Введение

Распространение морского дна — это процесс, происходящий на срединно-океанических хребтах, где новая океаническая кора формируется в результате вулканической активности и затем постепенно удаляется от хребта.

История исследования

Ранее теории Альфреда Вегенера и Александра дю Туа о дрейфе континентов постулировали, что континенты в движении "прокладывали борозду" сквозь фиксированное и неподвижное морское дно. Идея о том, что морское дно само движется и также уносит с собой континенты, распространяясь от центральной рифтовой зоны, была предложена Гарольдом Хаммондом Хессом из Принстонского университета и Робертом Дицем из Военно-морской электронной лаборатории США в Сан-Диего в 1960-х годах. Это явление сегодня известно как тектоника плит. В местах, где две плиты расходятся, в срединно-океанических хребтах, новое морское дно непрерывно формируется в процессе расширения морского дна.

Значение

Распространение морского дна помогает объяснить дрейф континентов в рамках теории тектоники плит. Когда океанические плиты расходятся, напряжение растяжения вызывает образование трещин в литосфере. Движущей силой для хребтов морского дна является тяга тектонических плит в зонах субдукции, а не давление магмы, хотя на расширяющихся хребтах обычно наблюдается значительная магматическая активность. Плиты, которые не субдуцируются, движутся под действием силы тяжести, скользя вниз с возвышенных срединно-океанических хребтов – этот процесс называется гравитационным скольжением. Наивысшая зарегистрированная скорость превышала 200 мм/год в миоцене на Восточно-Тихоокеанском поднятии. В 1960-х годах было замечено, что прошлые записи геомагнитных переворотов магнитного поля Земли проявляются в виде магнитных "аномалий" на дне океана. Это приводит к образованию отчетливо видимых "полос", по которым можно судить о прошлых полярностях магнитного поля на основе данных, собранных с помощью магнитометра, буксируемого по поверхности моря или с самолета. Полосы по одну сторону от срединно-океанического хребта являются зеркальным отражением полос на другой стороне. Определяя переполяризацию с известным возрастом и измеряя расстояние от этой переполяризации до центра распространения, можно вычислить скорость распространения. В некоторых местах скорости распространения оказываются асимметричными: скорости по обе стороны от хребта различаются примерно на пять процентов. Это связывают с температурными градиентами в астеносфере, вызванными мантийными плюмами вблизи центра распространения. В пределах зоны аккреции коры находится неовулканическая зона шириной 1–2 км, где происходит активный вулканизм.

Начало распространения

В общем случае, распространение морского дна начинается как рифт в континентальной массе, подобно современной системе разломов Восточной Африки и Красного моря. Процесс начинается с нагрева основания континентальной коры, что приводит к увеличению её пластичности и уменьшению плотности. Поскольку менее плотные объекты поднимаются относительно более плотных, нагреваемая область формирует широкий купол (см. изостазию). По мере поднятия коры возникают трещины, которые постепенно расширяются в рифты. Типичная рифтовая система состоит из трех рифтовых рукавов, расположенных под углами примерно 120 градусов. Эти области называются тройными соединениями и встречаются в различных местах по всему миру. Разделенные окраины континентов эволюционируют в пассивные окраины. Теория Гесса заключалась в том, что новое морское дно формируется, когда магма поднимается к поверхности в срединно-океаническом хребте. Если распространение продолжается за начальную стадию, описанную выше, два из рифтовых рукавов будут расширяться, а третий рука прекратит расширение и станет «неудавшимся рифтом» или аулакогеном. По мере расширения двух активных рифтов континентальная кора истончается до предела своей растяжимости. В этот момент между разделившимися континентальными фрагментами начинает формироваться базальтовая океаническая кора и литосфера верхней мантии. Когда один из рифтов открывается в существующий океан, рифтовая система заполняется морской водой и становится новым морем. Красное море является примером нового морского рукава. Считалось, что Восточноафриканский рифт является неудавшимся рукавом, расширяющимся медленнее, чем два других, но в 2005 году Эфиопский геофизический литосферный эксперимент в Афаре сообщил об открытии в регионе Афар в сентябре 2005 года трещины длиной 60 км и шириной до восьми метров. В этот период начального затопления новое море чувствительно к изменениям климата и эустасии. В результате новое море будет несколько раз испаряться (полностью или частично), пока высота рифтовой долины не снизится до уровня, при котором море станет стабильным. В течение этого периода испарения в рифтовой долине будут формироваться крупные отложения эвапоритов. В дальнейшем эти отложения могут служить ловушками для углеводородов и представляют особый интерес для нефтяных геологов. Распространение морского дна может прекратиться в процессе, но если оно продолжится до полного разделения континента, то образуется новый океанический бассейн. Красное море еще не полностью отделило Аравию от Африки, но аналогичная структура, полностью освободившаяся, существует на другой стороне Африки. Южная Америка когда-то занимала территорию дельты Нигера. Река Нигер сформировалась в неудачном рифтовом рукаве тройного соединения.

Продолжение распространения и субдукции

По мере формирования нового морского дна и его удаления от срединно-океанического хребта, оно медленно остывает со временем. Следовательно, старое морское дно холоднее нового, а старые океанические бассейны глубже новых из-за изостазии. Если диаметр Земли остаётся относительно постоянным, несмотря на образование новой коры, должен существовать механизм, посредством которого кора также разрушается. Разрушение океанической коры происходит в зонах субдукции, где океаническая кора погружается под континентальную или другую океаническую кору. В настоящее время Атлантический бассейн активно расширяется в районе Среднеатлантического хребта. Лишь небольшая часть океанической коры, образующейся в Атлантике, подвергается субдукции. Однако плиты, составляющие Тихий океан, испытывают субдукцию вдоль многих своих границ, что вызывает вулканическую активность в так называемом Тихоокеанском огненном кольце. Тихий океан также является местом расположения одного из самых активных в мире центров расширения (Восточно-Тихоокеанский поднятие) со скоростью расширения до 145 ± 4 мм/год между Тихоокеанской и Наска плитами. Среднеатлантический хребет является медленно расширяющимся центром, в то время как Восточно-Тихоокеанский хребет – пример быстрого расширения. Центры расширения с медленной и умеренной скоростью характеризуются рифтовой долиной, а при высоких скоростях в зоне аккреции коры наблюдается осевой хребет. Поскольку новые океанические бассейны мельче старых, общая вместимость океанических бассейнов мира уменьшается в периоды активного расширения морского дна. Во время открытия Атлантического океана уровень моря был настолько высоким, что через Северную Америку от Мексиканского залива до Северного Ледовитого океана образовался Западный внутренний водный путь.

Дебаты и поиск механизма

На Среднеатлантическом хребте (и в других среднеокеанических хребтах) вещество верхней мантии поднимается через разломы между океаническими плитами, формируя новую кору по мере их расхождения, явление, впервые замеченное при наблюдении за дрейфом континентов. Когда Альфред Вегенер впервые представил гипотезу о дрейфе континентов в 1912 году, он предположил, что континенты прокладывают себе путь сквозь океаническую кору. Это было невозможно, поскольку океаническая кора более плотная и жесткая, чем континентальная. Соответственно, теория Вегенера не была воспринята всерьез, особенно в Соединенных Штатах. Первоначально считалось, что движущей силой расхождения являются конвекционные потоки в мантии. Позднее было показано, что движение континентов связано с расширением морского дна теорией тектоники плит, которая приводится в движение конвекцией, охватывающей и саму кору. Это можно представить как аналогию ковра на столе с небольшим трением: когда часть ковра свисает со стола, его вес тянет за собой остальную часть. Однако сам Среднеатлантический хребет не окаймлен плитами, погружающимися в зоны субдукции, за исключением незначительной субдукции в районе Малых Антильских островов и Дуги Скоции. В этом случае плиты расходятся над восходящими потоками мантии в процессе "толкания хребта", или над полупространством мантии в областях, где субдукция незначительна.