Походження та еволюція дна

Лекція №3

Тема: Еволюція Світового океану

2. Утворення і розвиток водної та сольової маси Світового океану

Залежно від того, якої гіпотези про походження океану дотриму­ється той чи інший дослідник, формується історія утворення океаніч­них басейнів. Особливо це стосується домезозойської історії Світового океану. Найбільш гіпотетичною (уявною) є частина цієї історії від по­чатку формування первинної океанічної кори в результаті діяльності вулканів і виливів магми (більше 4 млрд років тому) до утворення єдиного великого материка Пангея. Оскільки найбільш детально домезозойська історія Світового океану розроблена в рамках гіпотези про первинність океану, скористаємося саме цією гіпотезою.

Згідно з гіпотезою В. Хаїна спочатку утворилась суцільна базаль­това оболонка. Водна оболонка в цей період покривала всю поверх­ню Землі, а глибини первинного океану становили 1,5-2,0 км. В ар­хеї утворилась первинна материкова кора за рахунок розмиву дав­ніх вулканічних масивів і гранітних вивержень вулканів. Ця кора, складена породами з меншою питомою вагою, ніж; базальти, випір­нула на поверхню і створила зародки майбутніх континентів. У ре­зультаті нарощення материкової земної кори за рахунок вивержень вулканів, складчастості, метаморфізму і гранітизації осадових порід відбулось утворення протоматериків навколо давніх платформ. Гли­бина первинного океану зросла до 2,5-3,0 км. За даними радіогеохронометрії, близько 1,5 млрд років тому утворився величезний платформний масив материкової земної кори під назвою Пангея (вся зе­мля). Площа Пангеї, вирахувана по ізобаті 2000 м, становила 40 % поверхні Землі (така ж площа суші по ізобаті 2000 м і сьогодні). По­ложення Пангеї на кінець домезозойської історії (200 млн років тому) показано на рис. 2.3.

За даними прибічників гіпотези "глобальної тектоніки плит", 200 млн років тому почався розпад Пангеї на блоки, які почали гори­зонтально перемішуватись. До кінця тріасу (180 млн років тому) об­новлюється океанічна кора Тихого океану, утворюються первинні ба­сейни Атлантичного та Індійського океанів, давній океан Тетіс розді­ляє Пангею на Гондвану та Лавразію (див. рис. 2.4). У цей же період південний рифт відділяє від Гондвани Індію, Австралію, які почина­ють рухатись на північний схід.

Протягом юрського періоду (180-135 млн років тому) сформувався рифт на межі Південної Америки та Африки, які розсуваються в протилежні боки. До кінця мезозою в крейдовому періоді (65 млн років тому) ширина Південної Атлантики вже становила близько З тис. км, у Північній Атлантиці утворилось східне узбережжя Грен­ландії, Африка розвернулася проти годинникової стрілки, а Азія - за годинниковою стрілкою, океан Тетіс розпався на Каспійське, Чорне, Середземне моря. Індійська плита перемістилась на північний схід і в місці приєднання до Азії утворила Гімалайські гори (рис. 2.5).

У цілому впродовж палеозою - кайнозою еволюція дна океану роз­вивалась у бік зменшення його площі і зростання глибини. У Тихому океані в пізньому мезозої вже існував серединно-океанічний хребет, який простягався через увесь океан (підняття Дарвіна). У кінці крей­ди - на початку палеогену цей хребет зазнав активних руйнувань у результаті утворення гігантських тектонічних розломів і опускань ве­ликих ділянок земної кори, вивержень вулканів. Одночасно почалось утворення величезного Східнотихоокеанського підняття з шлейфами архіпелагів.

Серединно-атлантичний і Аравійсько-Індійський хребти є більш давніми, ніж Східнотихоокеанське, Південнотихоокеанське та Австрало-Антарктичне підняття.

Процеси океаноутворення тривають і нині. Про це свідчить наявність зон сейсмічної активності на межах Тихоокеанської та Євразійської плит (Японія, Курили, Камчатка) і Тихоокеанської та Американської плит (Аляска, Анди, Кордильєри), де відбувається розростання океаніч­ної кори за рахунок материкової. Є докази того, що Червоне море, озеро Байкал, Аденська затока - це зародки майбутніх океанів, що утворю­ються в результаті розсування Африканської та Індійської плит.

Враховуючи викладені підходи до аналізу формування рельєфу дна Світового океану, О. Леонтьєв у 1982 р. розробив структурно-геоморфологічну схему дна Світового океану (рис. 2.6).

2. Утворення і розвиток водної та сольової маси Світового океану

Проблема утворення водної маси Світового океану тісно пов'язана з проблемою походження Землі та її природних оболонок: літосфери, гідросфери і атмосфери. Історично змінюючи одна одну, гіпотези "га­рячого" (автори: Г. Лейбніц, І. Кант, П. Лаплас) і "холодного" (автори: О. Шмідт, В. Фесенков, О. Виноградов) походження Землі зумовлюва­ли різні тлумачення утворення гідросфери. Сучасні уявлення базу­ються на космогонічних гіпотезах про виникнення Землі з первинно холодної газової туманності. У складі цієї газово-пилової хмари, як і в сучасних кометах чи метеоритах, містилася вода у вигляді льоду.

На даний час поширена гіпотеза "конденсаційного походження Землі", яку активно розробляли В. Ферронський, С. Денисик, С. Кларк, М. Бландер та їх учні. Згідно з цією гіпотезою протоземна хмара відо­кремилась 4,5 млрд років тому від єдиної протосонячної хмари холодно­го газу і Земля стала протопланетою. Наступне гравітаційне стискання протохмари супроводжувалось розігріванням і викликаною ним дифе­ренціацією проторечовини Землі. Процес цей підсилювався виділенням тепла при розпаді радіоактивних елементів. На певному етапі гравіта­ційне стиснення досягло критичної величини і припинилось. Після цього відбувався процес охолодження Землі до таких температур, поки не ро­зпочалась конденсація вологи й утворення гідросфери. Прихильники гіпотези "конденсаційного походження" Світового океану вважають, що океан значно молодший за земну кору, а характеристики водної маси мало змінились за час існування океану.

Однак більшість дослідників (Ю. Богданов, П. Каплін, С. Ніколаєв, М. Валяшко, О. Виноградов, Г. Менард, К. Марков та ін.) вважають, що диференціація і дегазація мантії Землі становлять єдиний механізм утворення гідросфери. О. Виноградов експериментально довів наяв­ність цього механізму з допомогою зонного плавлення метеоритів, які за складом близькі до мантії Землі. При нагріванні мантійної речовини виділяється легкоплавка фракція силікатів, яка спливає до поверхні мантії і при цьому насичується водяними парами і газами. Ближче до поверхні силікатна фракція охолоджується і кристалізується, розпада­ючись на силікатну і водну фази. Разом з водою конденсуються і роз­чинні у воді гази (НСl, HF, НВг, НІ, СО₃ тощо). Така вода по суті є роз­чином, і коли він опиняється на земній поверхні, то змушений присто­совуватись до нових природних умов. Отже, вода Світового океану - це первісний (ювенільний) розчин, що перебуває у стані пристосування до поверхневих природних умов. Нерозчинні у воді гази не конденсува­лись, а залишились у газовій оболонці Землі, утворивши первинну ат­мосферу. Процес утворення ювенільного розчину пов'язаний з інтенси­вною вулканічною діяльністю. Підтвердженням цього є подібність хімі­чного складу вод Світового океану і нині діючих вулканів.

Доказом справедливості ювенільного походження вод Світового океану є розрахунки маси води, що утворилась у процесі диференці­ації Землі на гранітну і базальтову оболонки, гідросферу та атмосфе­ру, і їх порівняння з об'ємом води у Світовому океані, виконані Л. Жуковим. Виявилось, що маса гідросфери становить 1,34-10²¹ кг, або близько 6 % маси всіх гірських порід на Землі. Безпосередні спо­стереження показують, що при виверженнях вулканів також виділя­ється 3-8 % водяних парів. Більш інтенсивно процеси утворення ювенільної води проходили на початку історії Землі, коли була актив­нішою вулканічна діяльність, більше було радіоактивних елементів. На думку Л. Жукова, кількість води в океані постійно збільшується, оскільки процес утворення земної кори йде безперервно, хоча в основній своїй масі води Світового океану сформувались уже в докемб­рійський час. У середині палеозою об'єм гідросфери становив близько 90 % сучасного об'єму, а середня глибина океану була 3,3 км проти 3,7 км в даний час. За даними О. Леонтьєва, в мезозої середня глиби­на океану була близько 3 км.

Підрахунки Г. Менарда показують, що рівень Світового океану вна­слідок утворення ювенільного розчину підвищувався зі швидкістю бли­зько 1 мм за 1000 років, а за рахунок нагромадження осадів в океані - на 0,4 мм за 1000 років. У мезозої утворення підняття Дарвіна в Тихому океані підвищило рівень води на 130 м. А формування льодовикового щита в Антарктиді понизило рівень Світового океану на 60 м.

В антропогені коливання рівня Світового океану найкраще вивчені і зв'язані в першу чергу з похолоданнями і потепліннями клімату. Ко­ливання рівня Світового океану, пов'язані зі зледеніннями, досягали 100-120 м і зафіксовані в надводних морських терасах і занурених під рівень Світового океану карстових печерах.

