Почему рвутся подводные кабели

19 ноября 1929 г. произошло экстраординарное событие: в течение короткого времени между Северной Америкой и Европой прекратилась телефонная и телеграфная связь. Она обеспечивалась системой подводных кабелей, трассы которых пролегали через континентальный склон в районе Большой Ньюфаундлендской банки. Проведенное обследование показало, что кабели были порваны. Поскольку одновременно с нарушением связи сейсмические станции на континенте зафиксировали в этом районе небольшое землетрясение, всю ответственность за случившееся возложили на него. Однако вскоре выявилась любопытная подробность: связь по различным каналам прекратилась не одновременно, а с интервалами, причем первыми были порваны кабели, проложенные на меньших глубинах, последними же – на больших.

В 60‑х годах, когда появились надежные средства исследования океанского дна, была найдена разгадка тех событий. Выяснилось, что в результате подземного толчка с края шельфа Большой Ньюфаундлендской банки на склон хлынули огромные массы рыхлого песка, образовавшие подводный суспензионный поток типа селевого. Ударной силы его оказалось достаточно, чтобы порвать подводные кабели, проложенные в различных частях склона. Подняв старые документы, американские геологи Ф. Шепард и Р. Дилл [1966] по времени прекращения связи рассчитали, что скорость подводной лавины достигала 30 км/ч. Для подводных условий это не так уж мало, если учесть, что вместе с лавиной на континентальное подножие переместилась масса осадков огромного Объема. Подобные суспензионные потоки, представляющие собой смесь осадочного материала с водой, отличаются значительной плотностью; они называются массфлоу (по англ. «флоу» – поток).

Пастообразные потоки, или потоки обломков, обусловлены течением вниз по склону вязких масс глинистого или карбонатно‑глинистого ила, также обладающих высокой плотностью. Эти потоки напоминают сели, хотя и двигаются под водой несравненно медленнее. Они увлекают вместе с собой все попадающиеся на пути обломки, вплоть до гальки и валунов, и способны достигать больших глубин. Так, один из них был закартирован геофизическими методами при исследовании атлантической окраины США на глубинах 4500–5000 м (рис. 12).

Потоки обломочного материала все же не приводят к таким грандиозным перемещениям осадков, которые связаны с другими, более масштабными явлениями, например с гигантскими подводными оползнями. Об истинных масштабах последних стало известно только после того, как началась планомерная сейсмоакустическая съемка континентальных склонов и подножий. В результате на континентальных окраинах в Северной Атлантике были обнаружены подводные гряды оползневого происхождения высотой до 1000 м и протяженностью в десятки и сотни километров. Один из таких оползневых фронтов прослеживается к югу от мыса Хаттерас (атлантическая окраина США) в средней части континентального склона почти на 100 км. Многочисленные оползни покрывают склон и верхнюю часть подножия черноморской окраины Кавказа. Как показывает изучение колонок поднятых осадков, один оползень обычно покоится здесь на другом, а общее число мелких оползней в одном небольшом разрезе, длиной 3–4 м, может достигать 8 или 10. На сейсмопрофилях нередко видно совершенно хаотическое залегание отдельных массивов осадков, съехавших по склону и образовавших грядовый рельеф.

При исследовании тихоокеанского склона Камчатки в одном из подводных каньонов с помощью сейсмоакустики (НСП) была обнаружена огромная глыба древних пород, оторвавшаяся от коренного субстрата (видимо, от края шельфа) и перегородившая русло каньона на глубине 800–1200 м. Размеры этого блока превышают несколько сот метров. Отрыв такого массива и его перемещение по крутому склону способны породить мощную приливную волну – цунами. Подобные явления очень часты на активных континентальных окраинах, где они порождаются землетрясениями и смещениями блоков земной коры по глубинным разломам.

Рис. 12. Линза осадков, отложенная гравитационный потоком вещества на подножии атлантической окраины Северной Америки [Embley, 1980]

Однако самым распространенным и значимым с геологической точки зрения явлением, приводящим к перераспределению огромных масс осадочного материала, следует считать мутьевые, или турбидитные, течения. Как и другие суспензионные потоки, они зарождаются на краю шельфа или в верхней части континентального склона и вскоре превращаются в мутьевое облако. Вобрав огромные массы разнообразной взвеси, оно несется вниз по склону со скоростью в несколько десятков километров в час. Обычными трассами движения мутьевых течений являются подводные каньоны и ложбины, которые, собственно говоря, вырыты ими и постоянно разрабатываются благодаря мощному эродирующему воздействию мутьевого потока на днище и борта каньона. Впрочем, в последнее время были описаны мутьевые потоки, не связанные пространственно с каньонами. Они действуют в основном в районах с высокой сейсмической активностью, в частности на фронтальных участках островных вулканических дуг, например в пределах склона аккреционного поднятия (асейсмичного хребта).

Надо сказать, что с мутьевыми течениями связан особый класс осадков. Они отличаются ярко выраженными структурно‑текстурными признаками и своеобразным характером организации вещества, прежде всего повторяемостью в разрезе. Голландский геолог Ф. Кюнен, изучавшей повторяемость слоев в разрезах некоторых морских отложений, обратил внимание на присутствие слоев в градационной слоистостью: снизу вверх в них постепенно уменьшаются размеры частиц осадка. Ф. Кюнен первым дал объяснение подобному феномену. Он пришел к выводу и подтвердил его экспериментально, что такие слои формируются в процессе осаждения частиц из облака взвеси. Первыми благодаря большему весу на дно оседают более крупные осадочные зерна, а вслед за ними более мелкие, взвешенные в воде и обладающие большей плавучестью частицы.

Таким образом зародилось представление о турбидитах. Интересно, что в верхней их части (кровле) есть слоечки, которые состоят из раковинок планктонных организмов, чаще всего фораминифер. Они живут в поверхностных горизонтах водной толщи морей и океанов, а после отмирания их карбонатные раковинки опускаются сквозь воду на дно. Эти карбонатные слоечки резко контрастируют в колонках турбидитов с другими слоями, как правило образованными терригенным материалом либо обломками форменных элементов организмов, живущих на относительно мелком дне (раковины моллюсков, пластинки морских ежей и лилий, обломки кораллов и т. п.). Ф. Кюнен истолковал различия в составе материала, слагавшего низы и верхи турбидита, однозначно. Нижняя его часть составлена частицами, принесенными мутьевым потоком с шельфа или верхней части склона, т. е. в результате возникновения и схода вниз по континентальному склону гравитационного потока, верхний же слоек образован тем материалом, который родился в самой водной толще (например, раковинки фораминифер) и никакого отношения к мутьевому потоку не имеет. Вместе эти слои образуют так называемый турбидитовый циклит.

Удивительным оказался не только сам этот факт, но и масштабы времени, потребовавшегося для формирования циклита турбидита. Поскольку в разрезе турбидитов обычно много органических остатков (фауны и микрофауны), эпоха их отложения хорошо датируется. В такой толще легко подсчитать количество турбидитовых прослоев, т. е. число подводных лавин. Поделив время, в течение которого сложился весь разрез, на это число, можно узнать среднюю продолжительность временного интервала, отделяющего сход одной лавины от другой. Выяснилось, что в зависимости от тектонического режима того района, где происходили в геологическом прошлом эти события, продолжительность интервала колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч лет. Размер единичного циклита весьма невелик – 5–6 или 15–20 см. Следовательно, для того чтобы отложились эти 5–20 см осадка, потребовались тысячелетия.

Стало ясно, что нижняя и большая часть каждого циклита, характеризующаяся градационной и тонкой параллельной слойчатостью, а также соседние производные от мутьевого потока слои образовались с точки зрения геологического времени практически мгновенно. Ведь мутьевое облако двигается со скоростью морского судна, а для осаждения частиц из него после прекращения движения, вероятно, требуется несколько недель, быть может, месяцев. Так на что же ушли сотни и тысячи лет, отделяющие сход одной подводной лавины от другой? Как это ни парадоксально, но все эти годы потребовались для формирования верхних, зачастую очень тонких слоечков, сложенных глиной и раковинками фораминифер. Вот каковы различия в масштабах отдельных седиментационных процессов.

В дальнейшем американский геолог А. Боума уточнил и детализировал модель Ф. Кюнена и выделил еще несколько горизонтов в циклите турбидитов, объяснив происхождение каждого из них. За последние десятилетия выяснилось широчайшее распространение турбидитов, других гравитационных отложений, многообразие их состава. Встречаются турбидиты терригенного, карбонатного, кремнистого, вулканогенного, но чаще всего смешанного состава. Ими образованы мощнейшие осадочные толщи как молодого, так и древнего возраста. В сущности, турбидиты давно были известны и фигурировали в геологических описаниях под названием «флиш». Но пожалуй, самым важным оказалась строгая пространственная локализация турбидитов. В большинстве своем они представляют отложения материковых окраин, накапливающиеся либо в пределах подножия континентального склона, либо в глубоководных желобах или впадинах асейсмичного хребта.