Мобилизм и зона спрединга

В изучении современного и новейшего рифтогенеза и выяснении роли рифтогенеза и его эволюции в истории Земли в последние годы были достигнуты значительные успехи.

Вместе с тем возникли дискуссии относительно понимания общих закономерностей и тенденций в развитии Земли и места рифтогенеза, спрединга и сопряжённых с ними процессов в её эволюции.

Наиболее крупномасштабную и зрелую форму горизонтального раздвижения земной коры — рифтогенеза в широком смысле — представляет спрединг.

2.2. Новейшие рифтовые структуры и активизация спрединговых зон ложа океана

Все активно развивающиеся или лишь недавно приостановившие своё развитие континентальные рифтовые зоны были заложены не ранее 40–50 млн лет тому назад (то есть середины палеогенового периода), а многие из них — даже в последние 5–10 млн лет, то есть во второй половине неогенового периода, когда произошла резкая глобальная активизация рифтогенеза и спрединга. (Приложение Г)

Созданные в процессе спрединга тектонические зоны, выраженные в рельефе грандиозными подводными внутриокеаническими рифтовыми хребтами, занимают большую часть площади дна океанов или около половины поверхности Земли. В совокупности они образуют мировую систему спрединговых структур. Её главными элементами являются почти непрерывное кольцо субширотных спрединговых зон, окаймляющих Антарктиду, и четыре отходящих от него к северу примерно на равном угловом расстоянии друг от друга в целом субмеридиональных спрединговых пояса: Атлантический, Индоокеанский, Западно- и Восточно-Тихоокеанский. Близ экватора эти пояса резко коленообразно отклоняются к западу, а затем продолжают следовать в северном направлении, постепенно сужаются, вырождаются, подставляясь по простиранию современными межконтинентальными рифовымизонами (Аденская,Красноморская, Калифорнийская) и далее внутриконтинетальными рифовыми зонами и спрединговыми хребтами, и, наконец, затухают.

В отличие от остальных океанских спрединговых поясов недавно выявленный Западно-Тихоокеанский пояс в основном протягивается через возникшие в ходе спрединга глубоководные впадины морей на западной окраине этого океана. [10, c. 76-94]

Основными элементами внутриокеанских спрединговых хребтов в поперечном разрезе являются узкая гребневая зона, на большей части своего протяжения осложнённая осевой рифтовой долиной, и широкие (от нескольких сот до первых тысяч километров) фланговые зоны, в целом полого снижающиеся к подножиям этих хребтов. В осевой зоне ныне происходит процесс раздвижения литосферных плит с полускоростью от 1 до 10 см в годи формирования новой океанской коры за счёт поднимающегося из верхней мантии и заполняющего образующуюся полость расплавленного, но постепенно остывающего магматического материала. Верхние части разреза этой зоны слагают лавы подводных базальтовых излияний с их вулканическими центрами и магмоподводящими каналами (дайками), нижнюю — магматическая камера, в процессе охлаждения и застывания постепенно превращающаяся в сложно расслоённое интрузивное тело из основных и ультраосновных пород (Приложение Д).

Широкие фланговые зоны в относительно приподнятых приосевых частях спрединговых хребтов осложнены продольными грядами, сложенными базальтовыми лавами, и межгрядовыми понижениями, образовавшимися на более ранних стадиях длительного процесса раздвижения и новообразования океанского дна. По мере удаления от гребневой зоны первичная вулканическая поверхность фланговых зон постепенно скрывается под океанскими осадками, толща которых становится всё более мощной, начинается со всё более древних слоёв и соответственно подстилается всё более древними базальтовыми покровами.

Понижение поверхности внутриокеанских хребтов к их периферии объясняется постепенным охлаждением и соответственно увеличением плотности и уменьшением объёма разновозрастных магматических комплексов, формировавшихся на разных стадиях процесса спрединга по мере их отдаления от активной гребневой зоны.

Характерной особенностью структуры спрединговых океанских хребтов, отличающей их от рифовых зон континентов, является наличие рассекающих их гребневые, а также фланговые зоны или по крайней мере внутренние приосевые части последних многочисленных взаимнопараллельных зон разломов, поперечных или диагональных по отношению к простиранию гребневой зоны или хребта в целом, получивших от выделившего этот класс тектонических структур канадского геофизика Т. Вилсона название трансформных разломов.

Морфологически они могут быть выражены в виде узких желобов, уступов или узких гребней, а в плане наблюдается скачкообразное смещение по этим разломам осевой зоны и одновозрастных элементов фланговых зон в смежных сегментах спрединговых хребтов, создающее иллюзию их последующего относительного перемещения по сдвигу.

В действительности, как показал Вилсон, трансформные разломы представляют собой относительно древние тектонические структуры, разделявшие сегменты этих хребтов, а оси спрединга в последних не продолжались непрерывно в соседние сегменты, но с момента заложения находились в них на расстоянии от нескольких до нескольких сот километров друг от друга.

Результаты глубоководного бурения и геофизических исследований показывают, что на некоторых участках внутриокеанических рифтовых хребтов процесс спрединга начался ещё в позднеюрскую эпоху (около 160–140 млн лет тому назад), но по большей части в раннемеловую (между 140–100 млн лет тому назад) или позднемеловую эпоху (100–65 млн лет тому назад) и продолжался в течение всего кайнозоя.

В отличие от континентального рифтогенеза, проявлявшегося отдельными прерывистыми импульсами, спрединг происходил почти непрерывно, но во времени скорость его неоднократно изменялась. Относительно наиболее высокой средняя скорость спрединга была в позднемеловую эпоху, а в кайнозое она в целом, хотя и с колебаниями постепенно снижалась, но в последние 10 млн лет вновь заметно возросла.

Со временем положение осей активно развивающихся зон спрединга также несколько изменялось, некоторые из них отмирали (например, зоны спрединга Лабрадорского и Тасманова морей), другие, напротив, постепенно удлинялись, как бы прорастали по простиранию, третьи скачкообразно смещались в сторону параллельно своему первоначальному положению, четвёртые изменяли свою ориентировку.

Особенно резкие перестройки тектонического плана активных зон спрединга наблюдались в Индоокеанской области.

Процесс спрединга может начинаться в регионах, первоначально обладавших как континентальной, так и океанской корой. Так, во второй половине мезозоя существовавший тогда единый гигантский суперконтинент Пангея раскололся на несколько крупных обломков — нынешних континентов, между которыми в результате длительного спрединга образовались впадины современных Индийского, Атлантического и Северного Ледовитого океанов. При этом спредингу непосредственно предшествовало и частично сопутствовало его начальной стадии широкое развитие континентальных рифовых  зон (главным образом юрских и раннемеловых), фрагменты которых сохранились в пределах северо-западной окраины Европы, Африки, Южной Америки, Индостана, Австралии и Антарктиды. В этих регионах в ходе своего развития некоторые внутриконтинентальные рифовые зоны превратились в межконтинентальные эмбриональные спрединговые зоны, а последние в дальнейшем — в спрединговые пояса океанов.

Однако в пределах Тихого океана, ложе которого, по мнению большинства исследователей, как огромный регион с корой океанского типа существует по крайней мере с палеозоя, то есть более 0,5 млрд лет, а может быть, и 1 млрд лет, а современные спрединговые пояса в котором стали формироваться лишь во второй половине или в конце мезозоя, то есть не раньше 170–150 млн лет тому назад, процессу рифтогенеза, переросшему в крупномасштабный спрединг, по-видимому, подверглась более древняя кора океанского типа.

Спрединговые пояса, несомненно, имеют очень глубокие корни, уходящие в глубь всей верхней мантии (до глубин 600–700 км), а частично и в нижнюю мантию, а их развитие, вероятно, контролировалось процессами, происходящими в верхнем, жидком ядре и на границе ядра и мантии Земли (2900 км). Результаты новейших сейсмотомографических исследований, позволяющих просвечивать недра Земли вплоть до поверхности ядра, показали, что под всеми спрединговыми поясами верхняя мантия, а под некоторыми из них также нижняя мантия или её верхняя часть характеризуются аномально пониженными (для соответствующих глубин) скоростями прохождения сейсмических волн, указывающими на пониженную плотность и повышенные температуры, что позволяет предполагать под этими поясами восходящие потоки тепла и глубинного материала.

Недавно было установлено, что частота инверсий полярности геомагнитного поля, которое генерируется во внешнем, жидком ядре Земли и на его границе с мантией и в основном зависит от происходящих в них процессов, во времени существенно варьировала, и эти изменения, по крайней мере на протяжении последних 180 млн лет, хорошо коррелируются с глобальными изменениями интенсивности спрединга, континентального рифтогенеза, базальтового вулканизма и деформаций сжатия в земной коре, а также с эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана, отражающими изменения формы его дна и земной поверхности в целом. Оказалось, что фазам учащения геомагнитных инверсий, длительность которых не превышает1–2 млн лет, отвечают во времени фазы замедления спрединга, приостановки рифтогенеза, ослабления базальтовых излияний, усиления деформаций сжатия и кратковременные фазы довольно резкого (до 50–100 м) падения уровня Мирового океана.

Напротив, фазам, отличающимся более редкими геомагнитными инверсиями или их полным отсутствием (продолжительностью от 1–2 до 10– 20 млн лет), соответствуют глобальные фазы ускорения спрединга, активизации континентального рифтогенеза, базальтового вулканизма, ослабления деформаций сжатия и подъёма уровня Мирового океана.

Таким образом, можно предполагать, что интенсивность спрединга и континентального рифтообразования во времени в конечном счёте контролируется ходом процессов, протекающих в самых глубинных частях Земли. [27, c. 43-60]

Бесспорные свидетельства спрединга океанской коры в масштабе, подобном тому, в каком он проявлялся в последние 150 млн лет, в более древние эпохи истории Земли отсутствуют, более того, пока достоверно неизвестны даже сравнительно небольшие участки более древней, тектонически не деформированной несомненно океанской коры. Однако это не означает, что спрединг в более ранние эпохи не имел места. Напротив, во внутренних зонах подвижных (геосинклинальных) поясов Земли, по крайней мере в течение последнего миллиарда лет, неоднократно происходили процессы раздвига континентальной коры и новообразования глубоководных бассейнов с корой океанского или близкого к нему типа, однако время их существования, как правило, не превышало десятков или сотни миллионов лет, поскольку спрединг в них быстро прекращался, обрамляющие континентальные блоки вновь начинали сближаться и в конце концов почти смыкались или даже надвигались друг на друга, а заполнявший зону раздвига комплекс ультраосновных, основных, а вверху также глубоководных осадочных пород коры океанского типа (офиолитовая ассоциация) подвергался сильному горизонтальному сжатию, тектоническому разлинзованию, перетиранию и часто также надвигался на один из её бортов.

Вопрос о первоначальной ширине подобных офиолитовых зон в момент их максимального раскрытия вызывает острые дискуссии.

Часть исследователей предполагают, что их ширина не превышала десятков или первых сотен километров (подобно современным зачаточным зонам спрединга в осевой части Красного моря и глубоководных впадин некоторых окраинных морей), другие же допускают, что она могла достигать нескольких тысяч километров и не уступала ширине спрединговых поясов Индийского и Атлантического океанов, и считают, что подобные им бассейны с корой океанского типа могли существовать по крайней мере уже не менее 1 млрд лет тому назад. Однако такое предположение вызывает большие сомнения, поскольку в отличие от недолговечных зон с корой океанского типа, возникавших, а затем закрывавшихся в геосинклинальных поясах, впадины современных Атлантического и Индийского океанов существуют уже более150 млн лет, а спрединг в них не только не прекратился и тем более не сменился сближением их бортов, но даже усилился в последние 10 млн лет. Кроме того, породы офиолитовых зон и коры современных океанов несколько различаются петрохимически.

Более вероятно, что огромные спрединговые пояса современных океанов, хотя и представляют собой тектонические структуры, родственные спрединговым зонам геосинклинальных поясов и континентальным рифовым  зонам, вместе с тем отличаются от них по своим размерам, масштабу расширения и раздвижения коры на ранних стадиях развития, геологическому времени появления и длительности развития структур каждого из этих типов (Приложение Е).

Проторифтовые зоны континентов, испытавшие последующее сжатие, возникали уже 2,5–2 млрд. лет назад, первые континентальные рифовые зоны, не подвергшиеся значительному позднейшему сжатию (авлакогены), — около 1,5–2 млрд лет тому назад, первые офиолитовые спрединговые зоны в геосинклинальных поясах с умеренным масштабом раздвижения континентальных блоков и их последующей коллизией — около 1 млрд лет тому назад и, наконец, огромные по протяжённости и масштабу продолжающегося и сегодня раздвижения коры спрединговые пояса в большинстве современных океанов — около 150 млн лет тому назад, а в области Тихого океана, может быть, несколько раньше. Это не исключает того, что спрединг, протекающий в современных океанах, в будущем прекратится и даже может смениться сближением обрамляющих их континентальных блоков.

2.3. Состав магматических пород в зонах спрединга

Тектономагматические процессы зон спрединга формируют океанскую кору: из вещества, отделяющегося от мантии. О масштабах явления можно судить по тому, что ежегодно создается около 3-3,5 км2 и океанская кора, образовавшаяся за последние 170 млн. лет, не только распространилась на всю площадь дна Мирового океана, но еще такая же или даже большая ее часть была поглощена за это время в зонах субдукции. В этих зонах породы океанской коры вместе с некоторым количеством осадочного материала континентального и иного происхождения возвращаются глубоко в мантию.