Спрединг

Спрединг (от англ. spreading — «распространение», «размазывание») — это процесс растяжения и утонения литосферы в зонах дивергентных границ плит, сопровождающийся внедрением мантийного вещества и формированием новой океанической коры. Спрединг является ключевым механизмом тектоники плит, обеспечивающим расширение океанического дна и образование срединно-океанических хребтов.

История открытия и развития концепции

Предпосылки и гипотеза Вегенера

В начале XX века немецкий геофизик Альфред Вегенер выдвинул гипотезу дрейфа материков, предположив, что континенты перемещаются по поверхности Земли. Однако Вегенер не смог предложить убедительного механизма, объясняющего движение. Его идеи были отвергнуты большинством геологов того времени.

Открытие спрединга в 1960-х годах

В 1960-х годах, с развитием методов морской геофизики, были получены данные, подтвердившие существование спрединга. Ключевую роль сыграли исследования магнитных аномалий океанического дна. Американские геологи Гарри Гесс и Роберт Дитц независимо друг от друга сформулировали концепцию спрединга океанического дна. Гесс в 1962 году опубликовал работу «История океанических бассейнов», в которой предположил, что океаническая кора образуется в срединно-океанических хребтах и затем движется в стороны, уступая место новому материалу.

Подтверждение палеомагнитными данными

В 1963 году Фред Вайн и Драммонд Мэтьюз из Кембриджского университета предложили модель, объясняющую симметричные полосовые магнитные аномалии по обе стороны от срединно-океанических хребтов. Они показали, что эти аномалии отражают периодические инверсии магнитного поля Земли, записанные в базальтах океанической коры в процессе её образования. Это стало прямым доказательством спрединга.

Механизм спрединга

Тектоническая обстановка

Спрединг происходит на дивергентных границах литосферных плит, где две плиты расходятся в противоположные стороны. Основными зонами спрединга являются срединно-океанические хребты — подводные горные цепи, протянувшиеся на десятки тысяч километров через все океаны Земли. Наиболее протяжённым является Срединно-Атлантический хребет.

Физические процессы

Механизм спрединга включает несколько этапов:

1. Растяжение литосферы: под действием мантийной конвекции или сил, связанных с погружением плит в зонах субдукции, литосфера испытывает растягивающие напряжения.
2. Образование трещин и разломов: в зоне растяжения формируются трещины, по которым происходит декомпрессионное плавление мантийного вещества (перидотитов).
3. Внедрение магмы: расплавленная магма (базальтового состава) поднимается по трещинам и изливается на дно океана, образуя подушечные лавы и дайки.
4. Формирование коры: застывшая магма образует новый слой океанической коры, который постепенно охлаждается и наращивается в стороны от оси хребта.

Скорость спрединга

Скорость спрединга варьируется в зависимости от региона и составляет от 1–2 см/год (медленный спрединг, например, в Срединно-Атлантическом хребте) до 10–15 см/год (быстрый спрединг, например, в Восточно-Тихоокеанском поднятии). Скорость определяет морфологию хребта: при медленном спрединге формируется глубокий рифтовый разлом, при быстром — более пологий рельеф.

Геологические проявления и продукты спрединга

Строение океанической коры

В результате спрединга формируется типичный разрез океанической коры (офиолитовая ассоциация), включающий сверху вниз:

• Осадочный слой: пелагические осадки (глины, известняки, кремни).
• Базальтовый слой: подушечные лавы и потоки базальтов.
• Дайковый комплекс: вертикальные дайки долеритов, внедрённые в кору.
• Габбро: интрузивные породы, застывшие в камере магмы.
• Мантийные перидотиты: серпентинизированные ультраосновные породы.

Гидротермальная активность

В зонах спрединга широко развита гидротермальная деятельность. Морская вода проникает в трещины коры, нагревается за счёт тепла магмы и выходит на поверхность в виде «чёрных курильщиков» — горячих источников, обогащённых сульфидами металлов (железа, цинка, меди). Эти системы образуют уникальные экосистемы, основанные на хемосинтезе.

Сейсмичность и вулканизм

Спрединг сопровождается частыми, но обычно слабыми землетрясениями (магнитудой до 5–6) вдоль оси хребта. Вулканическая активность проявляется в виде излияний базальтовой лавы, иногда с образованием подводных вулканов.

