Разрастание океанического дна

Данные о возрасте океанической коры. Нигде на дне океанических бассейнов не обнаружены породы древнее примерно 150 млн. лет. Первый систематический отбор образцов с океанического дна был произведен во время рейса судна “Челленджер” (1873—1876 гг.). Эти первые данные были разрозненными, так как в лучшем случае команде “Челленджера” удавалось только изредка, в случайных местах соскоблить породу со дна океана.

Один из самых производительных способов разведки дна океанических бассейнов был разработан во второй половине 1960-х годов. “Гломар-Челленджер” — судно, специально оборудованное для бурения скважин и извлечения керна из глубоководных осадков. С этого судна была извлечена серия кернов по профилю 6, пройденному в рамках программы глубоководного бурения (DSDP) в западной части Тихого океана (расположение скважин показано на рис. 21.6).

Позднее, используя радиоизотопный метод и то, что уже было известно о возрасте различных слоев в этих осадках, определили возраст полученных образцов. В результате была построена последовательность “изолиний” геологического возраста океанического дна к западу от Гавайских островов. Когда их объединили с уже имевшимися данными бурения, весь Тихоокеанский бассейн оказался покрыт такими изохронами, начиная с области развития плейстоценовых пород на гребне самого Восточно-Тихоокеанского поднятия — срединно-океанического хребта Тихого океана.

Возраст самых древних пород превышает 136 млн. лет — рубеж мелового и юрского геологических периодов. Последовательность возрастов завершается у Идзу-Бонинского желоба к востоку от Японии и у дугообразной линии Марианского желоба. Сведения такого рода представляют собой очень веское доказательство того, что новая океаническая кора внедряется в морское дно вдоль срединно-океанических хребтов и в конце концов исчезает в глубоководных желобах.

Полосовые аномалии геомагнитного поля — решающее доказательство. Сила тяжести и магнетизм долгое время владеют умами ученых, занятых науками о Земле. Благодаря прогрессу техники во время второй мировой войны геофизики в 1950-е годы смогли начать систематическое картирование гравитационного и магнитного полей Земли. Для магнитных исследований в море был разработан чувствительный магнитометр, буксируемый на некотором расстоянии от корабля (чтобы избежать искажения геомагнитного поля железным корпусом судна). Магнитометр фиксирует напряженность локального магнитного поля. Объединяя данные магнитных измерений, полученные по сериям близко расположенных профилей, ученые вскоре смогли построить карты напряженности магнитного поля Земли для больших площадей океанических бассейнов, в том числе для срединно-океанических хребтов.

На картах, вычерченных по этим магнитным данным, проявились своеобразные, зачастую линейно вытянутые “полосы”, в которых напряженность магнитного поля колебалась между значениями выше среднего и ниже среднего. Эти отклонения от среднего к более высоким или низким значениям напряженности получили название положительных и отрицательных аномалий магнитного поля. Полосовые аномалии выглядят параллельными осевым линиям срединно-океанических хребтов. На рис. 21.7 они параллельны гребню хребта Хуан-де-Фука, находящегося в северо-восточной части Тихого океана.

Хотя похожего вида системы магнитных аномалий, параллельных срединно-океаническим хребтам, обнаруживались и в других океанах, никакого подходящего объяснения их формы найдено не было.

Тем временем продолжались работы по изучению палеомагнетизма, “запечатленного” в молодых лавовых потоках на суше, и определению возраста этих молодых пород. В результате вскоре стало ясно, что открыто новое явление; в разное время в прошлом магнитные полюсы Земли менялись местами — Северный полюс становился Южным, а затем эта инверсия повторялась снова и снова. Впоследствии для таких инверсий геомагнитного поля построили “временную” шкалу, использовав радиоизотопный калий-аргоновый метод определения возраста пород; результаты этих работ показаны на рис. 21.8, а.

На приведенной шкале полярность в те периоды истории Земли, когда магнитные полюсы были расположены так же, как в настоящее время (Северный магнитный полюс примерно совпадает с географическим), называется нормальной, противоположная полярность называется обратной.

Соединить данные о возрасте материала океанического дна с данными о временах инверсии геомагнитного поля выпало на долю двух английских геофизиков — Мэтьюза и Вайна. Согласно их рассуждениям, когда новая расплавленная лава извергалась на поверхность вдоль срединнокеанических хребтов и застывала, она должна была намагничиваться в соответствии с полярностью геомагнитного поля того времени. Магнитное поле Земли в сочетании с магнитным полем, зафиксированным в новой застывшей лаве, будет давать в сумме напряженность выше среднего значения.

Но позднее, после того как произошла инверсия собственного магнитного поля Земли, суммарная напряженность поля на соответствующем участке коры должна оказаться ниже среднего значения, так как “заключенная” в самой породе намагниченность будет противоположна по знаку обращенному полю. Далее они рассуждали так. Если новая лава постоянно внедрялась в зоны хребтов, она, вероятно, раздвигала затвердевший и намагниченный раньше материал в стороны от хребта. Вот как писал об этом в 1977 г.

Ван Андел [20]: “Они представляли себе дно океана в виде гигантского магнитофона, записывающего историю геомагнитного поля на ленте, только что образовавшейся в рифте и отодвигающейся от него вместе с морским дном". Это представление схематически иллюстрируется рис. 21.8,6.

Нужно было сделать еще один, последний, шаг. Теперь можно было рассчитать скорость разрастания морского дна, измерив расстояние по дну океана между последовательными магнитными аномалиями и интервал времени, прошедший между их возникновением.

Этим расчетам скоростей сразу же нашли два применения: Во-первых, возраст вещества, поднятого в виде керна со дна океанов, сопоставили с возрастами, выведенными по магнитным аномалиям. Во-вторых, были обнаружены четкие смещения всей системы полосовых магнитных аномалий через разные расстояния вдоль осевых линий срединноокеанических хребтов. Их интерпретировали как зоны разломов — области, где блоки океанического дна отталкивались от хребта с разными скоростями (рис. 4.1). Один из самых ярких примеров такой зоны разломов находится непосредственно к западу от мыса Мендосино, шт. Калифорния.

Объединение всех этих различных представлений и фактических данных дало науке первое правдоподобное подтверждение того, что в прошлые геологические эпохи дно океанических бассейнов находилось в движении. Однако необходимы были дальнейшие исследования, чтобы подтвердить саму теорию разрастания морского дна. Все еще существовала огромная проблема того самого источника энергии, который способен вызвать все подобные движения.