Срединно-океанические хребты

Срединно-океанические хребты — это система глобальных подводных горных сооружений, образующих единую цепь на дне Мирового океана и являющихся зонами активного спрединга (разрастания) океанической коры. Они представляют собой наиболее протяжённые тектонические структуры Земли, общая длина которых превышает 70 000 километров. Срединно-океанические хребты являются дивергентными границами литосферных плит, где происходит образование новой океанической коры в результате подъёма магмы из мантии.

Географическое положение и общая характеристика

Срединно-океанические хребты расположены во всех океанах Земли. В Атлантическом океане проходит Срединно-Атлантический хребет, который делит океан на западную и восточную части. В Индийском океане выделяют Центрально-Индийский хребет, Аравийско-Индийский хребет и Австрало-Антарктическое поднятие. В Тихом океане срединные хребты менее выражены из-за наличия обширных зон субдукции; здесь важнейшим элементом является Восточно-Тихоокеанское поднятие. В Северном Ледовитом океане находится хребет Гаккеля, который является самым северным и одним из наименее изученных.

Срединно-океанические хребты поднимаются над окружающим ложем океана на 2–3 километра. Ширина хребтов варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Характерной особенностью их рельефа является наличие рифтовой долины — глубокого (до 1–2 км) и узкого (10–50 км) ущелья, проходящего по гребню хребта. Рифтовая долина является непосредственной зоной спрединга, где происходит раздвижение литосферных плит и излияние базальтовых лав. В хребтах с высокой скоростью спрединга (например, в Восточно-Тихоокеанском поднятии) рифтовая долина может отсутствовать, а гребень хребта иметь более сглаженную форму.

Геологическое строение и процессы

Спрединг и образование коры

Основной процесс, формирующий срединно-океанические хребты — это спрединг (от англ. spreading — расширение). Он заключается в раздвижении двух литосферных плит в противоположные стороны от оси хребта. В образовавшуюся трещину (рифт) поднимается астеносферный материал — частично расплавленная мантия. При декомпрессии (снижении давления) этот материал плавится, образуя базальтовую магму. Магма поступает в магматические камеры, расположенные на глубине 1–3 километра под осью хребта, и затем изливается на дно океана в виде подушечных лав (pillow lavas) или образует дайки (вертикальные трещины, заполненные магмой). Застывая, лава формирует новый участок океанической коры.

Скорость спрединга сильно варьирует: от 1–2 см/год на медленно-спрединговых хребтах (например, Срединно-Атлантический, хребет Гаккеля) до 10–16 см/год на быстро-спрединговых (Восточно-Тихоокеанское поднятие). От скорости спрединга зависят морфология хребта, строение коры и характер вулканизма.

Строение коры

Океаническая кора, образующаяся в срединно-океанических хребтах, имеет относительно простое строение и состоит из трёх основных слоёв:

1. Слой 1 — осадочный: тонкий слой (от 0 до 1 км) осадков, мощность которого увеличивается по мере удаления от оси хребта.
2. Слой 2 — базальтовый: состоит из подушечных лав (верхняя часть) и даек (нижняя часть). Мощность — 1–2 км.
3. Слой 3 — габбровый: сложен габбро — интрузивной (глубинной) магматической породой, кристаллизовавшейся в магматических камерах. Мощность — 4–6 км.

Под корой залегает верхняя мантия, сложенная перидотитами.

Гидротермальная активность

Срединно-океанические хребты являются зонами интенсивной гидротермальной активности. Морская вода проникает в трещины океанической коры, нагревается до высоких температур (300–400 °C) под воздействием горячих пород вблизи магматических камер, химически взаимодействует с ними и выходит обратно на дно в виде горячих растворов. Эти выходы образуют гидротермальные источники, или «чёрные курильщики». Они выбрасывают струи горячей воды, насыщенной растворёнными металлами (железо, марганец, цинк, медь) и сероводородом. При контакте с холодной океанической водой металлы осаждаются, образуя характерные конусообразные постройки высотой до десятков метров. Гидротермальные поля являются уникальными экосистемами, где жизнь существует за счёт хемосинтеза, а не фотосинтеза.

Биология

Несмотря на экстремальные условия (высокое давление, полное отсутствие света, высокая температура и токсичные химические соединения), зоны срединно-океанических хребтов являются очагами уникальной жизни. Основу пищевой цепи составляют хемосинтезирующие бактерии и археи, которые окисляют сероводород и другие соединения, выделяемые гидротермальными источниками, получая энергию для синтеза органических веществ.