Типы спрединга

Быстрый и медленный спрединг

Различают два основных типа спрединга по скорости:

• Медленный спрединг (1–4 см/год): характерен для Срединно-Атлантического хребта, Индийского океана. Хребты имеют глубокий рифтовый разлом (до 2–3 км), широкую долину и редкую вулканическую активность.
• Быстрый спрединг (5–15 см/год): характерен для Восточно-Тихоокеанского поднятия. Хребты имеют пологий рельеф, отсутствие выраженного рифта, частые извержения и более мощную кору.

Спрединг в задуговых бассейнах

Помимо океанических хребтов, спрединг может происходить в задуговых бассейнах — зонах растяжения за островными дугами (например, в бассейне Лау, Марианском задуговом бассейне). Этот тип спрединга отличается более сложным составом магмы и меньшей скоростью.

Значение спрединга для геологии

Эволюция океанов и континентов

Спрединг является основным процессом, обеспечивающим рост океанической коры и расширение океанических бассейнов. Он также участвует в расколе континентов: например, раскол Пангеи в мезозое привёл к образованию Атлантического океана за счёт спрединга вдоль Срединно-Атлантического хребта.

Цикл Уилсона

Спрединг является частью цикла Уилсона — геодинамического цикла, описывающего открытие и закрытие океанов. Цикл включает: раскол континента, спрединг, образование океана, субдукцию, коллизию и образование нового континента.

Влияние на климат и биосферу

Спрединг влияет на глобальный климат через выделение вулканических газов (CO₂, SO₂) и изменение рельефа дна океана. Гидротермальные системы зон спрединга поддерживают уникальные экосистемы, не зависящие от солнечного света, что имеет значение для понимания происхождения жизни на Земле.

Исследования и методы изучения

Морские геофизические методы

Для изучения спрединга используются:

• Сейсмическое профилирование: позволяет определить структуру коры и мощность осадочного чехла.
• Магнитная съёмка: выявляет полосовые аномалии, датирующие возраст коры.
• Гравиметрическая съёмка: определяет плотность пород и глубину магматических камер.
• Батиметрическая съёмка: создаёт карты рельефа дна с высоким разрешением.

Бурение океанического дна

Программа глубоководного бурения (ODP, IODP) позволила получить образцы пород из зон спрединга, подтвердив модели строения коры и состава магмы.

Наблюдения с подводных аппаратов

Пилотируемые и беспилотные подводные аппараты (например, «Мир», «Алювин») используются для прямого наблюдения гидротермальных полей, вулканической активности и отбора проб.

Спрединг в России и на акваториях, прилегающих к России

В акваториях, прилегающих к России, спрединг наблюдается в ограниченных масштабах. Основные зоны:

• Срединно-Арктический хребет (хребет Гаккеля): медленный спрединг (около 1 см/год) в Северном Ледовитом океане. Хребет является продолжением Срединно-Атлантического хребта и имеет слабую вулканическую активность.
• Курильская островная дуга: задуговой спрединг в бассейне Охотского моря (например, впадина Дерюгина) имеет локальный характер и связан с растяжением коры.
• Байкальская рифтовая зона: континентальный рифтинг, который может рассматриваться как начальная стадия спрединга, хотя до образования океанической коры здесь ещё далеко. Скорость растяжения составляет около 4 мм/год.

Критика и альтернативные гипотезы

Концепция спрединга является общепринятой в современной геологии, но в прошлом существовали альтернативные гипотезы, такие как гипотеза расширяющейся Земли или гипотеза фиксизма. В настоящее время они не имеют серьёзной научной поддержки. Некоторые исследователи обсуждают роль плюмов (мантийных струй) в ускорении или замедлении спрединга, но это не отрицает самого процесса.

Источники

• Гесс, Г. Х. (1962). История океанических бассейнов. В кн.: Петрология океанической коры.
• Вайн, Ф. Дж., Мэтьюз, Д. Х. (1963). Магнитные аномалии над океаническими хребтами. Nature.
• Кеннет, Дж. П. (1982). Морская геология. Prentice-Hall.
• Хаин, В. Е., Ломизе, М. Г. (2005). Геотектоника с основами геодинамики. М.: КДУ.
• Тектоника плит: современное состояние и перспективы. (2018). Под ред. Ю. М. Пущаровского. М.: ГЕОС.