Элементы: Океаны расширяются всё медленнее
ы
| Рис. 1. Увеличение возраста океанической земной коры по мере удаления от срединно-океанических хребтов. Красный цвет — более молодая земная кора, синий — более древняя (шкала в млн лет). Рисунок с сайта en.wikipedia.orgРис. 1. Увеличение возраста океанической земной коры по мере удаления от срединно-океанических хребтов. Красный цвет — более молодая земная кора, синий — более древняя (шкала в млн лет). Рисунок с сайта en.wikipedia.org |
ы
Магнитные полюса Земли иногда меняются местами. Информация об этом записана в остаточной намагниченности некоторых минералов, входящих в состав океанической коры: они, по сути, несут в себе палеомагнитную летопись Земли за последние десятки миллионов лет. Океаническая кора рождается в зонах срединно-океанических хребтов, поэтому чем дальше от них, тем кора древнее. Проанализировав палеомагнитные данные за последние 19 млн лет, ученые пришли к выводу, что начиная с середины миоцена скорость спрединга и, соответственно, образования новой океанической коры постепенно снижается.
Как правило, горные породы в середине океанов моложе, чем по краям (вблизи континентов). В зонах срединно-океанических хребтов литосферные плиты расходятся (этот процесс называется спредингом) и поступающая из мантии магма постепенно формирует новую земную кору океанического типа. А у материков, в зонах субдукции, тяжелые океанические плиты постепенно пододвигаются под более легкие континентальные, погружаясь в мантию. Так работает глобальный конвейер тектоники плит. От его скорости зависит интенсивность практически всех геологических процессов на Земле — вулканизма, сейсмической активности, образования и разрушения гор, геохимических циклов элементов. Тектоника — важнейший фактор, во многом определяющий уровень моря, климат на планете и состав атмосферы.
Американские геофизики во главе с Коллин Далтон (Colleen Dalton) из Университета Брауна с помощью палеомагнитного метода с высокой степенью разрешения определили возраст пород, образовавшихся за последние 19 млн лет с двух сторон от 18 главных подводных хребтов Мирового океана.
Метод основан на явлении палеомагнетизма. Магнитные полюса Земли периодически меняются местами. Эпизоды инверсии ученые фиксируют по смене ориентации магнитных минералов в застывших вулканических породах и используют их как реперы для построения изохрон — линий на геологической карте, все точки которых имеют одинаковый возраст (рис. 2).
|
Рис. 2. Зоны спрединга, в которых оценивали скорость образования новой океанической коры. Цветные линии — изохроны (возраст указан в млн лет).Буквенные сокращения — названия литосферных плит: PAC — Тихоокеанская, JDF — Хуан-де-Фука, RIV — Ривера, MAT — Центральноамериканский желоб, COC — Кокос, NAZ — Наска, ANT — Антарктическая, AUS — Австралийская, SAM — Южно-Американская, NAM — Северо-Американская, EUR — Евразийская, NUB — Африканская (Нубийская), SOM — Сомалийская, ARA — Аравийская, IND — Индостанская, CAP — Козерога (см. Capricorn Plate). Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters |
Выяснилось, что образование новой океанической коры в рифтовых зонах хребтов быстрее всего шло в среднем миоцене.
Затем началось замедление, и сейчас скорость спрединга во всех срединно-океанических хребтах, кроме Южно-Тихоокеанского поднятия, примерно на 35–40% меньше, чем 15 млн лет назад. Сегодня скорость спрединга варьируется от 15 до 180 мм/год, составляя в среднем по планете 140 мм/год, а 15 млн лет назад она, по расчетам авторов, была на уровне 200 мм/год.
Исключение из общего правила представляет граница между Антарктической и Тихоокеанской плитами (ANT—PAC), расположенная в районе Южно-Тихоокеанского поднятия — самой тектонически активной на сегодня зоне океана. Здесь скорость спрединга неуклонно растет. Еще в двух зонах (ANT–AUS и CAP–SOM) производство новой коры в период с 19 до 9 млн лет назад снижалось, а потом снова начало расти. В остальных зонах тренд снижения вполне отчетливый (рис. 3). При этом 70–75% от общего объема новой океанической коры на Земле образуется на пяти границах раздела: PAC–NAZ, PAC–COC и ANT–PAC в Тихом океане, NUB–SAM в Атлантическом и ANT–AUS в Индийском.
