Геология океана: загадки, гипотезы, открытия - Конюхов Александр Иванович

Рис. 18. Положение материков в западном полушарии в эпоху глобальной сеноман-туронской трансгрессии (примерно 95 млн. лет).

Условные обозначения те же, что и на рис. 16.

К началу палеозоя большинство материков располагалось в южном полушарии, тогда как северное было преимущественно океаническим [Ушаков, Ясаманов, 1984]. Канадо-Гренландский и Балтийский блоки находились в низких широтах, в то время как суперконтинент Гондвана, имевший вытянутую форму, простирался от Южного полюса к экватору (рис. 20). Судя по возрасту пород, слагающих Северо-Атлантическую вулканогенную провинцию, океан Япетус раскрылся в период между 650 и 570 млн лет назад. Согласно одной интерпретации, в кембрийский период существовал единый океанский бассейн. Япетус же был одной из впадин, вдававшейся в виде залива между Балтией и Канадо-Гренландией. Однако геохимические данные, полученные совсем недавно, свидетельствуют о двух различных водных массах, слабо сообщавшихся в кембрии и ордовике, а следовательно, и о двух изолированных океанических водоемах. Эти данные базируются на изучении изотопов неодима и стронция. Отношение 143Nd/144Nd в океанских водах и осадках определяется поступлением изотопов неодима с континентов вместе с речными водами. В бассейне с единой системой циркуляции величина этого изотопного отношения сохраняется одинаковой на всей его площади. Если же океаны разобщены структурными порогами, например вулканическими островными дугами, или между континентальными массивами отсутствуют достаточно широкие проходы, то величины отношение в водах и осадках будут меняться. Концентрации неодима в большинстве типов отложений ничтожны. Правильно определить соотношение изотопов этого элемента можно только при исследовании фосфоритов или биогенных остатков, замещенных апатитом. Лучшими палеозойскими объектами для исследования изотопов неодима являются кости и зубы рыб, конодонты и брахиоподы. В тех случаях, когда они замещены фосфатами, в них устанавливаются высокие концентрации редкоземельных элементов, которые на 5—6 порядков выше обычных. Согласно результатам изучения коллекции конодонтов и брахиопод, отобранных в разных районах распространения нижнепалеозойских пород да территории Северной Америки и Западной Европы, в кембрии и большей части ордовика между этими континентальными блоками располагались два океанических водоема, разделенные крупным структурным порогом. Более обширный океанский бассейн, являвшийся, вероятно, частью Панталассы (Мирового океана того времени), характеризовался значениями εNd в пределах от —10 до —20, тогда как для океанической котловины меньших размеров, которую, видимо, и следует отождествлять с океаном Япетус, было типично другое соотношение изотопов εNd — от —6 до —9. Эта котловина примыкала к континенту Балтия [Keto, Jacobson, 1987].

Рис. 19. Положение материков в западном полушарии в палеоцене в раннем эоцене (примерно 55 млн. лет назад).

Условные обозначения те же, что и на рис. 16; стрелками показаны древние зоны апвеллинга

Рис. 20. Глобальная палеогеографическая реконструкция для позднеордовикской эпохи [Morel, Irving, 1978]

Микроконтиненты: В — балтийский, С — Сибирский; СА — Северо-Американский континент

О природе структурного порога, разделявшего оба океанских бассейна, сейчас трудно судить. Ясно, однако, что он существовал до конца среднеордовикской эпохи, когда большая часть залива Панталассы между Гондваной и Канадо-Гренландией захлопнулась. Не исключено, что он был уничтожен полностью. Одним из следствий было сминание крупных масс осадков в районе Центральных Аппалачей. Эта фаза складчатости, получившая название таконской, была отмечена также надвиганием пластин офиолитов на восточные районы Канадо-Гренландского щита. Пояса вулканитов позднеордовикского возраста, которые установлены и исследованы в Норвегии и Великобритании, возможно, являются реликтами древних вулканических дуг, некогда отделявших Япетус от залива Панталассы.

Закрытие океана Япетус, согласно палеомагнитным данным, началось на рубеже силура и ордовика. Оно сопровождалось сминанием мощных толщ осадков, сформировавшихся на континентальных склонах и подножиях противолежащих окраин. В геологическую историю эти события вошли под названием позднекаледонской складчатости. Столкновение двух континентальных глыб имело место в полосе Скандинавия—Британия с одной стороны и Гренландия—Ньюфаундленд — с другой. Реликты же древних вулканических дуг причленились к краю Балтийского щита. Все это привело к образованию нового континентального блока Евроамерика, который противостоял Гондване. Океаническое пространство, их разделявшее, на палеографических картах девонского периода также названо Атлантическим океаном. Так сколько же их было, Атлантик?

Рис. 21. Глобальная палеогеографическая схема для позднедевонской эпохи [Morel, Irving, 1878]

Если правы английские геологи П. Морель и Э. Ирвинг [Morel, Irving, 1978], то на протяжении фанерозоя, включающего палеозой, мезозой и кайнозой, целых три. Океан Япетус захлопнулся в ордовикско-силурийское время. Однако в начале девонского периода в пространстве между Гондваной и Евроамерикой раскрылся и значительно расширился другой океан, который иногда называют прото-Атлантическим (рис. 21). Он захлопнулся в среднекарбоновую эпоху, т. е. 325—320 млн лет назад, при сближении Гондваны и Евроамерики. Это столкновение привело к формированию мощного герцинского складчатого пояса, протягивавшегося в конце палеозоя на 6—7 тыс. км.

Таким образом, на протяжении 580 млн лет Атлантический океан раскрывался трижды, причем каждый раз практически вдоль одной и той же структурной зоны, проходившей в полосе развития Аппалачей, но всякий раз несколько восточнее той области, которая была захвачена складчатостью. Все это свидетельствует об определенной периодичности и даже цикличности в развитии земной коры. Каждый из таких циклов охватывает промежуток времени в 150—200 млн лет. В калейдоскопе раскрытий и «захлопываний» океанов проявляется игра могучих внутренних сил Земли, что находит отражение в подъеме к поверхности систем мантийных диапиров или в их отмирании. В этой связи вспоминается древнегреческая легенда о титанах, просыпавшихся в недрах Земли, чтобы продолжить борьбу с богами-олимпийцами.

Возникает вопрос: были ли океаны прошлого похожи на современные? И если да, то до какой степени? С полной определенностью на эти вопросы мы пока не можем ответить. Видные советские исследователи П. П. Тимофеев и В. Н. Холодов [1984] показали, что в палеозойских разрезах отсутствуют ассоциации пород, аналогичные тем осадкам, которые ныне характерны для абиссальных областей современных океанов. В целом это утверждение достаточно спорно. Однако можно согласиться с указанными авторами в том, что палеозойские океаны, а тем более океаны докембрия были, вероятно, мало похожи на современные. В них обитали совершенно иные группы организмов, структура речного стока с континентов в отсутствие (до карбона) или при слабом развитии растительного покрова была также другой. Выветривание пород на суше протекало несколько иначе. Несомненно, однако, что в океанах прошлого существовала та же структурно-тектоническая зональность, что и в современных. В них выделялись периферийные области, включавшие континентальные окраины и островные вулканические дуги (вместе с ними шельфы, склоны, подножия, глубоководные желоба), а также центральные зоны со срединно-океаническими хребтами и абиссальными котловинами. О существовании достаточно крутых континентальных склонов свидетельствует широкое распространение палеозойского флиша — толщ турбидитов, накапливавшихся в пределах древнего подножия или в желобах, которые обрамляли вулканические дуги.