Оцінюючи дослідження Д. Кастлінга і Н. Хольма, Ю. Шуйський дійшов висновку, що за останні десятки мільйонів років вилучення сучасної океанічної води в мантію упродовж занурення материкової кори в зоні тренчів приблизно дорівнює її надходженню з мантії, або ж такі вилучення навіть перевищують надходження. Значна части­на досліджень вказує, на думку Ю. Шуйського, на певну ритмічність цих процесів.

Історія формування сучасної сольової маси Світового океану тісно пов'язана зі змінами первинного ювенільного розчину відповідно до зміни умов Землі. Усю сукупність поглядів на характер змін солоності і складу океанічної води можна поділити на три групи. Частина дослід­ників вважає, що на стадії охолодження протопланети Земля первісний океан відзначався дуже високою солоністю. Тогочасний хімічний склад води був близький до ювенільної води під час вивержень вулканів. На­далі солоність поступово знижувалась до сучасних величин.

Друга група спеціалістів дотримується протилежної думки, що спо­чатку в первісному океані була слабосолона, майже прісна вода. На­далі солоність підвищувалась, поки не досягла сучасних параметрів. І, нарешті, є дослідники, які вважають, що солоність і хімічний склад океанічної води протягом геологічної історії Землі коливались навколо якихось середніх величин.

Усе ж більшість сучасних дослідників вважає, що первісний океан був гіперсолоним. Зі зменшенням вулканізму зменшувалась і соло­ність, і уже в палеозої солоність океанічної води була близькою до су­часної. У періоди посиленого горотворення і пов'язаного з ним вулка­нізму солоність води в океані підвищувалась. Навпаки, в періоди стабілізації тектонічних і магматичних процесів солоність океанічної во­ди та її хімічний склад також стабілізовувалися.

Геніальний український учений, перший президент Академії наук України В. Вернадський звернув увагу на постійність співвідношення основних компонентів морської води і запропонував вважати це явище однією з констант нашої планети. Знаменно, що співвідно­шення основних хімічних компонентів морської води і крові живих організмів практично однакові, що розглядається як доказ океанічно­го походження життя. Але хімічний склад морської води змінюється не тільки під впливом живих організмів, а і в процесі пристосування до умов планети. Очевидно, до цих же умов пристосовуються і живі організми. Це не заперечує океанічне походження життя на Землі, але і не свідчить про стабільність сольового складу океану. Вміст хлору і брому майже не змінився, а кіль­кість інших елементів різко зменшилась. Вміст хлору і брому залиша­ється незмінним, оскільки відсутні природні речовини, які перетво­рюють їх в осади. Найбільш значним є зменшення вмісту вуглецю. Це пов'язано з перетворенням його у вугільну кислоту, потім у карбонат кальцію і випадінням в осад. Виникнення життя на Землі також; при­зводить до посиленого використання вуглецю в реакціях фотосинте­зу. З цим же пов'язані втрати в складі ювенільної води азоту і йоду.

Академік О. Виноградов виділив три стадії формування сольової маси Світового океану. Перша стадія (давній архей) - відсутність біосфери Землі; друга стадія (кінець архею - палеозой) - стадія виникнення і ста­новлення біосфери; третя стадія (кінець палеозою - кайнозой) - сучас­на стадія. Для першої стадії характерні наявність кислого середовища і сильних кислот (НСl, HBr, HF), у результаті утворювались кременисті ар­хейські осади, а вода була дуже солоною. Друга стадія розпочалася 2,0-2,7 млрд років тому з моменту виникнення біосфери в прибережній смузі океану. Вбирання вуглецю і його сполук живими організмами для будівництва своїх скелетів і виділення кисню в процесі фотосинтезу призвело до утворення азотно-кисневої атмосфери і підсилення відновлювальних властивостей атмосфери і гідросфери. Океанічна вода стала переважно хлоридно-сульфатною. Сучасна стадія стабілізації сольового складу океанічної води розпочалася 1,5-2,0 млрд років тому. Протягом цієї стадії відбувається кругообіг солей в океанічній воді.

О. Виноградов показав, що цикл кругообігу кисню в природі відбу­вається за 2000-3000 років, вуглецю - за 350-500 років, а вся вода океану проходить через рослини за кілька мільйонів років. Однак за­гальна концентрація солей в океанічній воді вже з початку кембрій­ського періоду є стабільною і становить 35-40 %.

Отже, в результаті диференціації речовини на Землі виникла гідро­сфера, яка в основному сконцентрована у Світовому океані в обсязі 1,34-10²¹ кг води з 4,7-10¹⁹ г мінеральних розчинних солей.

Поиск по сайту: