ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Длительное время считалось, что океаническая кора принципиально не отличается по строе­нию от континентальной: океаны (кроме Тихого) представляют собой временно опущенные по разломам блоки, где идет накопление морских осадков, после чего они вновь могут подняться и стать континентами; континентальные же блоки могут опуститься и на них начнется морское

Новые методы изучения дна океанов (глубоководное бурение, геофизические исследования, в том числе использование лазеров) позволили выявить многие детали строения, отличающие океа­ническую кору от континентальной.

Кора океанического типа состоит из трех слоев (сверху вниз):

Первый слой - осадочная толща мощностью от 0 до 0, 5-1 км (в среднем 0, 2-0, 5 км). Скорость осадконакопления 1-5 мм/тыс, лет. На большей части глубоководного ложа имеет меловой и кай­нозойский возраст.

Второй слой - лавы, в том числе подушечные, дайки базальтов (в нижней части слоя).. Мощ­ность 1, 5-2 км. Возраст пород средняя юра - кайнозой.

Третий слой - бурением не вскрыт, но драгированием в зонах разломов получены образцы основного (габброиды) и отчасти ультраосновного составов. Средняя мощность 3-4 км-. Третий слой подстилается верхней мантией, сложенной перидотитами. Таким образом, второй и третий слои принадлежат " базальтовому" геофизическому слою.

В пределах Мирового океана выделяются три типа областей: материковые, океанические ок­раины и ложе океана (Цейслер, 1979).

Материковые окраины. Граница между континентальной и океанической корой не совпада­ет с географической границей суши и моря. Геологи проводят такую границу в месте сопряжения континентальных и океанических блоков. Периферическим частям материков ниже уровня океана соответствуют шельф и материковый склон. Области шельфа - окраины материков, залитые не­глубоким морем (до 250-300 м), сложены корой континентального типа. Ширина шельфа меняет­ся от десятков до более чем 1500 километров (Северный Ледовитый океан). На шельфах продол­жает накапливаться осадочный чехол. Поверхность земной коры в области шельфа полого (1-1, 5" ) наклонена в сторону океана. На глубинах 100-200 м обычно располагается бровка шельфа, ниже которой начинается материковый склон. Поверхность последнего наклонена круче (более 3°) и имеет общее ступенчатое строение.

Материковый или континентальный склон - гигантская флексурообразная структура, ослож­ненная системой глобальных разломов. К подножию материкового склона через систему каньо­нов, часто продолжающих под водой русла крупных рек, мутьевыми потоками и гигантскими оползнями сносятся огромные массы осадков, образующие крупные конусы выноса. Поверхность дна подножия материкового склона обычно обладает чертами аккумулятивной равнины с крупны­ми холмами, которые образованы отдельными конусами выноса или гигантскими оползневыми массивами осадочных пород. Граница континентальной и океанической коры проводится между материковым или континентальным склоном и континентальным подножием.

Океанические окраины. Структурные формы океанических окраин наиболее полно пред­ставлены в Тихом океане, где они включают глубоководные окраинные котловинные моря, остро­вные дуги и глубоководные желоба.

Окраинным котловинным морям (Японское, Охотское, Берингово и др.) соответствуют круп­ные брахиформные депрессии глубиной до 3-5 км. Земная кора окраинных морей местами подоб­на океанической, однако она нередко обладает увеличенной мощностью осадочного слоя. Поверх­ность дна окраинных котловинных морей имеет черты аккумулятивной равнины, однако там, где осадков мало, дно обнаруживает высокую степень раздробленности. Строение дна некоторых дан­ных морей осложнено подводными поднятиями (поднятие Ширшова в Беринговоморской котло­вине, Ямато - в Япономорской и др.), которые возвышаются над дном котловин на 1, 5-3 км и име­ют блоковое строение.

Островные дуги (Алеутские, Курильские, Японские острова и т.п.) образуют протяженные (1000-3000 км) горные сооружения, которые вместе с сопряженными с ними глубоководными же­лобами отделяют окраинные котловинные моря от области океанического ложа. Среди островных дуг выделяются два типа: одинарные и двойные. Одинарные дуги образованы узкой (50-70 км) це­почкой вулканических сооружений, покоящихся на низком и широком (до 200 км) сводовом под­нятии (Идзу-Бонинская, Марианская и др.), или же широким (70-120 км) и высоким (2-3 км) хреб­том, увенчанным цепочкой вулканических аппаратов, смещенных к приматериковому склону дуги (большая часть Алеутской, среднее звено Курило-Камчатской дуги и др.). Вулканизм преобладает базальтовый и андезитовый. Двойные дуги образованы двумя грядами хребтов с одним цоколем. На внешнем хребте вулканизм почти не проявлен; склоны внешнего хребта имеют ступенчато-сбросовое строение.

Островные дуги рассматриваются в качестве геоантиклинальных поднятий современных гео­синклинальных областей. Двойные дуги обладают " зрелой" корой материкового типа; в одинар­ных дугах гранито-гнейсовый слой маломощный.

Глубоководные желоба расположены у подножий мегантиклинориев кайнозойских складча­тых систем или на внешних окраинах островных дуг со стороны океана. Глубоководные желоба представляют собой протяженные (1500-4000 км) депрессии глубиной 5-10 км и шириной по дну 5-20 км. Поперечный профиль желобов асимметричный, склоны неравновеликие, ступенчатые, средняя крутизна склонов 5°. Обычно склоны желобов лишены осадочного покрова; последний развит в наиболее глубокой части желобов, куда осадки выносятся мутьевыми потоками. Днища желобов с осадочным выполнением уплощенные.

Глубоководные желоба образуют протяженные системы и главным образом опоясывают цен­тральную часть Тихого океана. Со стороны океанических котловин с желобами граничит такая же протяженная система невысоких пологих краевых валов, являющихся структурными элементами океанского ложа. К склонам желобов и прилегающим островным дугам приурочены зоны повы­шенной сейсмической активности, которые объясняются выходом на поверхность гигантских по­верхностей скола, с которыми связаны как мелко-, так и глубокофокусные землетрясения (зоны Заварицкого-Беньофа). Над глубоководными желобами отмечаются зоны пониженных значений теплового поля.

В представлениях " новой глобальной тектоники" глубоководным желобам отводится важная роль, так как по ним проводятся границы литосферных плит разного типа. Местоположение жело­ба фиксирует линию'поддвигания океанической плиты под материковую (процесс субдукции).

Ложе океана. Внутриокеанические структурные формы резко различаются степенью под­вижности. Среди них выделяются сейсмически активные области (океанические подвижные по­яса) и асейсмичные области (океанические платформы или талассократоны). Первая категория структур - глобальная система срединно-океанических хребтов, вторая включает океанические

 

котловины (плиты), а также различные типы внутриокеанических сводовых и глыбовых подня­тий и краевых валов.

Срединно-океанические хребты - протяженная (около 20000 км) и широкая (до 1000 км) сис­тема горных сооружений, поднимающихся до 2-3 км над дном океана. Это самые крупные горные системы на поверхности земного шара. Особенно хорошо выражены они в Атлантическом и Ин­дийском океанах. Отдельным вершинам хребтов соответствуют острова вулканического проис­хождения (о-ва Пасхи, Св.Елены, Св.Павла, Тристан-да-Кунья и др.). Нижние части склонов хреб­тов обычно пологие, в приосевой части склоны изборождены глубокими продольными желобами и возвышающимися над ними гребнями. Вдоль осевой части хребтов располагается система риф­тов.

Рифты представляют собой грабенообразные структуры, в которых центральные блоки огра­ничены глубинными разломами, доходящими обычно до мантии. Осадочный покров на склонах хребтов крайне маломощен, утонен также и " базальтовый слой". Рифтовые системы отличаются высокой тектонической и вулканической активностью, повышенными значениями теплового поля (в 5-7 раз выше среднего). Мантия в этих зонах ближе подходит к поверхности, а мантийные кон­векционные потоки под хребтами направлены снизу вверх. К хребтам приурочены системы поло­совых магнитных аномалий. По мнению сторонников гипотезы разрастания океанического дна, в зоне срединно-океанических хребтов происходит формирование новой земной коры за счет вып­лавки базальтов и раздвижения соседних литосферных плит по горизонтали (спрединг).

Рифтовые системы наблюдаются не только в океанах, они прослеживаются и на континентах. Таковы, например, Восточно-Африканская, Калифорнийская, Байкальская и другие рифтовые об­ласти.

Отдельные отрезки подводных хребтов ступенчато смещены в плане по поперечным, так на­зываемым трансформным разломам. На поверхности они выражены уступами дна или узкими глубокими каньонами.

Огромные площади за пределами срединно-океанических хребтов заняты океаническими котловинами с глубинами 4-6 км. Их называют еще океаническими платформами, или талассо-кратонами. Поверхность дна этих депрессий слабо холмистая, с отдельными вулканическими ко­нусами. Многочисленные разломы обусловливают ступенчатый рельеф дна многих котловин. Мощность осадочного покрова в океанических котловинах небольшая, менее 1000 м. Возраст осадков различен. Их геофизическая характеристика подобна характеристикам котловин окраин­ных морей.