Вокруг «чёрных курильщиков» формируются сообщества, включающие:

• Гигантские трубчатые черви (погонофоры) — длиной до 2–3 метров, не имеющие рта и кишечника; питаются за счёт симбиотических бактерий, живущих в их тканях.
• Двустворчатые моллюски (калиптогены, батимодиолусы) — также вступают в симбиоз с хемосинтезирующими бактериями.
• Ракообразные (галатеиды, бокоплавы, крабы) — хищники и падальщики.
• Рыбы (липарисы, зоарциды) — обитают вблизи источников.
• Актинии, голотурии, полихеты.

Эти экосистемы отличаются высокой биомассой, но низким видовым разнообразием. Они изолированы от поверхности океана и существуют полностью за счёт геохимической энергии недр Земли.

История изучения

Долгое время считалось, что дно океана представляет собой плоскую, однообразную равнину. Первые намёки на существование подводных гор появились в XIX веке при прокладке трансатлантических телеграфных кабелей. В 1872–1876 годах экспедиция на британском корабле «Челленджер» (первая океанографическая экспедиция) провела промеры глубин и обнаружила поднятие в центральной части Атлантического океана.

Систематическое изучение началось в середине XX века. В 1950-х годах американские и советские учёные с помощью эхолотов выявили глобальный характер системы срединно-океанических хребтов. В 1960-х годах была сформулирована теория тектоники плит, в которой срединно-океанические хребты заняли центральное место как зоны спрединга. Важнейшую роль сыграли открытия палеомагнитных аномалий на дне океана, которые симметрично располагались относительно оси хребтов, что стало прямым доказательством разрастания океанической коры.

В 1977 году в ходе экспедиции на подводном аппарате «Алвин» (США) к Галапагосскому рифту (Восточно-Тихоокеанское поднятие) были впервые непосредственно обнаружены и изучены гидротермальные источники и их уникальные экосистемы. Это открытие произвело революцию в биологии и геологии. С тех пор срединно-океанические хребты активно исследуются с помощью глубоководных обитаемых аппаратов, дистанционно управляемых роботов (ROV) и автономных подводных аппаратов (AUV).

Значение и влияние

Срединно-океанические хребты играют фундаментальную роль в глобальных геологических и геохимических циклах Земли:

• Формирование литосферы: они являются главным «заводом» по производству океанической коры. Ежегодно здесь образуется около 3–4 км² новой коры.
• Теплообмен: через хребты осуществляется значительная часть теплового потока из недр Земли в океан.
• Геохимический цикл: гидротермальные системы хребтов являются важнейшим механизмом обмена химическими элементами между океаном и мантией. Они удаляют из воды магний и сульфаты, добавляют в неё кальций, калий, кремний и многие металлы.
• Сейсмичность: срединно-океанические хребты являются зонами постоянной, но, как правило, слабой сейсмической активности (землетрясения с магнитудой обычно не более 5–6). Эпицентры приурочены к оси рифтовой долины.
• Вулканизм: подводные извержения базальтовой лавы происходят вдоль осей хребтов постоянно, но редко фиксируются на поверхности. Иногда, при особенно мощных излияниях, могут образовываться вулканические острова (например, Исландия, которая расположена на Срединно-Атлантическом хребте).

Исследования в России

Российская наука внесла значительный вклад в изучение срединно-океанических хребтов. В советский период были организованы многочисленные экспедиции на научно-исследовательских судах («Витязь», «Академик Мстислав Келдыш», «Дмитрий Менделеев» и др.). Российские учёные активно изучали хребты в Атлантическом, Индийском и Северном Ледовитом океанах. Особое внимание уделялось хребту Гаккеля, который является наименее изученным из-за сложных ледовых условий. В 2007 году российская экспедиция «Арктика-2007» с помощью глубоководных аппаратов «Мир» впервые достигла дна в районе хребта Гаккеля в точке Северного полюса, проведя там геологические и биологические исследования. В настоящее время российские океанологи продолжают исследования гидротермальных полей, вулканизма и биоты срединно-океанических хребтов, в том числе в рамках программ Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.

Источники

1. Кеннетт Дж. П. Морская геология. В 2-х томах. — М.: Мир, 1987.
2. Лисцын А. П. Процессы океанской седиментации. — М.: Наука, 1978.
3. Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. Глобальная эволюция Земли. — М.: Изд-во МГУ, 1991.
4. Хаин В. Е., Ломизе М. Г. Геотектоника с основами геодинамики. — М.: Изд-во МГУ, 2005.
5. Van Dover C. L. The Ecology of Deep-Sea Hydrothermal Vents. — Princeton University Press, 2000.
6. Kearey P., Vine F. J. Global Tectonics. — Blackwell Science, 1996.