Кіріспе

Базальтты су асты тау жүйесі тектоникалық тақталардың таралуымен қалыптасады. Орта мұхит қырқасы (OMQ) – тектоникалық тақталардың әрекетінен пайда болған теңіз түбінің тау жүйесі. Оның тереңдігі шамамен 2600 метрді құрайды және мұхит алабының ең терең бөлігінен 2000-5000 метрге дейін көтеріледі. Осы ерекшелікте теңіз түбінің таралуы дивергентті тақта шекарасы бойында жүзеге асады. Теңіз түбінің таралу жылдамдығы орта мұхит қырқасының жотасының морфологиясын және мұхит алабындағы енін анықтайды. Жаңа теңіз түбінің және мұхит литосферасының пайда болуы пластиналардың бөлінуіне жауап ретінде мантияның көтерілуінен туындайды. Еріген масса магма ретінде бөлінетін пластиналар арасындағы сызықтық әлсіздіктер арқылы көтеріледі және лава ретінде шығып, салқындағанда жаңа мұхит қабығы мен литосфераны құрайды. Алғаш ашылған орта мұхит қырқасы – Солтүстік және Оңтүстік Атлантика бассейндерін екіге бөліп тұратын Атлантика орталық қырқасы, содан-ақ «орта мұхит қырқасы» деген атаудың шығуы осыдан бастау алады. Көптеген мұхиттық таралу орталықтары өздерін қоршаған мұхит алабының ортасында орналаспаса да, дәстүрлі түрде орта мұхит қырқалары деп аталады. Жер шарындағы орта мұхит қырқалары тектоникалық тақта шекараларымен байланысты, ал қырқалардың мұхит түбіндегі іздері бейсбол доптарының тігісіне ұқсас көрінеді. Осылайша, орта мұхит қырқалары жүйесі Жердегі ең ұзын тау тізбегі болып табылады, оның ұзындығы шамамен 65 000 километрге жетеді.

Жалпы жүйе

Дүниежүзілік мұхит қырқалары өзара байланысып, Мұхит қырқасын құрайды – бұл әрбір мұхиттың бір бөлігі болып табылатын, жалғыз ғаламдық мұхит қырқасы жүйесі және әлемдегі ең ұзын тау тізбегі. Бұл үздірілмейтін тау тізбегінің ұзындығы ұзын (Анды тауларынан бірнеше есе ұзын, құрлықтағы ең ұзын тау тізбегі), ал мұхит қырқалары жүйесінің жалпы ұзындығы ұзын.

Морфология

Орта мұхит қырқасындағы таралу орталығында теңіз түбінің тереңдігі шамамен мантияның жарты кеңістігіне тең. Жақсы жуықтау - мұхит ортасындағы кең таралған қырқадағы теңіз түбінің тереңдігі теңіз түбінің жасының квадрат түбіріне пропорционалды. Таралу жылдамдығы шамамен 10–200 мм/жыл аралығында. Орта Атлант қырқасы сияқты баяу таралатын қырқалар, Шығыс Тынық мұхитының өрлеуі (еңіс профиль) сияқты жылдам қырқалармен салыстырғанда, бірдей уақыт ішінде аз таралған (тік профильді көрсетеді) және одан кейінгі салқындау мен батиметриялық тереңдеуге ұшырайды. Керісінше, жылдам таралатын қырқалар (90 мм/жылдан жоғары), мысалы, Шығыс Тынық мұхитының өрлеуінде жарылыс аңғарлары жоқ. Солтүстік Атлант мұхитының таралу жылдамдығы ~ 25 мм/жыл, ал Тынық мұхиты аймағында 80–145 мм/жылды құрайды. Ең жоғары белгілі жылдамдық – Миоцен дәуірінде Шығыс Тынық мұхитының өрлеуінде 200 мм/жылдан астам. 20 мм/жылдан төмен жылдамдықпен таралатын қырқалар ультрабаяу таралатын қырқалар деп аталады. Остің тереңдігі жүйелі түрде өзгереді, трансформациялық жарылымдар және ості сегменттерге бөлетін жайылу орталықтары арасындағы тереңдіктер төмендейді. Остің бойындағы әртүрлі тереңдіктерге бір гипотеза – таралу орталығына магманың жеткізілуіндегі өзгерістер.

Жанартаулық

Орта мұхит қырқалары белсенді вулканизм және сейсмикалық белсенділікті көрсетеді. Изоентроптық жоғары көтерілген қатты мантия материалы солидус температурасынан асып, балқиды. Кристалданып қалған магма базальттың жаңа қабығын құрайды, ол орта мұхит қыртысының базальты ретінде белгілі, және оның астындағы төменгі мұхит қабығында габбро түзеді. Орта мұхит қырқасы базальты толеиттік базальт болып табылады және оның құрамында қиын элементтер аз. Магмалық және вулканизмдық жылумен қамтамасыз етілетін гидротермальдық қайнарлар мұхиттың таралу орталықтарында кең таралған. Биік қырқалардың ерекшелігі – олардың салыстырмалы түрде жоғары жылу ағыны, шамамен 1–10 мкал/см² немесе 0,04–0,4 Вт/м². Мұхит бассейндеріндегі қабықтың көп бөлігі 200 миллион жылдан кем, яғни Жердің 4,54 миллиард жылдық жасынан әлдеқайда жас. Бұл факт субдукция кезінде литосфераның Жер мантиясына қайта сіңу процесін көрсетеді. Мұхит қабығы мен литосфера қырқа осінен алшақтаған сайын, астыңғы мантия литосферасындағы перидотит салқындап, беріктейді. Жер қабығы және оның астындағы салыстырмалы түрде берік перидотит мұхиттық литосфераны құрайды, ол аз қатаң және тұтқыр астеносфераның үстінде орналасқан. "Қырқа итеру" – ыстық астеносферадан жоғары көтерілген мұхит плитасының гравитациялық сырғанауы, осылайша плитаның төмен қарай сырғанауына себеп болатын дене күшін тудырады. "Плита тартуда" субдукция аймағында төмен тартылып жатқан тектоникалық плитаның салмағы, плитаның қалған бөлігін артынан сүйреп әкеледі. Плита тарту механизмі қырқа итеруге қарағанда маңыздырақ фактор болып саналады. Бұрын пластиналардың қозғалысына және орта мұхит қырқаларында жаңа мұхит қабығының қалыптасуына ықпал ететін процесс – терең конвекция нәтижесінде пайда болатын "мантия конвейері" (суретті қараңыз). Алайда, кейбір зерттеулер жоғарғы мантияның (астеносфера) тектоникалық плитаны тарту үшін жеткілікті үйкеліс тудыратын тым пластикалық (икемді) екенін көрсетті. Сонымен қатар, мұхит қырқаларының астында магманың пайда болуына себеп болатын мантияның көтерілуі оның жоғарғы 400 км (250 миль) ғана қамтиды, бұл сейсмикалық томография және жоғарғы мантиядағы сейсмикалық үзілістің 400 км (250 миль) тереңдікте байқалуынан анықталды. Екінші жағынан, Солтүстік Америка және Оңтүстік Америка плиталары сияқты әлемдегі ең ірі тектоникалық плиталардың кейбіреулері қозғалып тұрса да, олар Кіші Антиль аркасы және Скотия аркасы сияқты шектеулі аймақтарда ғана субдукцияланады, бұл осы плиталарға қырқаның дене күшінің әсер ететінін көрсетеді. Плиталар мен мантия қозғалысының компьютерлік модельдеуі плита қозғалысы мен мантия конвекциясының байланыссыз екенін, ал плитаның негізгі қозғаушы күші – плита тарту екенін көрсетеді.

Әлемдік теңіз деңгейіне әсері

Теңіз түбінің кеңею қарқынының артуы (яғни, орта мұхит қыртысының кеңею қарқыны) өте ұзақ уақыт аралығында (миллиондаған жылдар) жаһандық (эустатикалық) теңіз деңгейінің көтерілуіне себеп болды. Теңіз түбінің кеңеюі орта мұхит қырқасының кеңейіп, орташа тереңдігі азайған, кең қырқаны құруына және мұхит алабында көбірек орын алуына әкеледі. Бұл үстіндегі мұхитты ығыстырып, теңіз деңгейінің көтерілуіне жағдай жасайды. Алайда, өте ұзақ уақыт аралығында бұл мұхит бассейндерінің көлеміндегі өзгерістердің нәтижесі болып табылады, ал олардың өзі орта мұхит қырқаларындағы теңіз түбінің кеңею қарқынына байланысты. Кредит кезеңіндегі (144–65 млн жыл бұрын) теңіз деңгейінің 100-170 метрге жоғары болуына ықпал ететін факторлардың бірі тақталық тектоника болып табылады, себебі жылулық кеңею және мұз қабаттарының болмауы теңіз деңгейінің артуының бір бөлігін ғана түсіндіреді.

Теңіз суының химиясына және карбонат жинақталуына әсері

Теңіз түбінің ортаңғы мұхит жоталарында таралу – бұл жаһандық масштабтағы ион алмасу жүйесі. Таралу орталықтарындағы гидротермальдық шығарулар темір, күкірт, марганец, кремний және басқа элементтердің әртүрлі мөлшерін мұхитқа енгізеді, олардың бір бөлігі мұхит қабығына қайта сіңіріледі. Мантиядан шығатын вулканизммен бірге болатын гелий-3 изотопы гидротермальдық шығарулар арқылы бөлінеді және мұхит ішіндегі қаусырмаларда анықталуы мүмкін. Жылдам таралу жылдамдығы ортаңғы мұхит жотасын кеңейтеді, нәтижесінде базальттың теңіз суымен әрекеттесуі жеделдеп өтеді. Магний/кальций қатынасы төмендейді, себебі теңіз суынан көбірек магний иондары алынып, тау жыныстарымен сіңіріледі, ал тау жыныстарынан көбірек кальций иондары алынып, теңіз суына шығарылады. Жотаның үстіңгі бөлігіндегі гидротермальдық белсенділік магнийді тиімді түрде шығарып тастайды. Төмен Mg/Ca қатынасы кальций карбонатының төмен магнийлі кальцит полиморфтарының (кальцитті теңіздер) шөгуіне жағдай жасайды. Ортаңғы мұхит жоталарындағы баяу таралу кері әсер етеді және кальций карбонатының арагонит және жоғары магнийлі кальцит полиморфтарының (арагонит теңіздері) шөгуіне қолайлы жағдай жасайтын жоғары Mg/Ca қатынасына әкеледі. Яғни, организмнің қаңқасындағы Mg/Ca қатынасы, оның өскен теңіз суының Mg/Ca қатынасына байланысты өзгереді. Рифтер мен шөгінді түзілетін организмдердің минералогиясы осылайша ортаңғы мұхит жотасында жүретін химиялық реакциялармен реттеледі, олардың жылдамдығы теңіз түбінің таралу жылдамдығымен бақыланады. Мұхит зерттеушілері Мэтью Фонтейн Мори мен Чарльз Уайвилл Томсон теңіз түбіне түсірілген сызықтардың өлшемдерін талдады және Атлант мұхитының солтүстіктен оңтүстікке дейін созылған теңіз түбіндегі айқын көтерілісті анықтады. ХХ ғасырдың басында сонарлық эхо-сондаторлар осыны растады. Бірақ, екінші дүниежүзілік соғыстан кейін, мұхит түбінің егжей-тегжейлі зерттелгеннен соң ғана ортаңғы мұхит жоталарының толық көлемі белгілі болды. Колумбия университетінің Ламонт-Дохерти Жер обсерваториясының кемесі "Vema" Атлант мұхитын кезіп, теңіз түбінің тереңдігі туралы эхо-сондар деректерін жазды. Мари Тарп пен Брюс Хизен басқарылған команда Атлант мұхитының ортасынан өтетін, үстінде рифтік аңғары бар алып тау тізбегі бар екенін анықтады. Ғалымдар оны "Атлант мұхитының орталық жотасы" деп атады. Басқа зерттеулер жотаның үстіңгі бөлігі сейсмикалық белсенді екенін және рифтік аңғардан жаңа лава табылдынын көрсетті. Сонымен қатар, мұхит қабығының жылу ағыны Атлант мұхитының басқа жерлеріне қарағанда жоғары болды. Алғашында жота Атлант мұхитының ерекшелігі деп есептелді. Алайда, мұхит түбін зерттеу әлем бойынша жалғасқанда, әрбір мұхитта ортаңғы мұхит жоталарының бөліктері бар екені анықталды. Неміс "Meteor" экспедициясы ХХ ғасырдың басында Оңтүстік Атлант мұхитынан Үнді мұхитына дейін ортаңғы мұхит жотасын қадағалады. Бұл жота жүйесінің алғашқы ашылған бөлігі Атлант мұхитының ортасынан төмен қарай созылса да, ортаңғы мұхит жоталарының көпшілігі басқа мұхит алаптарының ортасынан алыс орналасқандығы анықталды. Алайда, Вегенер бұл байқауды кейінгі еңбектерінде жалғастырмады және оның теориясы геологтар тарапынан жоққа шығарылды, себебі материктердің мұхит қабығы арқылы қалай жылғанын түсіндіруге механизм болмады, және теория көбінесе ұмытылды. 1950 жылдары әлемдегі ортаңғы мұхит жотасының кеңістігі ашылғаннан кейін, геологтар жаңа міндетке тап болды: мұндай алып геологиялық құрылым қалай пайда болғанын түсіндіру. 1960 жылдары геологтар теңіз түбінің таралуының механизмдерін анықтап, ұсыныс жасай бастады. Ортаңғы мұхит жоталарының ашылуы және теңіз түбінің таралу процесі Вегенердің теориясын кеңейтуге мүмкіндік берді, сондықтан мұхит қабығының және материктердің қозғалысы да қамтылды. Плиталар тектоникасы теңіз түбінің таралуына қолайлы түсінік болды, ал геологтардың көпшілігі плиталар тектоникасын қабылдауы геологиялық ойлаудың негізгі парадигмалық өзгерісіне әкелді. Жердің ортаңғы мұхит жоталары бойымен жыл сайын осы процесс арқылы жаңа теңіз түбінің пайда болатыны болжанып отыр. Қабықтың қалыңдығы ескерілгенде, бұл жыл сайын шамамен жаңа мұхит қабығының пайда болуына тең келеді.