Вулканизм океанических рифтовых зон (исландский тип).
В середине нашего столетия геологическая наука вступила в революционную стадию своего развития. Бурный процесс в исследовательской технике, прежде всего, в геофизической и океанографической позволил вовлечь в геологические исследования огромные, занимающие 70% поверхности Земли, пространства океанического дна, вследствие чего геология приобрела подлинно глобальный статус.
Сенсацией рубежа 50-х- 60-х годов явилось открытие срединно-океанических хребтов, проходящих через все океаны и замыкающихся в единую систему протяженностью около 70 тыс. км.
Детальные геоморфологические исследования показали, что в осевых частях хребтов располагаются рифтовые долины - ступенчатые депрессии глубиной 2-3 км и шириной 20-50 км, уменьшающейся в нижней части долины до нескольких сотен метров.
Первая рифтовая долина была открыта сотрудником Ламонтской геологической обсерватории Колумбийского университета Брюсом Хейзеном. Он же в 1969 г. высказал свою идею о разъединении океанической коры и формирования новой коры из потоков лавы, внедряющейся в рифтовые долины. Первые образцы свежих вулканических пород Срединно-Атлантического хребта были подняты в 1961 г. научно-исследовательским судном «Чейн» Вудсхолдского океанографического института. Принимая во внимание высокую сейсмичность рифтовых долин (90% подводных землетрясений «нанизано» на оси срединно-океанографических хребтов), а также повышенной на порядок тепловой поток этих зон, Роберт Дитц (1961) и Гарри Хесс (1962) разработали и обобщили теорию раздвигания (спрединга) океанического дна, явившуюся впоследствии основным постулатов новой глобальной тектоники.
Сложные, во многом непонятные конвективные перемещения в мантии приводят к поступлению материала астеносферы в области срединно-океанических хребтов, вызывая раздвижение литосферных плит (причинно-следственные отношения в этой схеме являются в настоящее время предметом острых дискуссий). Выплавленная из мантийного вещества толеитовая (базальтовая с низким содержанием щелочей) магма внедряется между расходящимися плитами и, застывая, образует новый клинообразный блок земной коры. Дальнейшее расхождение плит приводит к разделению этого блока вновь открывшейся трещиной на две части, внедрению между ними и излиянию на поверхность дна новой порции расплава
Таким образом, происходит наращивание океанической литосферы путем образования новых симметрично расположенных относительно осевой части рифта полосовидных блоков. В результате по мере удаления от рифтовой долины закономерно увеличивается и возрастные границы располагаются не горизонтально, как происходит на континентах, а вертикально.
Дальнейшие исследования выявили новые особенности в строении рифтовых зон океанов. В 1965 г. канадский геофизик Дж.Т. Уилсон обнаружил трансформные разломы, смещающие рифтовые долины на значительные (до 100 км) расстояния. Механизм образования этих структур необычен: по трансформным разломам спрединг, идущий в противоположных направлениях, «растаскивает» соседние участки срединно-океанического хребта, вызывая сейсмическую активность и интенсивный вулканизм.
Собственно геологическое изучение срединно-океанических хребтов развернулось с 1966 г. по «Программе проекта глубоководного бурения», разработанной Институтом океанографии Скриппса (США), согласно которой с 1968 г. по 1983 г. специальное буровое судно «Гломар Челленджер» пробурило около 700 скважин. В 1985 г. ему на смену пришло более совершенное буровое судно «Джойдес резоллюшн».
Полученная в результате этих работ информация позволяет сделать вывод о значительных, ранее не отмечавшихся, вертикальных перемещениях плит в рифтах. Выяснилось также, что наращивание океанического дна происходит прерывисто в пространстве и во времени.
Как классический пример океанического рифтового вулканизм, проявляющегося в надводной форме, рассмотрим трещинные толеитовые излияния о. Исландия.
Исландия лежит непосредственно на оси рифта, разбивающего остров веерообразно расходящейся к юго-западу зоной интенсивного вулканизма. Это обстоятельство превращает Исландию в уникальный геодинамический полигон. Обе половины острова «разъезжаются» друг от друга со средней скоростью 3 см в год - одна с Северо-Американской плитой к западу, другая с Евразиатской плитой к востоку. Периодически освобождающееся пространство между плитами заполняется лавой и пирокластическим материалом, которых только в историческое время извергалось более 40 кубических километров. Ровно через 100 лет после того, как в 830 г. остров был впервые заселен ирландскими монахами, произошло излияние 9 кубических километров базальтов из трещин Эльдгья длиной 30 км. Еще более крупным было извержение трещины Лаки в 1783 г., явившееся для Исландии национальной катастрофой. После сильного землетрясения последовала серия мощных взрывов, освобождающих лавовые каналы от закупорившей их породы. Выброшенный пепел достиг побережья Норвегии. Истечение лавы началось одновременно из 22 отверстий. Переливаясь через хребты, она заполнила собой речные долины, перемещаясь по ним на значительном расстоянии. Это извержение вызвало гибель одной пятой населения Исландии. Объем излившейся лавы составил 12 кубических километров.
Опираясь на идею спрединга как на основную рабочую гипотезу при изучении эволюции Мирового океана, мы тем самым обязаны признать исключительное положение данного типа вулканизма. Именно он явился поставщиком материала для формирования базальтового слоя всей океанической геосферы, объем которого более 1,5 млрд. кубических километров.
3. Вулканизм океанических плит (гавайский тип)
Особенности океанического внутриплитного вулканизма наиболее ярко проявляются на примере Гавайских островов, открытых Джеймсом Куком в 1778 г. Они являются вершинами единого вулканического хребта, состоящего из 200 вулканов. Этот хребет протягивается по Императорско-Гавайской разломной зоне на 3500 км. На крайнем юго-востоке хребта находится о. Гавайи - самый большой по площади и единственный остров с действующими вулканами. К северо-западу от него следуют, закономерно уменьшаясь по размеру, 7 крупных островов и ряд мелких островков, рифов и банок. В этом же направлении прослеживается интересная закономерность развития коралловых сооружений.
Американский геолог Джеймс Дэна во время экспедиции 1838-1842 гг. по Тихому океану предложил следующую схему развития Гавайских островов. Вдоль протяженной разломной зоны формировались подводные вулканы, растущие за счет излияния лавы. Поднявшись над уровнем моря, они попадали в зону интенсивной эрозии. Если допустить медленное перемещение центра активного вулканизма к юго-востоку, то по мере прекращения лавовых излияний очередной остров начинал разрушаться и одновременно проседать вместе с корой под действием сил изостатического выравнивания, проходя последовательно указанные стадии, и превращался в гайот.
Позднее были получены данные абсолютного возраста вулканических построек, согласующиеся с изложенными взглядами, млн. лет; о. Мауи - 1,3; о. Оаху - 3,4; о. Кауаи - 5,6; о. Нихоа - 7; о. Некер - 10; о. Френч-Фригит-Шол - 12; о. Мидуэй - 18. В области сочленения Гавайского и Императорского хребтов возраст достигает 43 млн. лет, а в северной части Императорского хребта больше 68 млн. лет. Механизм подобной миграции вулканического центра не находил удовлетворительного объяснения.
В 1973 г. Дж.Т. Уилсоном был введен термин «горячая точка». Он предположил следующее. Из верхней мантии, или даже от границы мантия-ядро, поднимаются столбообразные конвективные струи разогретого вещества. В области проекции такого стационарного «столба» на поверхность океаническая литосфера проплавляется и возникает вулканический остров, интенсивно изливающий лаву. Этот остров вместе с литосферной плитой медленно движется от зоны спрединга, постепенно «сползая» с «горячей точки». На нем прекращается активный вулканизм, разрастаются коралловые постройки. Тем временем над «горячей точкой» закладывается и развивается новый вулканический аппарат.
Фактические масштабы океанического внутриплитного вулканизма остаются завуалированными, поскольку преобладающее количество вулканических построек скрыто под водой. По некоторым оценкам их число может составлять 20 000.