Среди асейсмичных поднятий, разделяющих океанические котловины и осложняющих их строение, выделяется несколько типов: сводовые валообразные поднятия (Гавайский вал, вал Шатского и др.) и глыбовые хребты (Восточно-Индийский и др.). Склоны и сводовые части под­нятий увенчаны вулканическими конусами.

В западной части Тихого океана особенно многочисленны подводные горы с плоскими вер­шинами, погруженными, либо выходящими на поверхность в виде островов. Такие подводные горы образуют целые системы и получили название гайоты.

В океанических структурах развиты лавы основного и ультраосновного состава, причем наи­более широко распространены щелочные базальты.

Дальнейшее изучение структурных форм океанов, их сравнение со структурами континентов, выяснение места океанических структур в общем эволюционном ряду структурных форм земной коры является первостепенной задачей, от решения которой зависит разработка современных гео­тектонических концепций.

Глава 5

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ПЕРВЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА

Вопрос о происхождении жизни относится к главной проблеме, интересующей людей на про­тяжении последних столетий. Исследователи, стоящие на научных позициях, должны, прежде все­го, решить вопрос: возможно ли зарождение жизни на Земле естественным путем, или жизнь за-, несена на Землю из космоса.

Живое вещество состоит из органических молекул, весьма разнообразных и сложных, благо­даря способности углерода образовывать крупные полимерные цепочки, кольца, присоединяя ато­мы других элементов, главные из которых водород, кислород, азот, фосфор. Органические моле­кулы составляют нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы и другие соединения, из которых построены живые организмы. Все они являются звеньями пищевой цепочки, другими словами, каждый организм пригоден для пищи какому-либо другому. Это свидетельство в пользу общности происхождения всех разнообразных проявлений жизни.

По мнению академика А.И.Опарина, важнейшим свойством живых организмов является упо­рядоченный обмен веществ. Кроме этого, живые существа должны обладать механизмом переда­чи наследственных признаков и воспроизведения себе подобных.

Особенностью живого вещества является его дискретность, выражающаяся на разных уров­нях в виде организма, популяции, вида и т.д. Надорганизменные образования гораздо устойчивее, чем отдельные организмы, хотя количество организмов, их обновление прямым образом влияет на эту устойчивость. Размножение организмов должно обеспечиваться сохранением информации ее передачей из поколения в поколение.

Учитывая весьма небольшой набор элементов, из которых состоят органические..молекулы, можно с уверенностью заключить, что строительного материала в первичной атмосфере и гидро­сфере было вполне достаточно. Это водяные пары, СО₂, СО, H₂S, NH₃, CH₄, карбиды и другие рас­пространенные соединения. В процессе экспериментов по моделированию процессов биогенеза (" биопоэза" по Дж.Берналу) было сделано открытие, заключающееся в том, что хаотические со­единения элементов вполне могли привести к синтезу органических молекул, но лишь при усло­вии Воздействия жесткого ультрафиолетового космического излучения в качестве источника энер­гии.. Это может вызвать недоумение, ведь известно, что ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого. Но на стадии, когда живое вещество только создавалось, энергия ультрафиолета была непременным условием этого процесса. Первые настоящие живые организмы вынуждены были спрятаться в воде от жестких ультрафиолетовых лучей, свободно достигавших земной по­верхности в условиях бескислородной атмосферы.

Многочисленные эксперименты, моделирующие процесс образования " органических" моле­кул в результате неорганических процессов в условиях первичной бескислородной атмосферы, показали, что это не только возможно, но осуществимо многими способами. Такие процессы были не единичными и случайными, но весьма типичными в тех условиях, подобно образованию капель дождя, кристаллов солей и т.п. Эксперименты показали также (Руттен, 1973, и др.), что вполне воз­можным без участия организмов был и последующий процесс - формирование из этих первичных " органических" молекул различных полимеров: полипептидов, нуклеиновых кислот и далее белков, i

Следующий шаг - объединение первичных молекул в более крупные частицы и их обособле­ние - коацерватные капли. Этот процесс был назван коацервацией (Бунгенберг де Ионг). Коацерва-

 

ция, по-видимому, происходила при вспенивании с участием поляризованных молекул. Коацерват-ные капли обязательно должны были обособиться с помощью мембран, позволяющих сохранять ' отличные от окружающей среды состав и энергетический уровень. Мембраны были полупроница- " емыми, обеспечивая обмен веществ с окружающей средой —метаболизм. Поглощение пищи и ды­хание обеспечивали организм необходимыми материалами и энергией. Наконец, для продолжения жизни требуется воспроизведение себе подобных с передачей им наследственной информации. Воспроизведение (редупликация) осуществляется по " инструкции", заложенной в полимерных це­почках нуклеиновых кислот, хотя происходили и мутации, позволившие приобретать новые свой­ства и приведшие к поразительному разнообразию жизненных форм. По мере приобретения всех этих свойств из коацерватных капель, взвешенных в " первичном бульоне", возникли живые орга-. низмы. После накопления достаточного количества кислорода смог возникнуть процесс дыхания и кроме бескислородных (анаэробных) появились кислородные (аэробные) формы жизни.

Переход от бескислородной к кислородной атмосфере начался около 1, 8 млрд. лет назад, но только к концу силура (~420 млн. лет назад) кислорода в атмосфере стало достаточно много, чтобы надежно защищать поверхность Земли от губительного для жизни ультрафиолетового излучения.

Первоначально живые клетки не имели ядра (прокариоты); позднее от них произошли клет­ки с более сложной организацией, имеющие ядро (эукариоты).

Первые организмы были гетеротрофными, то есть могли использовать для питания только органические вещества. Автотрофные организмы, которые могли потреблять неорганические ве­щества, сформировались позднее, с появлением такого энергетически выгодного процесса, как -фотосинтез. Среди микроорганизмов выделяются фототрофные, использующие солнечную энер-рию, и хемотрофные, пользующиеся энергией химических реакций.

Лишь с появлением настоящих живых организмов начался этап развития жизни, который можно зафиксировать находками фоссилий, то есть с использованием палеонтологического метода. { Искать следы древней жизни надежнее на территории щитов. Породы докембрия обычно глубоко метаморфизованы, что почти не оставляет шансов на успех. Однако на некоторых фрагментах щитов породы удивительным образом избежали сильного метаморфизма. Например, надсерия Свазиленд (возраст 3, 2 млрд. лет) на юге Африки, некоторые районы Канадского щита (2, 7 млрд. лет) и др. j Древнейшие свидетельства жизни - это молекулярные ископаемые, то есть фрагменты круп­ных органических молекул, входивших когда-то в состав организма. Конечно, невозможно опреде­лить их принадлежность, они отражают сам факт наличия жизни. К таким ископаемым могут, в частности, принадле­жать углистые микроструктуры.

Рис. 34. Древнейшие прокариоты - циано­бионты (сине-зеленые водоросли) - в виде шариков и нитей (увеличено). (По Б.А.Кел­леру, 1948)

| Древнейшими организмами, очевидно, были предста­вители прокариот - бактерии, а также цианобионты, или, как их иногда продолжают называть по старинке, сине-зеле­ные водоросли, хотя это не водоросли и вообще не растения (рис. 34). С растениями цианобионтов сближает наличие хлорофилла. Именно эти организмы впервые начали выде­лять кислород в процессе фотосинтеза. Бактерии и циано­бионты - важнейшие организмы докембрия, имеющие зна­чение для анализа первых этапов развития органического мира. С их жизнедеятельностью связаны формирование кислородной атмосферы, общий круговорот углерода, на­копление карбонатных и железорудных формаций (джеспи­литов), пирита, серы, фосфоритов и др. Фоссилизирован-ные остатки бактерий обнаружены в кремнистых породах возраста 3, 5 млрд. лет, проблематичные находки имеют воз-

раст Около 3, 8 млрд. лет. Примерно такими же возрастными отметками датируются находки циа-нобионтов.

Слизистые нити цианобионтов не могли сохраниться в ископаемом состоянии, однако нахо­дят карбонатные пластинки - следы их жизнедеятельности, - которые называются строматоли­тами. Они бывают пластовой, желваковидной, столбчатой формы. Другая разновидность - ото­литы - представлена небольшими сферическими концентрически-скорлуповатыми образования­ми, возникшими, к примеру, путем обрастания песчинки или небольшого камешка, тогда как стро­матолиты сплошь покрывали какую-либо поверхность. Корочки строматолитов, нарастая друг на друга, формировали карбонатные толщи мощностью сотни метров. Кроме этих двух форм встре­чаются катаграфии - неслоистые узорчатые образования, состоящие из слипшихся комочков.

Первые древнейшие настоящие ископаемые были найдены в формации Ганфлинт на Канадс­ком щите (Онтарио) возраста около 2 млрд. лет. Там были встречены микроостатки разнообразной формы - нитчатые, округлые, с внутренними перегородками. Это свидетельство уже довольно вы­сокой организации жизни.

Остатки микроорганизмов, состоящих из преобразованного фоссилизацией органического кисло­тоустойчивого вещества, округлой формы, сплющенные либо объемные, размером 3-30 мкм - это мик-рофитофоссилии, которые еще называют акритархами. Они являются, скорее всего, остаткам^ од­ноклеточных водорослей. Особенно много их в отложениях позднего докембрия, начиная со сред­него рифея (1400 млн. лет). Примерно в это же время появились многоклеточные водоросли и гри­бы. Приблизительно на рубеже среднего и позднего рифея (1 млрд. лет) - первые многоклеточные животные (рис. 35). Возможно, одновременно с ними появились известковые водоросли.

Рис. 35. Общая стратиграфическая шкала докембрия России и развитие органического мира. Границы геохроноло­гических подразделений даны по датировкам региональных подразделений докембрия России (по Б.С.Соколову, 1977, с изменениями авторов)

Есть все основания полагать, что к венду (~670-680 млн. лет назад) жизнь в море существова­ла в достаточно высокоорганизованных формах и была распространена повсеместно. Находки вендских ископаемых чрезвычайно редки, но не потому, что их было мало, а из-за отсутствия у них скелета или панциря. Ископаемые беспозвоночные вендского возраста впервые были найдены в Южной Австралии, в хр.Флиндерс близ Эдиакары, бассейн Аделаида (рис. 36). Затем подобные

находки были сделаны и на других платформах, в том числе и в России, на берегу Белого моря. Эти удивительные ископаемые были изучены и реконструированы русскими учеными Б.С.Соко­ловым и М.А.Федонкиным. Большая часть организмов представлена кишечнополостными, а так­же кольчатыми червями и членистоногими; присутствуют также формы неясного систематическо­го положения, в частности петалонамы и др. Многие из них имеют весьма крупные размеры. Рас­тения, по-видимому, представлены низшими формами - водорослями, фитопланктоном. Даже по­добные редкие находки свидетельствуют о существовании значительно развитой, разнообразной вендской биоты, которая была бесскелетной и поэтому плохо сохранилась.

Лишь в начале кембрия многие группы животных приобрели способность выделять твердые раковины, панцири, скелеты и т.д., которые сохранялись в ископаемом состоянии гораздо лучше, чем мягкие ткани животных. Причины этого явления не понятны до конца; возможно, такая спо­собность была связана с временным снижением содержания углекислого газа в атмосфере.

 

Рис. 36. Реконструкция фауны Эдиакары (венд, Южная Австралия),

сделанная М. Глесснером и М. Уэйдом (Glaessner, Wade, 1966)

Кишечнополостные: / - Ediacaria flindersi, 2 - Beltanella gilesi, 3 - Medusinites asteroides, 4 - Mawsonites spriggi, 5 - Cyclomedusa davidi, 6 - C. plana, 7 - Conomedusites lobatus, 8 - Rangea longa, 9 - Arborea arborea, 10 - Pteridinium simplex, кольчатые черви: 11 - Spriggina flounderi, 12 - Dickinsonia costata, 13 -D. elongata, 14 - D. tenuis, членистоногие: 15 - Parvancorina minchami, 16 - Praecambridium sigillum, другие организмы: 17 - Tribrachidium heraldicum, 18 - шарообразные студенистые тела

В свете всего изложенного выше об особенностях развития жизни на Земле становится по­нятным смысл используемого иногда термина криптозой (греч. криптос - скрытый, тайный; зоэ - жизнь) - " время скрытой жизни", - который был предложен А.Чедвиком в 1950 г. как синоним докембрия в противовес его же термину (1930) фанерозой (греч. фанерос - явный, зоэ - жизнь), т.е. " время явной жизни". Фанерозойский эон объединяет палеозойскую, мезозойскую и кайно­зойскую эры (греч. палеос - древний, мезос - средний, кайнос - новый, зоэ - жизнь). В последние годы криптозойский эон заменили двумя акронами: архейским или археозойским (греч. архэос древний, зоэ - жизнь) и протерозойским (греч. протерос - первичный, зоэ - жизнь). Видно, что в основу названий всех крупнейших геохронологических подразделений положен единый принцип, основанный на оценке эволюции органического мира.

Глава 6

ДОКЕМБРИЙ. АРХЕЙСКИЙ И ПРОТЕРОЗОЙСКИЙ АКРОНЫ

(АКРОТЕМЫ) - AR + PR

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: