парначев

чисто качественный характер. Ведь и о молодости современных океанов по отношению к континентам геологи догадывались задолго до изучения океанского дна, однако последующее подтверждение этих смутных догадок экспериментальными данными не стало от этого менее впечатляющим. Кроме того, информацию о возрасте “несостоявшихся океанов” можно получить, изучая возраст перекрывающих их осадочных отложений. Однако последние на месте “несостоявшихся океанов”, как было показано, имеют такую огромную мощность, что бурением вскрыта лишь самая верхняя их часть, а возрастная привязка более глубоких сейсмических границ в осадочном чехле, как правило, весьма субъективна и часто приводит к грубым ошибкам.

В разделе 3.4 было показано, что основной метод дистанционного определения возраста океанской коры – интерпретация линейных магнитных аномалий, обусловленных ее знакопеременной намагниченностью. Причиной последней является то, что спрединг коры современного Мирового океана происходит на фоне инверсий (смен полярности) геомагнитного поля, и океанская кора, таким образом, “запоминает” его направление в момент своего образования. Сопоставив запись линейных магнитных аномалий на каком-либо участке Мирового океана с глобальной шкалой геомагнитной полярности, удается определить возраст соответствующего участка океанской коры, а также скорость ее спрединга.

Как теперь доказано, инверсии геомагнитного поля происходили не только в последние 160 млн лет земной истории, соответствующие возрасту современного Мирового океана, но и гораздо раньше, на протяжении всего фанерозоя и позднего докембрия. Следовательно, кора достаточно древних “несостоявшихся океанов”, подобно современной океанской коре, может хранить отпечатки древнего геомагнитного поля, при условиях, конечно, что ее спрединг шел на фоне инверсий (в раннем мезозое и палеозое имели место интервалы, когда геомагнитное поле длительное время сохраняло одинаковую полярность, подобные интервалу отсутствия инверсий между 85 и 110 млн лет на юрскокайнозойской шкале, см. рис. 3.4.3), и знакопеременная намагниченность коры “несостоявшихся океанов” не была стерта в процессе их превращения в фундамент глубоких осадочных

211

бассейнов (например, за счет повторного прогрева базальтов коры выше точки Кюри).

Одним словом, имеется принципиальная возможность применить широко известную модель Вайна – Мэтьюза, использование которой до недавнего времени ограничивалось лишь пространством современного Мирового океана, к датировке возраста “несостоявшихся океанов”, впечатанных в фундамент глубоких осадочных бассейнов суши и шельфа. Диапазон возрастных палеомагнитных определений по линейным магнитным аномалиям, прежде составлявший не более 160 млн лет (предельный возраст дна современных океанов), в этом случае должен расшириться на весь фанерозой.

Решение поставленной задачи сталкивается с серьезными проблемами, связанными прежде всего с тем, что в суммарном магнитном поле над “несостоявшимися океанами” линейные аномалии всегда присутствуют в скрытом виде. Это кажется вполне естественным, если вспомнить, что в современной океанской коре единственным (или, во всяком случае, основным) источником линейных магнитных аномалий служат пиллоу-базальты верхней части 2-го слоя. В более глубоких слоях океанской коры существование сильномагнитных пород маловероятно хотя бы потому, что температура в них обычно приближается к точке Кюри или даже превышает ее. В случае “несостоявшихся океанов” ситуация принципиально иная: за время, прошедшее с момента прекращения их спрединга (а это сотни миллионов лет!), кора и литосфера остывают настолько, что в них неизбежно появляются глубинные источники, создающие интенсивные длиннопериодные магнитные аномалии. Кроме того, намагниченные породы могут присутствовать и в мощном осадочном чехле над “несостоявшимися океанами” – они, наоборот, создают короткопериодные аномалии. Таким образом, в отличие от современных океанов, где линейные магнитные аномалии могут быть просто измерены, над “несостоявшимися океанами” их сначала нужно выделить из сложного суммарного магнитного поля и уже только потом можно приступать к интерпретации.

Вспомним также, что интенсивность магнитных аномалий зависит от глубины их источника: чем глубже последний, тем при той же намагниченности меньшую амплитуду имеет создавае-

212

мая им аномалия. Глубина, на которую погружена перекрытая осадками кора “несостоявшихся океанов” (10 км и более) значительно превышает глубину современных океанов (3 – 6 км), что создает дополнительные трудности для регистрации и выделения линейных магнитных аномалий над “несостоявшимися океанами”.

Наконец, даже в относительно молодых современных океанах знакопеременная (инверсионная) намагниченность их коры быстро уменьшается с возрастом, что связано с окислением магнетита, содержащегося в пиллоу-базальтах 2-го слоя океанской коры. Именно из-за этого осевая (1-я) аномалия, расположенная непосредственно над рифтовыми долинами срединно-океанских хребтов, где кора имеет самый молодой возраст, во всех современных океанах характеризуется повышенной амплитудой (см. рис. 3.4.2). Следовательно, велика вероятность того, что в “несостоявшихся океанах”, спрединг которых прекратился сотни миллионов лет назад, знакопеременная намагниченность коры окажется изрядно “стертой”. Однако возможность сохранения первичной палеомагнитной информации в океанской коре к настоящему времени доказана путем экспериментального изучения достаточно древних (палеозойских) офиолитов Южного Урала, Тянь-Шаня, Алтае-Саянской области, Тувы, Монголии, Казахстана и многих других регионов.

Таким образом, выделение линейных магнитных аномалий, связанных со спредингом “несостоявшихся океанов”, принципиально возможно, хотя и требует сложных процедур математической обработки исходного (суммарного) магнитного поля, а также использования для этих целей мощных компьютеров.

На рис. 3.6.5 (см. вклейку) приведены схематические карты аномального магнитного поля над Восточно-Баренцевским “несостоявшимся океаном”, а также выделенных из суммарного поля линейных магнитных аномалий, маркирующих древний спрединг. Видно, что уже в суммарном магнитном поле присутствует меридиональная линейность аномалий, однако очень нечеткая. Зато выделенные из суммарного поля линейные магнитные аномалии по своей морфологии почти ничем, кроме амплитуды, не отличаются от океанских. Они образуют упорядоченную систему положительных и отрицательных аномалий, покрывающую весь Восточно-Баренцевский “несостоявшийся океан” и протягиваю-

213

щихся с севера на юг на расстояние почти 1000 км. Ширина области, маркированной линейными магнитными аномалиями, составляет 200 – 300 км и сужается с севера на юг. За пределами области аномально погруженной, тонкой и плотной коры, соответствующей Восточно-Баренцевскому “несостоявшемуся океану” (см. рис. 3.6.2 – 3.6.4), линейные магнитные аномалии отсутствуют.

Таким образом, еще одной отличительной чертой “несостоявшихся океанов” является наличие над ними линейных магнитных аномалий, подобных океанским. Однако определение по этим аномалиям возраста коры “несостоявшихся океанов” сталкивается с дополнительными трудностями. Как было показано в разделе 3.4, для интерпретации линейных магнитных аномалий в рамках модели Вайна – Мэтьюза необходима надежная и достаточно детальная шкала геомагнитной полярности. К настоящему времени составлено несколько вариантов таких шкал для всего палеозоя и позднего докембрия, но на большинстве из них инверсии геомагнитного поля привязаны к биостратиграфической (относительной) шкале. Следовательно, возможность определения абсолютного возраста и параметров спрединга “несостоявшихся океанов” по линейным магнитным аномалиям прямо зависит от точности изотопных датировок, а она для палеозоя, как правило, невысока. Из-за этого могут быть ошибки в определении абсолютного возраста коры “несостоявшихся океанов”, однако существенные ошибки в последовательности изучаемых инверсий геомагнитного поля, а значит, и в идентификации линейных магнитных аномалий гораздо менее вероятны, так как инверсии привязаны к биостратиграфической шкале, пусть и недостаточно точно калиброванной изотопными датировками.

Из сказанного выше понятно, что датировка линейных магнитных аномалий над “несостоявшимися океанами” – это сложный итерационный процесс с априорно неоднозначным результатом (рис. 3.6.6). За основу в нем берется шкала геомагнитной полярности палеозоя, откалиброванная изотопными датировками. Отдельные интервалы шкалы путем перебора различных скоростей спрединга преобразуются в модели магнитоактивного слоя, кровля которого совмещается с поверхностью фундамента в конкретном осадочном бассейне. Затем вычисляется магнитное поле такой

214

модели и сопоставляется с линейными магнитными аномалиями,

предварительно выделенными из исходного магнитного поля “несостоявшегося океана”. Такая процедура повторяется

Рис. 3.6.6. Блок-схема метода определения возраста коры “несостоявшихся океанов” по линейным магнитным аномалиям, выделенным из исходного поля.

многократно, пока не будет достигнута наилучшая корреляция рассчитанного от модели поля с линейными магнитными аномалиями. Интервал шкалы геомагнитной полярности, для которого получена опти-мальная модель магнитоактивного слоя,

215

принимается в качестве наиболее вероятного интервала спрединга коры “несостоявшегося океана”. Помимо этого, удается определить скорость спрединга как коэффициент пропорциональности между шириной прямо- и обратнонамагниченных блоков в модели магнитоактивного слоя и продолжительностью эпох прямой и обратной полярности на шкале инверсий (см. формулу (3.4.1)). В среднем для датировки линейных магнитных аномалий над одним “несостоявшимся океаном” требуется около 105 итераций.

Рис. 3.6.7. Корреляция между реальными и модельными линейными магнитными аномалиями над Северо- и Южно-Баренцевским “несостоявшимися океанами”.

На рис. 3.6.7 приведены диаграммы, показывающие корреляцию модельных и реальных линейных магнитных аномалий раздельно над Северо- и Южно-Баренцевским бассейнами ВосточноБаренцевского “несостоявшегося океана”. Пик максимальной интенсивности на диаграммах, показанный стрелкой, соответствует наиболее вероятному интервалу спрединга. Он приходится в данном случае на девонский период, однако в Северо-Барен- цевском бассейне пик шире (390 – 360 млн лет), чем в ЮжноБаренцевском (375 – 360 млн лет). Различаются и оптимальные значения скоростей спрединга: южная часть “несостоявшегося океана” раскрывалась в три раза быстрее (3 см/год), чем северная (1 см/год). Ранее уже отмечалось, что область развития линейных магнитных аномалий над Восточно-Баренцевским “несостоявшимся океаном” сужается с севера на юг (см. рис. 3.6.5 на вклейке).

216

Следовательно, можно предполагать, что раскрытие южной части “несостоявшегося океана” началось позднее, чем северной, но компенсировалось более высокой скоростью спрединга.

На рис. 3.6.8 (см. вклейку) показана идентификация линейных магнитных аномалий Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана”, привязанных к шкале инверсий геомагнитного поля девонского периода. Положительным аномалиям и соответствующим эпохам прямой полярности на шкале присвоены нечетные номера от 1D до 11D (D означает Devonian, девон). В отличие от нумерации, принятой для среднеюрско-кайнозойской аномалийной шкалы (см. рис. 3.4.3), для палеозойских и раннемезозойских “несостоявшихся океанов” увеличение номера аномалий и эпох отвечает их омоложению. Из-за того, что между Северо- и ЮжноБаренцевским бассейнами (участок между 74-й и 75-й параллелями) проходят наиболее частые и интенсивные смещения коры “несостоявшегося океана” трансформными разломами северо-за- падного простирания, уверенную идентификацию отдельных линейных магнитных аномалий здесь провести не удалось, хотя, как видно из рис. 3.6.5 (см. вклейку), система линейных аномалий в целом на этом участке прослеживается.

Схема идентификации линейных магнитных аномалий, а также составленная на ее основе схема изохрон коры (см. рис. 3.6.8 на вклейке) выявляют характерную черту раскрытия Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана” – его девонский спрединг шел по схеме продвигающегося рифта (см. раздел 3.5). Эта тенденция уже предполагалась на основе оценки оптимальных интервалов спрединга (см. рис. 3.6.7), но здесь она видна особенно четко. Краевые линейные магнитные аномалии Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана” последователь-но выклиниваются при продвижении с севера на юг. Например, самые древние аномалии 1D и 3D с возрастом 390 – 385 млн лет не прослеживаются южнее 77° с.ш., аномалия 5D с возрастом 380 – 375 млн лет исчезает на 74° с.ш., и лишь наиболее молодые аномалии 7D – 9D вместе с осевой 11D прослеживаются в Южно-Баренцевском бассейне.

Таким образом, Восточно-Баренцевский “несостоявшийся океан” испытывал в девоне одновременное со спредингом продвижение с севера на юг (здесь и далее – в современных координатах). В крайней северной части его раскрытие началось уже в раннем девоне, около 390 млн лет назад, и продолжалось пример-

217

но 20 – 25 млн лет. Спрединг здесь шел со средней скоростью 1 см/год и привел к образованию полосы океанской коры шириной около 200 км, ныне впечатанной в фундамент Северо-Баренцевс- кого бассейна. Южнее спрединг начался только в среднем-позднем девоне, 375 – 370 млн лет назад, и продолжался соответственно всего 5 – 10 млн лет, однако его скорость была более высокой (око-ло 3 см/год), в результате чего ширина полосы коры, впечатанной в фундамент Южно-Баренцевского бассейна, достигает 150 км.

Как было показано в разделе 3.5, продвигающиеся рифты на современной Земле реализуют постепенный переход срединноокеанских хребтов в материковые рифтовые зоны. Точно так же было и с девонским “несостоявшимся океаном” в восточной части Баренцевского шельфа. Продвигаясь с севера на юг, он вырождался на суше в Печоро-Колвинский рифт (авлакоген), являющийся ключевой структурой фундамента современного Тимано-Печорс- кого осадочного бассейна. Девонский возраст Печоро-Колвинс- кого рифта доказан геологическими данными.

В заключение подчеркнем, что хотя “несостоявшиеся океаны” и представляют собой относительно редкие структуры (обычно эволюция древних дивергентных границ все же заканчивается на стадии континентального рифтинга, не дошедшего до спрединга), понимание их геодинамики исключительно важно. Совсем еще недавно предполагалось, что эволюция древних океанов обязательно завершается практически полным поглощением (субдукцией) их коры и литосферы. Но природа всегда сложнее схем, ее описывающих. В теле сегодняшних континентов зияют гигантские бреши, в которых сохранилась океанская литосфера гораздо более древняя, чем в любой точке современного Мирового океана. Эти бреши когда-то образовались в процессе рифтинга с последующим спредингом, но настоящие широкие океаны из них не получились. Плотная и тяжелая литосфера “несостоявшихся океанов” оказалась впечатанной в фундамент платформ, что вызвало быстрое и интенсивное погружение их отдельных участков. В результате на месте “несостоявшихся океанов” образовались обширные и глубокие оса-дочные бассейны.

218

Глава 4 ПРОИСХОЖДЕНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ

В данной главе рассматриваются процессы, идущие на конвергентных границах литосферных плит. Здесь происходит субдукция (пододвигание) океанской литосферы под островные дуги или активные окраины континентов (раздел 4.1). После того, как вся океанская литосфера субдуцирует в мантию, начинается коллизия (столкновение) материковых частей плит (раздел 4.2). В условиях коллизии края сталкивающихся континентов раскалываются на большое число коровых микроплит, которые движутся и взаимодействуют в достаточной степени автономно от мантийных частей литосферных плит (раздел 4.3). “Зародыши” континентальной коры образуются из продуктов переработки океанской литосферы в зонах субдукции, после чего дальнейшие коллизионные процессы приводят к их скучиванию, метаморфизму, частичному переплавлению и, в конечном итоге, к образованию зрелой континентальной коры (раздел 4.4).

4.1. Субдукция океанской литосферы

Субдукцией (от лат. subductio – буквально, подведение)

называется процесс погружения океанской литосферы в астеносферный слой мантии, происходящий на конвергентных границах плит. Этот процесс может носить вынужденный характер, при котором происходит надвигание континента или островной дуги на океан и литосфера последнего заталкивается в астеносферу. Однако, как было показано в разделе 2.5, для современной Земли более характерна самопроизвольная субдукция, при которой океанская литосфера тонет в астеносфере, убыстряя тем самым движение всей плиты. Максимальную скорость имеют те литосферные плиты, значительная часть периметра которых представлена конвергентными границами (см. рис. 2.5.7).

Следовательно, возможность и характер субдукции в значительной степени определяются физико-механическими параметрами самой океанской литосферы. В предыдущих разделах неоднократно подчеркивалось то фундаментальное обстоятельство, что океанская литосфера плотнее и тяжелее подстилающей ее астеносферы, поскольку перидотит верхней мантии в кристаллическом (литосферном) состоянии имеет плотность около 3,3 г/см3,

220