|
Рис. 3. Изменение параметров крупнейших зон спрединга за последние 19 млн лет: a — образование новой океанической коры на границах раздела плит, в млн км2 за млн лет; b — протяженность хребтов, в тыс. км; c — скорость спрединга, в мм/год; d — глобальное производство океанической коры, в млн км2 за млн лет; e — суммарная протяженность хребтов, в тыс. км; f — средняя скорость спрединга, в мм/год. По горизонтали везде — время, в млн лет назад. Буквенные обозначения плит — те же, что на рис. 2. Цвет на графиках d–f: синий — по данным авторов; черный и красный — по данным других исследований. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters |
Причина общего снижения динамики спрединга остается непонятной. Суммарная протяженность подводных хребтов за 19 млн лет практически не изменилась, лишь хребет на границе между Тихоокеанской плитой и плитой Кокос (PAC–COC) за это время стал короче на 2 тыс.
км, а граница ANT–PAC — на 1,4 тыс. км длиннее. Но учитывая общую протяженность глобальной сети срединно-океанических хребтов, уменьшение на 0,6 тыс. км можно не принимать во внимание. При этом только за период с 14,9 до 6,0 млн лет назад производство коры снизилось на 37%.
Возможно, считают авторы, объяснение надо искать не в спрединговых хребтах, а в зонах субдукции. Известно, что субдуцирующие (погружающиеся) плиты двигаются примерно в 4 раза быстрее, чем несубдуцирующие — те, которые упираются в другие плиты, а не погружаются в мантию. И если в середине океанов динамика литосферных плит примерно на 90% зависит от глубинных процессов, определяющих режим конвекции — движения вещества в мантии, и только на 10% — от толщины самой плиты (см. C. Lithgow-Bertelloni, M. Richards, 1995. Cenozoic plate driving forces), то в зонах субдукции соотношение этих факторов меняется. Здесь скорость погружения литосферной плиты на 60–70% определяется соотношением направлений мантийных потоков, обеспечивающих затягивание или выталкивание, весом океанической плиты, а также силой трения с континентальной плитой, под которую она погружается (C.
Возможно, причину резкого снижения скорости спрединга — более чем на 20% всего за 5 млн лет — надо искать именно в действии региональных факторов, потому что за такое короткое время не могла произойти глобальная перестройка режима мантийной конвекции. Так, замедление движения восточной части Тихоокеанской плиты авторы связывают с образованием гор на западной окраине Северной и Южной Америки. «Нагруженная» горами континентальная плита сильнее давит на находящуюся под ней океаническую, увеличивая трение и снижая скорость погружения. В других частях планеты ключевую роль могли играть какие-то другие процессы.
Кроме того, замедление скорости движения одной из плит тут же «стопорит» движение остальных. Например, коллизия (столкновение) Индостанской и Евразийской плит с образованием Гималайских гор привела к возникновению вязких напряжений и снижению скорости спрединга на границах IND–SOM, SOM–NUB и NUB–NAM.
| aaaa |
| Рис. 4. Изменение скорости спрединга на границах плиты Наска (a) и Южно-Американской плиты (b) относительно нынешней, в мм/год. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geophysical Research Letters |
Авторы планируют продолжить исследование, расширив его временные рамки, чтобы понять, является ли наблюдаемое в последние 19 млн лет замедление скорости спрединга самостоятельным явлением или частью долгосрочного тренда. Для этого им надо будет с той же детальностью изучить породы, расположенные на большем удалении от осей срединно-океанических хребтов. Теоретически можно отследить динамику литосферных плит до середины юрского периода. Самая древняя океаническая кора находится в котловине Пигафетта в Тихом океане и имеет возраст 156 млн лет. Более древние породы на дне океанов не сохранились.
Ссылка: https://elementy.ru/novosti_nauki/433964/Okeany_rasshiryayutsya_vsyo_medlennee
«Происхождение структур земной коры» / Земля
Под возрастом данного типа коры понимается тот хронологический рубеж, на котором, возможно, одновременно завершается формирование двух нижних слоев коры и на поверхности базальтов начинают накапливаться осадочные толщи. Возраст коры океана определяется двумя разными способами: по керну глубоководных скважин в комплексе с непрерывным сейсмическим профилированием океанического дна и методами палеомагнитной стратиграфии.Бурение дна океанов производилось в основном со специально оборудованного исследовательского судна «Гломар Челенджер». Началось оно в 1968 г. и продолжалось до 1983 г. Пробурено более 600 скважин во всех наиболее интересных местах Мирового океана. Многие скважины полностью прошли осадочный слой и вскрыли базальты второго слоя. В этих скважинах по микропалеонтологическим остаткам с большой точностью определён возраст всех пробуренных осадочных толщ.
Совместный анализ буровых и региональных сейсморазведочных данных позволил сделать следующие основные выводы:
— самые древние горизонты осадочных толщ, а следовательно, и самые древние блоки океанической коры в изученных регионах имеют среднеюрский возраст. Этим была подтверждена идея А. Вегенера о молодости коры океанов, высказанная им ещё в 1915 г.;
— во всех океанах, кроме Тихого, относительно более древние блоки коры располагаются ближе к краям континентов, относительно более молодые — к внутренним областям. В пределах срединно-океанических хребтов кора имеет преимущественно неогеновый, а в их осевых зонах — поздненеогеновый и антропогеновый возраст;
— в западных окраинных морях Тихого океана возраст коры моложе, чем на прилегающих к ним глубоководных океанических равнинах, за исключением Берингова моря.
Одновременно с площадными сейсморазведочными работами и глубоководным бурением и независимо от них выполнялись исследования по определению возраста океанической коры палеомагнитными (магнитостратиграфическими) методами.
В конце 50-х годов сначала в Тихом, затем в Атлантическом океане, к югу от Исландии, были выполнены площадные магнитные съёмки, показавшие значительные отличия аномальных магнитных полей океанов от континентов. Последующее картирование громадных пространств океанов показало, что океаническим магнитным полям свойственны яркие особенности: чёткая линейность аномальных зон и отдельных аномалий; совпадение простираний зон аномалий и срединноокеанических хребтов; резко (в три раза) повышенная интенсивность магнитных аномалий, совпадающих с осевыми зонами срединноокеанических хребтов; отчётливая знакопеременная структура аномальных магнитных полей и примерное равенство значений положительных и отрицательных аномалий; симметричное расположение знакопеременных магнитных аномалий относительно осевой зоны срединноокеанических хребтов; наличие у отдельных аномалий и полосчатых знакопеременных аномальных зон некоторых ярко выраженных индивидуальных морфологических особенностей, способствующих их идентификации на пространственно разобщённых полигонах; присутствие в магнитных полях многочисленных морфологических нарушений, имеющих вид поперечных сдвигов, секущих или смещающих системы параллельно-полосчатых аномалий относительно друг друга на многие десятки и даже сотни километров.
В 1963 г. английские геофизики Ф. Дж. Вайн и Д. Г. Мэтьюз высказали предположение, что происхождение полосчатого симметричного рисунка магнитных аномалий океанов является следствием того, что формирование и намагничивание океанической коры, рождающейся по гипотезе Хесса—Дитца (Dietz, 1961; Hess, 1962) в осевой спреддинговой зоне срединноокеанического хребта, осуществляется в условиях периодического самообращения полярности (инверсии) магнитного поля Земли (Vinne, Matthews, 1963). При этом породы новообразованной коры намагничиваются то положительно (при нормальном положении магнитных полюсов), то отрицательно (при обращённом положении полюсов). Согласно этому, отрицательные и положительные магнитные аномалии отвечают разновозрастным блокам океанической коры. Чем моложе блоки, тем ближе они располагаются к осевым зонам срединных хребтов; чем древнее, тем дальше отстоят от них. В результате была произведена нумерация и идентификация всех аномалий, выявленных на громадных пространствах Мирового океана.
С учётом шкал инверсии магнитного поля Земли, построенных В. Питманом, Дж. Хейртцлером, Ф. Дж. Вайном, Р. Ларсоном и др., произведена их возрастная оценка. Полученные по магнитным данным карты возраста океанической коры были проверены глубоководным бурением. Сравнительный анализ этих материалов впервые был проведён для Северной Атлантики В. Питманом и М. Тальвани в 1972 г., которые пришли к выводу, что датировка возрастов коры по магнитным аномалиям вполне удовлетворительно совпадает с определениями возраста по данным бурового керна. Таким образом, сейсморазведочные и геомагнитные исследования в океанах в комплексе с палеонтологическими данными из относительно немногих глубоководных скважин позволили в короткое время разрешить принципиальную научную проблему о возрасте океанической земной коры на территории, в 2 раза превышающей площадь всех материков Земли вместе взятых.
К середине 70-х годов сводные карты возраста коры были построены для всех океанов и с тех пор подвергаются лишь корректировке и детализации.
Одна из таких карт показана на рис. 4.
Рисунок 4. Схематическая карта возраста океанической коры
(по Федынскому, Ушакову, Шебалину, 1972, упрощено). 1–4 — возраст коры: 1 — триас—юра, 2 — мел, 3 — ранний и средний палеоген, 4 — поздний палеоген—неоген—антропоген; 5 — осевые зоны срединноокеанических хребтов.
— Следующая статья | В. А. Дедеев, П. К. Куликов: «Происхождение структур земной коры»
Древнейшая океаническая кора Земли обнаружена в Средиземном море
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено: Seaphotoart | Shutterstock.com)Средиземное море является домом для того, что может быть древнейшей в мире океанической корой, нетронутой частью внешней оболочки Земли, возраст которой, по мнению ученых, составляет около 340 миллионов лет.
Возраст большей части океанической коры менее 200 миллионов лет, потому что она обычно возвращается обратно в мантию Земли в зонах субдукции (где сталкиваются две тектонические плиты ) .
Но новое исследование показывает, что часть восточной части Средиземного моря может содержать самую старую из известных океанических корок.
Большая часть тектонических характеристик этого региона неопределенна из-за мощного осадочного покрова и отсутствия магнитных данных. В новом исследовании исследователи использовали магнитное зондирующее оборудование для профилирования районов восточного Средиземноморья. [Временная шкала фотографий: как сформировалась Земля]
«Изменения ориентации магнитного поля с течением времени регистрируются на дне океана, создавая уникальный штрих-код, который обеспечивает отметку времени образования земной коры», — автор исследования Рой Гранот, геолог из Об этом говорится в сообщении Университета Бен-Гуриона в Негеве в Израиле. «Результаты проливают новый свет на тектоническую архитектуру и эволюцию этого региона и имеют важные последствия для различных геодинамических процессов».
При анализе этих «штрих-кодов» Гранот обнаружил, что породы в так называемом бассейне Геродота, расположенном в восточной части Средиземного моря, имели магнитные полосы, связанные с океанической корой, образовавшейся на срединно-океаническом хребте.
Охлаждение магмы в срединно-океаническом хребте намагничивает минералы во вновь формирующихся породах, которые совпадают с направлением магнитного поля Земли, согласно исследованию. Гранот сказал, что древняя кора в этой части восточного Средиземноморья могла быть остатками одного из первых океанов Земли, Тефии, существовавшей задолго до Атлантического и Индийского океанов. Если эта идея верна, эти находки показывают, что древний океан Тетис сформировался намного раньше, чем считали ученые.
«С новыми геофизическими данными мы могли бы сделать большой шаг вперед в нашем геологическом понимании этого района», — сказал Гранот.
Новое исследование было опубликовано в Интернете 15 августа в журнале Nature Geoscience.
Оригинальная статья о Live Science.
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.
Кейси Димер — журналист Live Science, освещающий вопросы планеты Земля и инноваций. Ранее она работала с Mother Jones, Комитетом репортеров за свободу прессы, Neon Tommy и другими. После получения степени бакалавра в области журналистики и экологических исследований в Итака-колледже Кейси получила степень магистра в области специализированной журналистики: изменение климата в Университете Южной Калифорнии в Анненберге. Подпишитесь на Кейси в Твиттере.
18.2 Геология океанической коры – физическая геология
Глава 18 Геология океанов
Как мы обсуждали в главе 10, океаническая кора формируется на ложных спрединговых хребтах из магмы, образовавшейся в результате декомпрессионного плавления горячих движущихся вверх мантийных пород (рис. 10.18). В этих условиях плавится около 10% мантийных пород, образуя основную магму. Эта магма просачивается на морское дно, образуя базальты-подушки (рис. 18.1), брекчии (фрагментированные базальтовые породы) и потоки, в некоторых случаях с прослоями известняка или кремня.
Под вулканическими породами залегают слои с габброидными пластинчатыми дайками (которые иногда доходят до подушечного слоя), габброидными штоками и, наконец, слоистыми перидотитами (ультраосновными породами) в основании. Ниже этого лежит ультраосновная порода мантии. Со временем магматические породы океанической коры покрываются слоями отложений, которые со временем становятся осадочными породами, включая известняки, аргиллиты, кремни и турбидиты. Литология слоев океанической коры показана на рис. 18.6.
Возраст океанической коры был определен путем систематического картирования вариаций силы магнитного поля Земли на морском дне и сравнения результатов с нашим пониманием хронологии инверсии магнитного поля Земли за последние несколько сотен миллионов лет. Возраст различных частей земной коры показан на рис. 18.7. Возраст самой старой океанической коры в восточном Средиземноморье составляет около 280 млн лет, а возраст самых старых частей открытого океана составляет около 180 млн лет по обе стороны северной Атлантики.
Это может показаться удивительным, учитывая, что части континентальной коры имеют возраст около 4000 млн лет, что самое старое морское дно имеет возраст менее 300 млн лет. Конечно, причина этого в том, что все более древнее морское дно было либо погружено, либо поднято вверх, чтобы стать частью континентальной коры. Например, в Британской Колумбии есть фрагменты морского дна, возраст которых составляет около 380 и 220 млн лет, а на Канадском щите есть аналогичные породы, возраст которых превышает 3 млрд лет9.0003
Как и следовало ожидать, океаническая кора вблизи спрединговых хребтов очень молода (рис. 18.7), и существуют очевидные различия в скорости спрединга морского дна вдоль разных хребтов. Хребты Тихого и юго-восточного Индийского океанов имеют широкие возрастные полосы, указывающие на быстрое распространение (в некоторых районах приближается к 10 см/год в каждую сторону), в то время как хребты Атлантического и западного Индийского океанов распространяются значительно медленнее (менее 2 см).
/y с каждой стороны в некоторых областях).
Упражнение 18.2 Эпоха погружающейся коры
На этой карте показаны магнитные узоры на плите Хуан де Фука. Цветные полосы представляют собой периоды нормального магнетизма, а белые полосы представляют собой периоды обратного магнетизма. Также показана шкала времени перемагничивания.
1. Сколько лет самой старой части плиты Хуан-де-Фука, которая погружается вдоль границы субдукции Каскадия?
2. Сколько лет самой молодой части плиты Хуан де Фука, которая погружается?
Магнитные узоры и хронология, показанные здесь, имеют цветовую кодировку, чтобы упростить их интерпретацию, но на большинстве таких карт магнитные узоры показаны только в виде черных и белых полос, что значительно затрудняет интерпретацию возраста моря. пол. Модели инверсии магнитного поля, которые не имеют контекста (например, возраст 0 вдоль спредингового хребта в данном случае), очень трудно интерпретировать.
[СЭ чертеж]
Как видно из рисунков 18.2 и 18.3, морское дно усеяно цепочками подводных гор, изолированных подводных гор и океанических островов. Почти все эти объекты являются вулканами, и большинство из них намного моложе океанической коры, на которой они образовались. Некоторые подводные горы и океанические острова образуются над мантийными плюмами, лучший пример — Гавайи. Возраст самой старой из гавайских/императорских подводных гор составляет около 80 млн лет назад; расположен на океанической коре возрастом около 9от 0 до 100 млн лет. Самому молодому из гавайских лав — вулкану Килауэа на острове Гавайи — всего несколько часов (или меньше!), и остров окружен океанической корой, возраст которой составляет около 85 млн лет. На всех вулканических островах, образовавшихся из мантийных плюмов, преобладают основные породы.
Многие подводные горы связаны с субдукцией вдоль конвергентных границ океан-океан. К ним относятся Алеутские острова, простирающиеся от Аляски до России, и Малые Антильские острова в восточной части Карибского моря.
Некоторые из линейных поясов вулканов в Тихом океане, как вулканы Гавайско-Императорской цепи или Галапагосских островов, не показывают отношения возраст-расстояние. Например, острова Лайн, которые простираются более чем на 1000 км к югу от Гавайской цепи, были сформированы между 70 и 85 млн лет назад и интерпретируются как связанные с рифтогенезом.
Большинство тропических островов связаны с карбонатными рифами, в некоторых случаях в виде окраин вокруг острова, а в некоторых случаях в качестве барьеров на некотором расстоянии. Во многих случаях риф есть, но остров, который, как предполагается, привел к его образованию, исчез. Формирование окаймляющие рифы , барьерные рифы и атоллы показаны на рис. 18.8.
Рис. 18.8. Образование окаймляющего рифа, барьерного рифа и атолла вокруг опускающегося тропического вулканического острова. [SE]
Ключевым фактором в этом процессе является изменение уровня моря либо из-за послеледникового подъема уровня моря, либо из-за опускания вулкана — по мере его удаления от спредингового хребта — либо из-за того и другого.