океанов, где слой лёгких пород тонок или его вовсе нет? Могут ли там совершаться подобные движения, образовываться горы и т. д.?

Другими словами, как связано развитие морского дна с геологической жизнью материков? Были ли океанские впадины всегда на том же месте и такой же формы, как и сейчас, или они могут изменяться? Чтобы разобраться в этом сложном вопросе, нам придётся познакомиться ещё с некоторыми особенностями строения морского дна.

Коралловые острова и плосковершинные банки

Знаменитый русский мореплаватель Ф. Беллинсгаузен во время своего кругосветного плавания в 1819–1821 годах обратил внимание на необычные формы коралловых островов и впервые пытался объяснить их происхождение. Кораллы — это мелкие морские животные, имеющие прочный известковый скелет в виде веточек, сростков, шаров и т. д. Многие поколения кораллов, поселяясь на отмерших скелетах своих предков, с течением времени образуют массивные сооружения из известняка, которые выдерживают удары океанских волн. Кораллы живут только в тёплой чистой воде тропиков на глубинах до 40–50 метров.

Поселяясь вдоль берегов материка или островов, они создают так называемый «окаймляющий риф» — подводную террасу, которая круто обрывается на морское дно. Иногда полоса коралловых рифов уходит далеко в море; это — так называемый «барьерный риф». Он может тянуться на тысячи километров или образовать кольцо вокруг островов открытого океана. Ещё удивительнее так называемые «атоллы». Атолл — это кольцо кораллового рифа, в середине которого нет никакого острова. Дно снаружи атолла резко падает на тысячеметровые глубины. Карта одного из коралловых атоллов схематически изображена на рис. 28.

Рис. 28. Карта одного из атоллов в Тихом океане и окружающих его глубин.

Глубина между барьерным рифом и берегом или внутри кольца атоллов не бывает особенно большой, но всё же превышает ту, на которой могут жить кораллы. Дно в этих лагунах бывает совершенно плоским.

Ф. Беллинсгаузен подметил, что условия питания «коралловых червей» являются наилучшими на внешнем краю рифа, который постоянно омывается свежей водой. Тут они всего быстрее растут. Отсюда он заключил, что на внутренней стороне рифа кораллы могут отмирать, а их постройки должны постепенно разрушаться и растворяться морской водой. Таким образом, окаймляющий риф, достигнув известной ширины, может расти только с внешней стороны, а на внутренней его части образуется лагуна. Таким же образом возникают и атоллы, если кораллы первично поселяются на вершине подводной возвышенности или, как её называют моряки, «банки».

Процессы, описанные Ф. Беллинсгаузеном, действительно происходят в природе. Его выводы были правильны, но ещё недостаточны для того, чтобы объяснить основную причину образования барьерных рифов и атоллов. Её удалось найти великому английскому учёному Ч. Дарвину. Оказывается, этой причиной служат процессы опускания земной коры.

На рис. 29 изображён в разрезе остров, вдоль которого поселились кораллы и образовали окаймляющий риф. Но потом остров начал опускаться. Тем временем риф нарастал кверху, быстрее всего на своей внешней стороне. Между ним и берегом образовывалась кольцевая лагуна. Постепенно весь остров исчез под водами океана, а коралловые постройки сохранились и образовали атолл.

Рис. 29. Схема образования барьерных рифов и атоллов по Ч. Дарвину. Вверху — вокруг острова образовался окаймляющий риф. В середине — уровень моря поднялся, и между барьерным рифом и островом возникла лагуна. Внизу — при дальнейшем повышении уровня остров погрузился и затонул. Коралловые постройки остались в виде кольца атолла.